技术摘要：
本发明公开了一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法，该系统可以自动适应非稳定性风/光等电源波动，在用电低谷期充分消纳余电。当可再生能源余电功率足够带动叶片式压气机工作以产生设定压力的气体时，系统进入恒压储气允许工况，将余电转换为空气压力势能  全部
背景技术：
近年来，我国可再生能源装机容量不断扩大，据国家能源局统计，2019年并网风电 和并网太阳能发电累计装机分别增至21005万千瓦和20468万千瓦，同比增长14 .0％和 17.4％。随着特高压直流输电工程的落地与火电技术升级改造，全国平均弃风率与弃光率 分别降至4％、2％，但是局部地区新能源消纳不均衡问题仍较为突出，西北地区弃风、弃光 电量在总弃电量中分别高达81％与87％。其主要由于风/光电稳定性受环境影响波动较大， 发电质量低，故并网困难造成能源浪费。因此，国家大力提倡源-网-荷-储统筹协调发展，利 用储能技术提高新能源利用效率。 压缩空气储能系统形式多样，主要分为补燃式与非补燃式两种形式，将余电转化 为高压空气内能和压力能储存于储气罐中，并通过透平发电以弥补用电高峰期的源-荷负 荷缺口。先进绝热压缩空气储能系统(advanced  adiabatic  compressed  air  energy  storage  system,AACAES)利用回热技术储存压缩热并用于加热发电阶段透平空气温度，其 效率可达70％以上，可用于大规模电力储能，是目前储能技术的研发热点之一。相比于常规 的变压储气，恒压储气系统可以保持储气罐内压力和透平进口压力恒定，使系统具有较高 的热效率、 效率和储能密度。但新能源发电的间歇性和不稳定性对压气机变速下的运行 稳定性提出了要求，即便在用电低谷期压气机也并非实时稳定工作，因为压气机在低负荷 有可能进入喘振工况。因此压缩空气储能系统涉及到余电合理利用问题，所以很有必要提 出一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种适应非稳定性电源侧的恒 压空气储释能系统及方法，所述方法可以充分且针对性地利用非稳定性风/光等余电，解耦 利用高压气体中的压缩热能与压力势能，提高系统整体工作效率，并可进一步提升可再生 能源消纳能力从而减小弃风、弃光率。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，包括电路转换开关、导热油循 环回路、电加热回路和空气处理回路， 所述电路转换开关可以对电加热回路和空气处理回路进行转换， 所述导热油循环回路包括热油罐和冷油罐， 电加热回路设置有温控开关，温控开关分别与电路转换开关和热油罐电连接， 空气处理回路包括多级压气机、恒压储气罐和冷油罐多级空气透平，多级压气机 与电路转换开关电连接，多级压气机的各级间均分别设置有级间冷却器以与空气进行热交 4 CN 111608936 A 说　明　书 2/9 页 换，多级压气机的出气侧通过级后冷却器与恒压储气罐的进气侧连通，所述级间冷却器的 进油侧和所述级后冷却器的进油侧均与所述冷油罐的出油侧连通，所述级间冷却器的出油 侧和所述级后冷却器的出油侧与所述热油罐的进油侧连通，所述多级空气透平的进气侧与 所述恒压储气罐的出气侧连通。 进一步地，还包括第一控制器， 所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器的进油侧与所述冷油罐的出油侧之 间均分别设置有第一电动三通阀，每个所述第一电动三通阀均分别与所述第一控制器信号 连接， 每个所述级间冷却器的出气侧和所述级后冷却器的出气侧均分别设置有用于测 量空气温度的第一温度传感器，第一温度传感器与第一控制器信号连接。 通过第一控制器可以控制第一电动三通阀的开度，从而可以控制进入各冷却器的 冷油流量。 进一步地，冷油罐上设置有冷油温度传感器，冷油罐内设置有电加热器，电加热器 可通过与冷油温度传感器信号连接的加热开关与余电接通以对冷油进行加热。 通过设置冷油温度传感器来测量冷油罐中冷油的温度，若温度低于预设值，则可 启动电加热器对冷油进行加热，以免冷油温度过低而影响后续的传热效果。 进一步地，所述多级空气透平的各级进口处均分别设置有用于与空气进行热交换 的再热器，所述再热器的进油侧均与所述热油罐的出油侧连通，所述再热器的出油侧均与 所述冷油罐的进油侧连通，所述热油罐的进油侧还设置有进油电动闸阀，出油侧设置有出 油电动闸阀。 通过空气处理回路，余电转换为空气压力势能与压缩热能，分别解耦存储于恒压 储气罐与热油罐中。通过设置再热器，可以通过使用存储于热油罐中的热油对进入各级空 气透平做功的空气进行加热，使得各级空气透平能够更加高效、高比功工作。 进一步地，还包括第二空气预热器， 所述再热器的出油侧与所述冷油罐的进油侧通过所述第二空气预热器连通，所述 第二空气预热器的进油侧与所述再热器的出油侧均连通，所述再热器的出油侧与所述冷油 罐的进油侧连通，且 第二空气预热器的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧连通，出气侧与所述多级空 气透平的进气侧连通。 通过设置第二空气预热器，再热器中的导热油给空气加热，降温后的导热油进入 第二预热器，给从恒压储气罐中出来的压缩空气进行热交换，以进一步带走导热油中的热 量，从而提高对导热油中的热量的利用率。 进一步地，还包括第三控制器， 每个所述再热器的出气侧均分别设置有第三温度传感器，第三温度传感器与所述 第三控制器信号连接，所述再热器的进油侧与与所述热油罐的出油侧之间设置有第三电动 三通阀，所述第三控制器控制所述第三电动三通阀的开度。 进一步地，所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧之间设置有第 一空气预热器。 通过设置第一空气预热器，以对从恒压储气罐中出来的空气进行加热，使得后续 5 CN 111608936 A 说　明　书 3/9 页 多级空气透平能够更加高效工作。 进一步地，还包括用于控制空气流量的空气流量电动阀和用于测量实时发电功率 的发电功率传感器，发电功率传感器设置在多级空气透平的输出轴上，空气流量电动阀设 置在所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧之间。 进一步地，在多级空气透平的末级空气透平的空气出口侧设置有空气温度传感器 和第四电动三通阀，所述第四电动三通阀与所述第一空气预热器连接。 如此设置，使得从末级空气透平中排出的空气可进入第一空气预热器，以利用空 气中的热量对从恒压储气罐中出来的空气进行加热。 本发明还提供一种恒压空气储释能方法，包括以下步骤： 设定恒压储气罐内的气体压力p0，其可通过调节外界作用力来改变罐内容积或者 利用水的静压特性实现恒压储气与释气； 根据多级压气机整体运行特性曲线及恒压储气罐的压力设定值p0，确定多级压气 机稳定运行的最低转速nmin及对应的喘振临界功率Nsurg，保证多级压气机中的末级压气机 出口压力大于p0； 测量得到余电的输入功率Nrand； 在用电低谷期，当Nrand>Nsurg时，电路转换开关接通空气处理回路，外界余电带动多 级压气机工作进行储能，每一级压气机出口的高温空气被来自冷油罐的冷油冷却后进入下 一级压气机继续压缩，最终高压气体进入恒压储气罐中，将第一温度传感器测量得到的温 度信号与控制器中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第一三通阀开度进而分配进 入各级间冷却器和级后冷却器的冷油流量； 冷油回收压缩热后进入热油罐； 在用电低谷期，当Nrand≤Nsurg时，电路转换开关接通电加热回路，外界余电直接用 于加热热油罐中的导热油； 在用电高峰期，恒压储气罐中的高压气体进入多级空气透平膨胀作功，多级空气 透平中每一级进口处的空气被来自热油罐的高温导热油加热，升温后进入下一级空气透平 继续膨胀作功，将第三温度传感器测量得到的温度信号与第三控制器中的温度预设值进行 比较，由偏差信号来调节第三电动三通阀的开度进而分配进入各再热器的高温导热油流 量； 各再热器内的高温导热油中的热量加热空气后，高温导热油冷却，经过冷却后的 高温导热油经过第二预热器对空气加热之后进入导热油冷却器进一步被冷却水带走热量， 降温后进入冷油罐； 将空气温度传感器测量得到的温度信号与恒压储气罐的空气温度进行比较，由偏 差信号来选择第四电动三通阀的通路，当多级空气透平中的末级空气透平的排气温度高于 恒压储气罐的空气温度时，末级空气透平的排气流向第一空气预热器，对恒压空气进行预 热；当末级空气透平排气温度低于恒压储气罐的空气温度时，末级空气透平的排气排入大 气。 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： 1、本发明的恒压空气储释能系统可以自动适应非稳定性风/光电源波动，在用电 低谷期充分利用外界余电。当新能源余电足够带动压气机稳定工作以产生一定压力气体 6 CN 111608936 A 说　明　书 4/9 页 时，控制器将控制信号反馈至电路转换开关，将余电通过多级压气机转换为空气压力势能 与压缩热能，分别解耦存储于恒压储气罐与热油罐中；当余电无法带动压气机稳定工作产 生相应压力气体时，系统进入电储热区域，余电以热能形式存储于热油罐。因此，该优化设 计可进一步促进新能源灵活高效消纳，减小弃风、弃光率。 2、在将余电转化为空气压力势能的过程中，通过级间冷却器和级后冷却器来给各 级压气机中的高压气体进行降温，可以减小压气机的耗功，从而提高多级压气机的整体效 率。 3、本发明以导热油作为中间传热介质，在将余电转化为空气压力势能的过程中， 导热油回收压气机级间的压缩热并储存于热油罐中；多级空气透平工作时，储存于热油罐 中带有热量的导热油可以用于加热进入各级空气透平的空气，以提高多级空气透平的作功 能力。因此，本恒压空气储释能系统为功热复合储能系统，可有效提高整个储能系统效率。 4、传统的抽水蓄电站通过上下水库高差形成的重力势能发电，对地理位置要求较 严苛，本发明提出的适应非稳态性电源侧的恒压空气储释能系统更适用于风电、光电快速 发展，水电建设滞后的西北地区，且可根据区域可再生能源发电分布特点按相应的规模推 广使用，充分挖掘可再生能源消纳潜力。 附图说明 图1为本发明实施例1适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统示意图； 图2为本发明实施例2适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能设计方法示意图； 图3为本发明实施例3系统压气机恒压运行允许工况区域与电储热工况判断示意 图。