本發(fā)明涉及儲能，具體涉及一種分布式壓縮空氣儲能的高壓空氣儲存系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、太陽能和風(fēng)能等可再生能源，因消耗后不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生污染，可降低碳排放對環(huán)境的不利影響?？稍偕茉窗l(fā)電通常不穩(wěn)定，需要利用先進(jìn)的儲能技術(shù)來提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。

2、與其他現(xiàn)有技術(shù)相比，高壓空氣儲能具有儲能密度高、容量大、環(huán)境友好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。高壓空氣儲能適用于分布式光伏/風(fēng)電的儲存，光伏/風(fēng)電供大于求時儲存壓縮空氣，供不應(yīng)求時釋放壓縮空氣發(fā)電，以調(diào)整能源供需之間的關(guān)系，提高供電的穩(wěn)定性和安全性。隨著分布式能源的逐步推廣，以及工業(yè)園區(qū)光伏供電、海上及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電和電動車充電等應(yīng)用場景的增加，分布式壓縮空氣儲能的需求逐漸增加，且分布式儲能選址靈活、初期投資低，有利于促進(jìn)我國大量工業(yè)園區(qū)光伏、風(fēng)電的消納、推動工業(yè)生產(chǎn)的綠色供能。

3、空氣在壓縮過程中空氣溫度會升高，隨著壓力的不斷升高，空氣溫度也不斷上升。壓力升高產(chǎn)生的熱能會降低傳遞效率，因此，減小介質(zhì)溫升是高壓空氣儲能裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵之一。現(xiàn)有技術(shù)通過填充大比表面積的換熱材料，增大氣-液的傳熱面積，實(shí)現(xiàn)高壓驅(qū)動的高效傳熱，比如在氣-液間引入空心球結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)等來增大氣-液的傳熱面積，在避免壓縮過程中的溫度上升方面取得了一定的效果，但增加了系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

4、因此，在壓縮過程中增加空氣和周圍環(huán)境之間的熱交換，提高能量轉(zhuǎn)換、儲存效率和利用效果，將高壓空氣儲能與工業(yè)園風(fēng)/光供電、生產(chǎn)用能場景有效結(jié)合，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)及控制方法，提高壓縮空氣儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換、儲存效率和利用效果，以及經(jīng)濟(jì)性和適用性，擴(kuò)大光伏和風(fēng)電等可再生能源的利用，促進(jìn)我國分布式光伏和風(fēng)電的安全和高效使用。

2、為解決這一技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括油箱、能量轉(zhuǎn)換驅(qū)動裝置、能量交換傳遞裝置、能量儲存裝置和控制器。

3、能量轉(zhuǎn)換驅(qū)動裝置包括第一電動機(jī)、第一電磁離合器、溢流閥、斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵、第二電磁離合器、發(fā)電機(jī)、變量油缸、電液伺服閥、減壓閥，第一電動機(jī)的輸出軸與第一電磁離合器連接，第一電磁離合器與斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的輸入軸連接，斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的輸出軸與第二電磁離合器連接，第二電磁離合器與發(fā)電機(jī)的輸入軸連接，溢流閥、減壓閥通過管路連接在斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的高壓油路上，減壓閥的出口與電液伺服閥的進(jìn)油口連接，電液伺服閥的工作油口與變量油缸的進(jìn)、出油口連接，斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)油口、溢流閥的出油口、電液伺服閥的回油口與油箱連接。

4、能量交換傳遞裝置包括油水隔離器組件、水氣能量交換器、微米級水霧噴嘴組件、溫度傳感器、循環(huán)泵、第二電動機(jī)，油水隔離器組件包括若干個油水隔離器，油水隔離器的下端口與斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的高壓油路連接，上端口與水氣能量交換器的下腔中的水連通，油水隔離器充滿水的上腔與充滿油的下腔由隔膜隔開，水氣能量交換器內(nèi)的上部設(shè)置微米級水霧噴嘴組件，微米級水霧噴嘴組件包括若干個微米級水霧噴嘴，各微米級水霧噴嘴的進(jìn)水口與循環(huán)泵的出口連接，循環(huán)泵與第二電動機(jī)連接，循環(huán)泵的進(jìn)水口與水氣能量交換器下腔中的水連通，溫度傳感器安裝在水氣能量交換器內(nèi)側(cè)面上方。

5、能量儲存裝置包括若干個高壓空氣儲存裝置，高壓空氣儲存裝置包括氣壓電磁開關(guān)、氣壓傳感器和儲氣罐，各氣壓電磁開關(guān)的下端口與水氣能量交換器上腔中的壓縮空氣連通，上端口與儲氣罐的氣口連接，還與氣壓傳感器的氣口連接。

6、控制器分別與第一電動機(jī)、第一電磁離合器、第二電磁離合器、電液伺服閥的左右端電磁頭、氣壓電磁開關(guān)的電磁頭、氣壓傳感器、溫度傳感器、第二電動機(jī)連接。

7、所述的水氣能量交換器的截面結(jié)構(gòu)可以是長方體或橢圓柱體或圓柱體。

8、所述的油水隔離器可以是隔膜式油水隔離器或氣囊式油水隔離器或活塞式油水隔離器。

9、所述的第二電動機(jī)可以是變頻電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。

10、本發(fā)明還提供了一種分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的控制方法，當(dāng)風(fēng)/光電力過剩時，系統(tǒng)工作在儲氣模式，控制器發(fā)出指令給電液伺服閥，使變量油缸的活塞左移，推動斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的斜盤逆時針旋轉(zhuǎn)，過零點(diǎn)處于液壓泵工況，與此同時，控制器分別發(fā)出指令給氣壓電磁開關(guān)、第一電磁離合器和第一電動機(jī)，氣壓電磁開關(guān)電磁頭通電氣路打開，第一電磁離合器通電閉合，第一電動機(jī)起動，帶動處于液壓泵工況的斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵工作，輸出高壓油進(jìn)入油水隔離器組件中油水隔離器的下腔，驅(qū)動隔膜向上運(yùn)動，將上腔的水壓入水氣能量交換器的下腔，水位上升，將水氣能量交換器上腔的壓縮空氣壓入能量儲存裝置的高壓空氣儲存裝置的儲氣罐中，由控制器控制氣壓電磁開關(guān)的工作，壓縮空氣首先進(jìn)入一個高壓空氣儲存裝置的儲氣罐中，當(dāng)氣壓傳感器檢測的氣壓達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定壓力值時，該高壓空氣儲存裝置的氣壓電磁開關(guān)斷電，下一個高壓空氣儲存裝置的氣壓電磁開關(guān)通電充氣，依此類推，直到能量儲存裝置中的所有高壓空氣儲存裝置充滿空氣，或者過剩的風(fēng)/光電力用完，或者不足以驅(qū)動斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵工作時，氣壓電磁開關(guān)斷電氣路斷開，第一電磁離合器失電斷開，第一電動機(jī)斷電停止工作，儲氣結(jié)束。

11、儲氣過程中，由于空氣受壓放熱，水氣能量交換器內(nèi)空氣溫度升高，當(dāng)溫度傳感器檢測到的溫度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定溫度值時，控制器發(fā)出指令使第二電動機(jī)起動，循環(huán)泵將水輸送至微米級水霧噴嘴組件，各微米級水霧噴嘴噴灑水霧使空氣降溫，當(dāng)溫度傳感器檢測到的溫度低于系統(tǒng)設(shè)定溫度值時，控制器發(fā)出指令給第二電動機(jī)停止工作。

12、系統(tǒng)工作在放氣模式時，控制器發(fā)出指令給電液伺服閥，使變量油缸的活塞右移，推動斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的斜盤順時針旋轉(zhuǎn)，過零點(diǎn)處于液壓馬達(dá)工況，與此同時，控制器分別發(fā)出指令給氣壓電磁開關(guān)、第二電磁離合器，氣壓電磁開關(guān)電磁頭通電氣路打開，第二電磁離合器通電閉合，高壓空氣進(jìn)入水氣能量交換器的上腔，推動水位下降，水進(jìn)入油水隔離器，將液壓油排出，驅(qū)動處于液壓馬達(dá)工況的斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵工作，帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。

13、放氣過程中，根據(jù)用電負(fù)荷大小，控制器控制能量儲存裝置中高壓空氣的釋放，當(dāng)用電負(fù)荷較大時，可控制幾個或全部氣壓電磁開關(guān)通電打開氣路，釋放高壓空氣，當(dāng)用電負(fù)荷較小時，可控制一個或幾個氣壓電磁開關(guān)通電打開氣路，釋放高壓空氣。

14、儲氣與放氣過程中，控制器可實(shí)時控制電液伺服閥，調(diào)節(jié)變量油缸的活塞位移大小，改變斜盤式柱塞液壓馬達(dá)/泵的斜盤傾角大小，適應(yīng)空氣壓縮與釋放過程中阻力的變化。

15、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明引入的微米級水霧傳熱的氣-液耦合換熱結(jié)構(gòu)，增大了氣-液換熱面積，實(shí)現(xiàn)了氣熱向水霧的快速傳遞；儲氣與放氣過程由控制器實(shí)時控制，保證儲存的空氣壓力高，放氣過程可根據(jù)用電負(fù)荷大小控制高壓空氣釋放，提高了高壓空氣的利用率；采用的液壓馬達(dá)/泵具有馬達(dá)和泵的功能，控制方便、結(jié)構(gòu)緊湊，能量轉(zhuǎn)換效率高，分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)擴(kuò)大了光伏和風(fēng)電等可再生能源的利用。