1.本发明属于储能技术领域，具体涉及一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统及工作方法。
背景技术：2.风能、太阳能等新能源装机规模和发电量快速提升，预计到2030年，清洁能源发电量占比达50％。随着大规模新能源电力的接入，传统电力系统面临巨大挑战，储能的规模化应用迫在眉睫。储能/新能源比例争取在2030年提高到12％～13％，2050年长期目标达到16％。
3.压缩空气储能是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，它通过压缩空气储存多余的电能，在需要时，将高压空气释放，通过膨胀机做功发电，具有成本低、效率高等优点。
4.冷热电三联供是针对区域性或建筑群或独立的大中型建筑的综合型能源供应中心，在各种工业、商业或科技园区及等较大区域和写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑中得到了广泛应用。冷热电三联供系统不需要高电压、大电网、远距离输送，从而有助于分散电力故障所带来的风险，有助于克服传统电网供能“一溃千里”的弱点。例如2003年8月美国东北部和加拿大的联产电网出现故障，造成了大面积停电事故，波及范围达9300平方英里、受影响人口达到5500万人，造成了严重的经济损失。如果能够推广冷热电联供系统，则将能有效地应对大面积电力故障问题，强化能量供应的安全性。
技术实现要素：5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统及工作方法，该系统利用压缩空气储能实现大容量、长时间和错峰电能存储，提高电网的稳定性和安全性，同时实现区域性或建筑群或独立的大中型建筑的电力、冷能、热能和高压气体的综合能源供应，有效应对大面积电力故障问题。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，包括空气压缩装置、空气冷却装置、储气装置、供电空气膨胀装置、减压装置、供冷空气膨胀装置、取冷装置、储热装置和辅热装置；
8.空气压缩装置的压缩空气出口通过储能管路与空气冷却装置空气侧进口连接，空气压缩装置动力侧连接动力电机；空气冷却装置放热侧出口通过储能管路与储气装置进口连接；储气装置上设有第一出口、第二出口和第三出口，其中，第一出口通过一号释能管路与供电空气膨胀装置的进口连接，供电空气膨胀装置通过轴与一号发电机连接，一号发电机通过输电线路与电用户连接；所述第二出口通过二号释能管路与减压装置进口连接，减压装置出口通过供气管路与气用户进口连接；所述第三出口通过三号释能管路与供冷空气膨胀装置进口连接，供冷空气膨胀装置出口通过释能管路与取冷装置放热侧进口连接，供
冷空气膨胀装置通过轴与二号发电机连接，二号发电机通过输电线路与电用户连接，取冷装置吸热侧通过管路与冷用户连接；空气冷却装置吸热侧通过一号循环管路与储热装置热量输入侧连接，形成闭式循环；储热装置热量输出侧通过二号循环管路与热用户连接，形成闭式循环，二号循环管路上流向热用户的管路上设置辅热装置；辅热装置与外部热源连接。
9.优选的，空气压缩装置包括一级或多级气体压缩机，当采用多级气体压缩机时，各级气体压缩机的出入口依次串联；气体压缩机级间设置一级或多级空气冷却装置，当采用多级空气冷却装置时，各级空气冷却装置的出入口依次串联。
10.优选的，空气冷却装置采用壁式换热器和/或接触式换热器，取冷装置采用壁式换热器和/ 或接触式换热器，辅热装置采用壁式换热器和/或接触式换热器。
11.优选的，储气装置采用金属或非金属的压力容器、混凝土建筑、井或穴。
12.优选的，储气装置上设有设置压力监测装置。
13.优选的，供电空气膨胀装置包括一级或多级气体膨胀机，当采用多级气体膨胀机时，各级气体膨胀机出入口依次串联；供冷空气膨胀装置包括一级或多级气体膨胀机，当采用多级气体膨胀机时，各级气体膨胀机出入口依次串联。
14.优选的，减压装置采用减压阀、膨胀机或节流阀。
15.优选的，储热装置采用储热罐、固体蓄热装置、液体蓄热装置或熔盐储热装置。
16.优选的，外部热源包括燃气锅炉、电加热器、光热装置、燃煤锅炉和/或外部汽源。
17.本发明如上所述的基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统的工作方法，包括如下过程：
18.供电高峰或用电低谷进行储能时，开启储能管路和一号循环管路，根据各用户使用情况开启或关闭一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路，空气压缩装置将空气压缩后经储能管路进入储气装置，储气装置压力升高，储存压缩气体能；
19.释能时，关闭储能管路和一号循环管路，根据各用户使用情况开启一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路中的至少一个，储气装置压力降低，将压缩气体能转化电能。
20.本发明具有以下有益效果：
21.本发明基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统利用压缩空气储能实现大容量、长时间和错峰电能存储，提高电网的稳定性和安全性，通过供电空气膨胀装置能够实现将空气储能转换为电能进行利用；通过减压装置进行减压能够将储气装置中的高压空气转换为气用户所需压力的压缩空间进行利用；通过供冷空气膨胀装置能够利用高压的压缩空气进行制冷，满足冷用户的制冷需求，同时还能够进行发电，将发出的电能提供给电用户；通过空气冷却装置能够将空气压缩装置在压缩空气时的热能进行回收，并能够利用储热装置进行存贮，然后提供给热用户进行利用，通过设置辅热装置，利用辅热装置能够为热用户补热，若储热装置的输出的热能满足热用户需求时，储热装置直接给热用户供热；如果若储热装置的输出的热能不能满足热用户需求时，外部热源通过辅热装置对热用户再进行补热，以满足热用户的需求。综上，本发明的基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统能够实现供电高峰或用电低谷进行储能以及用电高峰时的释能，能够起到很好的调峰作用，并且能源的转换形式多样化，能够实现区域性或建筑群或独立的大中型建筑的电力、冷能、热能和高压气体的综合能源供应，有效应对大面积电力故障问题。
附图说明
22.图1为本发明基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统的结构示意图。
23.图中，1为空气压缩装置、2为空气冷却装置、3为储气装置、4为供电空气膨胀装置、5 为减压装置、6为供冷空气膨胀装置、7为取冷装置、8为储热装置、9为辅热装置、10为电用户、11为气用户、12为冷用户、13为热用户、14为动力电机、15为一号发电机、16为二号发电机、17为外部热源。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
25.如图1所示，本发明基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统包括空气压缩装置1、空气冷却装置2、储气装置3、供电空气膨胀装置4、减压装置5、供冷空气膨胀装置6、取冷装置 7、储热装置8、辅热装置9、电用户10、气用户11、冷用户12和热用户13；
26.空气压缩装置1进口连接有进气装置，出口通过储能管路与空气冷却装置2空气侧进口连接，空气压缩装置1动力侧连接动力电机14；空气冷却装置2放热侧出口通过储能管路与储气装置3进口连接；储气装置3第一出口通过一号释能管路与供电空气膨胀装置4进口连接，供电空气膨胀装置4通过轴与一号发电机15连接，一号发电机15通过输电线路与电用户10 连接；储气装置3第二出口通过二号释能管路与减压装置5进口连接，减压装置5出口通过供气管路与气用户11进口连接；储气装置3第三出口通过三号释能管路与供冷空气膨胀装置6 进口连接，供冷空气膨胀装置6出口通过三号释能管路与取冷装置7放热侧进口连接，供冷空气膨胀装置6通过轴与二号发电机16连接，二号发电机16通过输电线路与电用户10连接，取冷装置7吸热侧通过管路与冷用户12连接；空气冷却装置2吸热侧通过一号循环管路与储热装置8热量输入侧连接，形成闭式循环；储热装置8热量输出侧通过二号循环管路与热用户 13连接，形成闭式循环，储热装置8向热用户13的管路上设置辅热装置9；辅热装置9与外部热源17连接；其中，上述系统中利用的气体介质是适用于压缩和膨胀的气体，如空气、二氧化碳、氮气。空气压缩装置1包括一级或多级气体压缩机，气体压缩机是能够压缩气体的装置；气体压缩机级间设置一级或多级空气冷却装置2。空气冷却装置2、取冷装置7和辅热装置9均是能够换热的装置，如间壁式换热器和接触式换热器。储气装置3是能够存储带压气体的装置，如金属或非金属压力容器、混凝土建筑、井或穴；储气装置3设置压力监测装置；供电空气膨胀装置4和供冷空气膨胀装置6均包括一级或多级气体膨胀机，气体膨胀机是能够膨胀气体的装置；减压装置5是能够降低气体压力的装置，如减压阀、膨胀机或节流阀；储热装置8是能够存储热量的装置，如储热罐、固体蓄热装置、液体蓄热装置或熔盐储热装置；空气冷却装置2和储热装置8之间的循环介质是换热介质，如水、油、熔盐、液态金属或二氧化碳。取冷装置7和冷用户12之间的循环介质是制冷剂，如卤代烃、非卤代烃、二氧化硫、氨气或新型制冷剂；外部热源17是能够提供热量的装置，如燃气锅炉、电加热器、光热装置、燃煤锅炉或外部汽源。
27.如图1所示，本发明基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统的工作方法包括如下过程：
28.储能时，开启储能管路和一号循环管路，一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路视各用户使用情况开启或关闭，空气压缩装置1将空气压缩后经储能
管路进入储气装置3，储气装置3压力升高，电能转化为压缩气体能；
29.释能时，关闭储能管路和一号循环管路，视各用户使用情况开启一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路中的至少一个，储气装置3压力降低，压缩气体能转化电能；当储热装置8释放的热能不能满足热用户13的用热需求时，利用外部热源17将热量通过辅热装置9换热，之后再提供给热用户13，保证了最大限度的热能的回收利用。
30.供电高峰或用电低谷时为储能过程，其他时段为释能过程。
技术特征：1.一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，包括空气压缩装置(1)、空气冷却装置(2)、储气装置(3)、供电空气膨胀装置(4)、减压装置(5)、供冷空气膨胀装置(6)、取冷装置(7)、储热装置(8)和辅热装置(9)；空气压缩装置(1)的压缩空气出口通过储能管路与空气冷却装置(2)空气侧进口连接，空气压缩装置(1)动力侧连接动力电机(14)；空气冷却装置(2)放热侧出口通过储能管路与储气装置(3)进口连接；储气装置(3)上设有第一出口、第二出口和第三出口，其中，第一出口通过一号释能管路与供电空气膨胀装置(4)的进口连接，供电空气膨胀装置(4)通过轴与一号发电机(15)连接，一号发电机(15)通过输电线路与电用户(10)连接；所述第二出口通过二号释能管路与减压装置(5)进口连接，减压装置(5)出口通过供气管路与气用户(11)进口连接；所述第三出口通过三号释能管路与供冷空气膨胀装置(6)进口连接，供冷空气膨胀装置(6)出口通过释能管路与取冷装置(7)放热侧进口连接，供冷空气膨胀装置(6)通过轴与二号发电机(16)连接，二号发电机(16)通过输电线路与电用户(10)连接，取冷装置(7)吸热侧通过管路与冷用户(12)连接；空气冷却装置(2)吸热侧通过一号循环管路与储热装置(8)热量输入侧连接，形成闭式循环；储热装置(8)热量输出侧通过二号循环管路与热用户(13)连接，形成闭式循环，二号循环管路上流向热用户(13)的管路上设置辅热装置(9)；辅热装置(9)与外部热源(17)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，空气压缩装置(1)包括一级或多级气体压缩机，当采用多级气体压缩机时，各级气体压缩机的出入口依次串联；气体压缩机级间设置一级或多级空气冷却装置(2)，当采用多级空气冷却装置(2)时，各级空气冷却装置(2)的出入口依次串联。3.根据权利要求1或2所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，空气冷却装置(2)采用壁式换热器和/或接触式换热器，取冷装置(7)采用壁式换热器和/或接触式换热器，辅热装置(9)采用壁式换热器和/或接触式换热器。4.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，储气装置(3)采用金属或非金属的压力容器、混凝土建筑、井或穴。5.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，储气装置(3)上设有设置压力监测装置。6.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，供电空气膨胀装置(4)包括一级或多级气体膨胀机，当采用多级气体膨胀机时，各级气体膨胀机出入口依次串联；供冷空气膨胀装置(6)包括一级或多级气体膨胀机，当采用多级气体膨胀机时，各级气体膨胀机出入口依次串联。7.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，减压装置(5)采用减压阀、膨胀机或节流阀。8.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，储热装置(8)采用储热罐、固体蓄热装置、液体蓄热装置或熔盐储热装置。9.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统，其特征在于，外部热源(17)包括燃气锅炉、电加热器、光热装置、燃煤锅炉和/或外部汽源。10.权利要求1-9任意一项所述的基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统的工作方法，其特征在于，包括如下过程：
供电高峰或用电低谷进行储能时，开启储能管路和一号循环管路，根据各用户使用情况开启或关闭一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路，空气压缩装置(1)将空气压缩后经储能管路进入储气装置(3)，储气装置(3)压力升高，储存压缩气体能；释能时，关闭储能管路和一号循环管路，根据各用户使用情况开启一号释能管路、二号释能管路、三号释能管路和二号循环管路中的至少一个，储气装置(3)压力降低，将压缩气体能转化电能。
技术总结本发明公开了一种基于压缩空气储能的冷热电气多联供系统及工作方法，该系统包括空气压缩装置、空气冷却装置、储气装置、供电空气膨胀装置、减压装置、供冷空气膨胀装置、取冷装置、储热装置、辅热装置、电用户、气用户、冷用户和热用户。本发明能够利用压缩空气储能实现大容量、长时间和错峰电能存储，提高电网的稳定性和安全性，同时实现区域性或建筑群或独立的大中型建筑的电力、冷能、热能和高压气体的综合能源供应，有效应对大面积电力故障问题。有效应对大面积电力故障问题。有效应对大面积电力故障问题。
技术研发人员：邹小刚 周飞 李文锋 李楠 车宏伟 申冀康 董方奇
受保护的技术使用者：西安西热锅炉环保工程有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/7/5
