[0001] 本发明属于储能技术领域，具体涉及一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法。

[0002] 储能系统是实现新型电力系统构建与新能源消纳的关键，能够缓解发电侧、电网侧与用户侧供需不匹配的现象，并有效解决弃风弃光的难题。其中，应用较为广泛的常规压缩空气储能与抽水蓄能系统分别具有存储容器占地面积较大、受特殊地理条件限制等的缺点，不利于储能系统小型化与分布式布置。

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

[0030] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0031] 请参阅图1，本发明实施例提供的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，包括：第一预热器1、第二预热器2、压气机3、预冷器4、后冷器5、高压空气透平6、加热器7、低压空气透平8、高温熔盐罐9、中高温熔盐罐10、热水罐11、闪蒸罐12、过热器13、高压汽轮机14、第一再热器15、第二再热器16、低压汽轮机17、冷凝器18、低温水罐19、低压泵20、中压泵21和中温水罐22。此外还包括第一控制阀23、第二控制阀24、第三控制阀25、第四控制阀26、第五控制阀27、第六控制阀28共六个控制阀。

[0032] 低温余热连通第一预热器1第一进口和第一出口，且低温余热连通加热器7第一进口和第一出口，空气通过第一控制阀23连接第一预热器1第二进口，第一预热器1第二出口连接第二预热器2第二进口，第二预热器2第二出口连接压气机3进口，压气机3出口连接预冷器4第一进口，预冷器4第一出口连接后冷器5第一进口，后冷器5第一出口连接高压空气透平6进口，高压空气透平6出口连接加热器7第二进口，加热器7第二出口连接低压空气透平8进口，低压空气透平8出口连接大气，完成空气在储能阶段的压缩与膨胀过程。

[0033] 中高温熔盐罐10出口通过第二控制阀24连接预冷器4第二进口，预冷器4第二出口连接高温熔盐罐9进口；低温水罐19出口通过第四控制阀26连接低压泵20进口，中温水罐22出口通过第三控制阀25连接第二预热器2第一进口，第二预热器2第一出口与低压泵20出口共同连接至高压泵21进口，高压泵21出口连接后冷器5第二进口，后冷器5第二出口连接热水罐11进口，完成空气压缩热的分级储存。以上各部件共同构成储能过程。

[0034] 热水罐11出口通过第五控制阀27连接闪蒸罐12进口，闪蒸罐12第一出口连接过热器13第二进口，过热器13第二出口连接高压汽轮机14进口，高压汽轮机14出口连接第一再热器15第二进口，第一再热器15第二出口连接第二再热器16第二进口，第二再热器16第二出口连接低压汽轮机17进口，低压汽轮机17出口连接冷凝器18第一进口，冷凝器18第一出口连接低温水罐19进口；闪蒸罐第二出口连接第一再热器15第一进口，第一再热器15第一出口连接中温水罐22进口，完成释能阶段中高温高压水的闪蒸、高温中压蒸气的膨胀、中温中压水与低温低压水的储存。

[0035] 高温熔盐罐9出口通过第六控制阀28连接过热器13第一进口与第二再热器16第一进口，过热器13第一出口与第二再热器16第一出口共同连接至中高温熔盐罐10进口，完成高品质压缩热的利用。以上各部件共同构成释能过程。

[0036] 低温余热的温度为35‑80℃，低温余热利用太阳能电池板热量或工业余热等，实现储能过程空气的第一次预热与再热，提高系统性能的同时进一步提高能量利用率。

[0037] 本发明实施例的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的控制方法，具体包括以下步骤：

[0038] 初始状态下，关闭所有六个控制阀；

[0039] 当用户处于用电低谷时，关闭第五控制阀27、第六控制阀28，打开第一控制阀23、第二控制阀24、第三控制阀25、第四控制阀26，耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的储能部分进行工作；常温常压空气先后进入第一预热器1和第二预热器2中，分别与低温余热和中温水罐22中的中温中压水换热至中温后进入压气机3，升温升压后的高温高压空气进入预冷器4中与自中高温熔盐罐10中流出的中高温熔盐换热，中高温高压空气进入后冷器5中与低温高压水换热后进入高压空气透平6中膨胀做功，膨胀后的低温中压空气进入加热器7中吸收低温余热后进入低压空气透平8中膨胀做功，抵消部分压气机3的耗功并排入大气；中高温熔融盐在预冷器4中吸热后进入高温熔盐罐9中储存起来，自低温水罐19中流出的低温低压水经过低压泵20升压后和在第二预热器2出口的低温中压水共同进入高压泵21中，升压后的低温高压水进入后冷器5中吸热至中高温高压后进入热水罐11中储存起来；至此完成系统储能过程；

[0040] 当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀23、第二控制阀24、第三控制阀25、第四控制阀26，打开第五控制阀27、第六控制阀28，耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的释能部分进行工作；热水罐11中的中高温高压水进入闪蒸罐11中进行闪蒸，产生中温中压的蒸气和水，中温中压蒸气进入过热器13中与自高温熔盐罐9中流出的高温熔融盐换热后进入高压汽轮机14中膨胀做功，膨胀后的蒸气进入第一再热器15和第二再热器16中，分别与闪蒸罐12出口的中温中压水和自高温熔盐罐9中流出的高温熔融盐换热升温，之后进入低压汽轮机17中进一步膨胀做功，最后，膨胀至低压的蒸气经冷凝器18冷凝为饱和液态后进入低温水罐19中储存起来；经第一再热器15放热的中压水进入中温水罐22中储存起来，高温熔融盐在过热器13和第二再热器16中放热后进入中高温熔盐罐中储存起来；至此完成系统释能过程。

[0041] 优选的，通过将低温余热引入第一预热器1和加热器7中对空气进行加热，提高压气机3和低压空气透平8进口温度，进而降低储能过程系统净功耗，提高系统整体性能。

[0042] 可选的，选择太阳能光伏电池热量或工业生产余热作为低温余热。

[0043] 本发明的控制方法能够实现：用电低谷期利用冗余电力存储热量，用电高峰期利用热量驱动透平发电，具有较高的储能效率。

[0044] 综上所述，本发明提供了一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法，能够根据用户用电的需求实现能量的存储与释放，降低用户电力成本。具体优点包括：(1)本发明在释能阶段设置闪蒸罐，将中高品质压缩热以闪蒸的方式产生中温中压蒸气作为释能工作介质，避免了传统蒸汽朗肯循环通过吸收大量潜热产生工作蒸气，提高系统能量转换效率；(2)本发明释能阶段可在现有火电厂基础上进行改造，降低系统成本；(3)本发明在储能阶段分别使用熔融盐和水作为储热介质，实现压缩热的梯级储存与利用，提高系统能量利用效率；(4)本发明在储能阶段利用低温余热对空气进行预热与再热，降低系统净功耗，提高系统性能与能量利用率；(5)本发明在储能阶段利用空气热泵过程产生高品质热量，避免了高压空气储罐的布置，进一步降低系统成本。

[0045] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。