一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法

摘要

本发明公开了一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法，压缩空气储能单元，用于将富余电能或由可再生能源产生的富余电能转换成压力势能并储存于高压储气装置中；热化学转换单元，用于将压缩空气储能单元在工作过程中产生的压缩热能转换成化学能并储存于合成气储罐中；压缩空气释能单元，用于将储存于高压储气装置中的压力势能和合成气储罐中的化学能转换成稳定的电能输出，进而完成向系统输入富余电能或由可再生能源产生的富余电能到系统输出稳定电能的能量转换过程；本发明实现了对可再生能源的高效利用，并且实现了系统功能的多样化。

权利要求

1.一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，其特征在于，包括：

压缩空气储能单元，用于将富余电能或由可再生能源产生的富余电能转换成压力势能并储存于高压储气装置中，压缩空气储能单元包括电动机组（1），电动机组（1）与压缩机组（2）连接，压缩机组（2）的出气口经反应器（5）连接高压储气装置（6），高压储气装置（6）的空气出口经节流阀（13）连接回热器（14）；

热化学转换单元，用于将压缩空气储能单元在工作过程中产生的压缩热能作为吸热型热化学反应的热源，将压缩热能转换成化学能并储存于合成气储罐中，对在压缩空气释能单元工作过程中的高压空气进行预热，热化学转换单元包括燃料储罐（3），燃料储罐（3）的液体燃料出口经燃料泵（4）与反应器（5）连接，反应器（5）的气体燃料出口与气液分离器（7）连接，气液分离器（7）的气体燃料出口依次经高温气体收集管（8）、制冷单元（9）、供热单元（10）和供热单元（11）后与合成气储罐（12）连接，气液分离器（7）的液体燃料出口与燃料储罐（3）连接，液体燃料为可再生能源；

压缩空气释能单元，用于将储存于高压储气装置中的压力势能和合成气储罐中的化学能转换成稳定的电能输出，进而完成向系统输入富余电能或由可再生能源产生的富余电能到系统输出稳定电能的能量转换过程，压缩空气释能单元包括燃烧室（15），回热器（14）的空气出口和合成气储罐（12）的气体燃料出口分别与燃烧室（15）连接，燃烧室（15）的烟气出口连接透平机组（16），透平机组（16）的出气口与回热器（14）连接，回热器（14）的烟气出口与热化学转换单元的高温气体收集管（8）连接；

压缩空气储能单元经阀门与压缩空气释能单元的回热器（14）连接，热化学转换单元经制冷单元（9）和供热单元（10）与压缩空气释能单元的合成气储罐（12）连接，压缩空气释能单元通过透平机组（16）与发电机组（17）连接，制冷单元（9）包括发生器（18），发生器（18）的高压制冷剂水蒸气出口与冷凝器（19）连接，冷凝器（19）的高压制冷剂液态水出口经第一节流阀（20）与蒸发器（22）连接，蒸发器（22）的低压制冷剂水蒸气出口与吸收器（23）连接，发生器（18）的高压溴化锂浓溶液出口与溶液热交换器（25）连接，溶液热交换器（25）的高压低温溴化锂浓溶液出口经第二节流阀（21）与吸收器（23）连接，吸收器（23）的低压溴化锂溶液经溶液泵（24）与溶液热交换器（25）连接，溶液热交换器（25）的高压高温溴化锂溶液出口与发生器（18）连接。

2.根据权利要求1所述的压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，其特征在于，燃料储罐（3）的液体燃料出口作为备用管路与燃烧室（15）连接。

3.根据权利要求1所述的压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，其特征在于，反应器（5）为套管式反应器，包括以共轴线，间隙配合的方式套装组合在一起的外套管（27）和芯管（28）。

4.根据权利要求3所述的压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，其特征在于，外套管（27）的外部设置保温层（29），芯管（28）中部设置有催化剂支撑（26）。

5.一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产方法，其特征在于，包括电动机组（1）和燃料储罐（3），电动机组（1）与压缩机组（2）连接，压缩机组（2）的出气口经反应器（5）连接高压储气装置（6），高压储气装置（6）的空气出口经节流阀（13）连接回热器（14）；燃料储罐（3）的燃料出口经燃料泵（4）与反应器（5）连接，反应器（5）的燃料出口与气液分离器（7）连接，气液分离器（7）的气体燃料出口依次经高温气体收集管（8）、制冷单元（9）、供热单元（10）和供热单元（11）后与合成气储罐（12）连接，气液分离器（7）的液体燃料出口与燃料储罐（3）连接；回热器（14）的空气出口和合成气储罐（12）的气体燃料出口分别与燃烧室（15）连接，燃烧室（15）的烟气出口经透平机组（16）连接发电机组（17），透平机组（16）的出气口与回热器（14）连接，回热器（14）的烟气出口与热化学转换单元的高温气体收集管（8）连接；

在用电低谷时期，将富余电能或来自可再生能源的富余电能输入至电动机组和燃料泵，利用电动机组驱动压缩机组将环境中大气压下的空气压缩至高压状态，燃料储罐中的液体燃料经燃料泵泵入反应器中，在压缩过程中产生的压缩热以高压空气作为载体，将压缩热作为液体燃料裂解反应的高温热源，将高压空气通入反应器中，使液体燃料在反应器中发生吸热型热化学反应进而裂解成合成气燃料，降低温度后的高压空气直接通入高压储气装置中储存，将裂解反应生成的气体/液体燃料通入到气液分离器中，分离后将未参与反应的液体燃料输送回至燃料储罐中储存或再次泵入反应器中参与反应，将生成的合成气燃料通入高温气体收集管中，之后依次通过制冷单元和供热单元，将合成气燃料中的热量分别用于对外输出冷量和热量，温度降低后的合成气燃料经低温气体收集管通入到合成气储罐中储存；

在用电高峰期，将储存于高压储气装置中的高压空气首先经节流阀节流降压，保证最终进入透平机组中的高压空气维持恒定的压力，节流后的高压空气进入回热器，回热器通过回收透平机组高温排气中的热量，并将其用于预热进入燃烧室的高压空气，经过预热后的高压空气与来自合成气储罐中的合成气燃料在燃烧室中混合，燃烧产生高温高压烟气，之后将其通入透平机组中做功，驱动与透平机组连接的发电机组输出稳定的电能。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将透平机组出气口的排气首先通入回热器中用于预热来自高压储气装置中的高压空气，之后将这部分烟气经高温气体收集管通入到制冷单元和供热单元中，用于对外输出冷量和热量，降低温度后的烟气经低温气体收集管直接排放至大气中；当用户用电负荷较高时期，如果合成气储罐中的合成气储量无法匹配高压空气流量时，将燃料储罐中的液体燃料通过备用管道直接通入到燃烧室中，使高压空气与液体燃料在燃烧室中混合燃烧，并将生成的烟气通入到透平机组中做功，以保证系统稳定的输出电能。

说明书

一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于电能存储技术领域，具体涉及一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法。

背景技术

[0002] 随着世界范围内化石能源的日益枯竭，以及日益严重的环境污染和生态破坏等问题。开发清洁的可再生能源，并高效利用化石能源，已成为世界各国的共识。目前，可再生能
源并网发电比例呈现逐年递增的趋势，但由于可再生能源发电受到气候条件的影响会产生
较大的波动，导致可再生能源的供应量与电网用户侧的需求量无法完全匹配，从而引起电
网较大的频率波动；此外，我国各省可再生能源分布不均，造成各地区可再生能源装机量有
一定的差异，如风能和太阳能电站主要集中在甘肃、新疆、宁夏等西北地区，而东部地区相
对较为贫乏，因此对于可再生能源丰富区，由于当地电网消纳能力有限，无法完全消耗可再
生能源产生的电能，同样造成可再生能源的“丢弃”现象。综上，电力系统在运行过程中电力
负荷的随机波动特性，以及可再生能源并网时的不可预测性，给电网的平稳安全运行带来
了一系列问题，储能技术作为电力系统的一种过渡技术，可以有效缓解我国电网中电力负
荷的波动，同时有效解决可再生能源发电过程中因波动性和间歇性所带来的并网难题，提
高清洁能源发电比例，优化我国能源结构。

[0003] 压缩空气储能技术作为最具代表性的储能技术之一，近年来发展迅速。传统压缩空气储能技术的工作原理基于燃气轮机技术，即在电网负荷低谷期，利用压缩机组消耗电
网中的富余电能或由可再生能源产生的富余电能，将环境中的空气转换成高压空气并压入
储气洞穴中完成储存；在电力负荷高峰期，储存在储气洞穴中的高压空气进入燃烧室，与化
石燃料(如天然气、石油等)混合燃烧，生成的高温高压烟气驱动透平机组做功，而膨胀后的
乏气则直接排入环境大气。然而传统压缩空气储能系统在释能阶段需要燃烧化石燃料对进
入透平机的高压空气加热，从而会造成一定程度的环境污染，此外，由于传统压缩空气储能
技术在储能过程产生的压缩热和释能过程产生的高温乏气未被回收利用，从而导致传统压
缩空气储能系统运行效率较低。基于此，先进绝热压缩空气储能系统采用蓄热器将压缩过
程产生的压缩热存储,之后在释能阶段，再将这部分存储的热能用以加热透平机入口的高
压空气，这不仅可以避免系统释能阶段燃烧化石燃料的需求，保证系统在运行过程中不产
生排放，对环境无污染，并且能够充分利用压缩空气储能过程产生的压缩热，进而提升系统
的能量效率。

[0004] 在先进绝热压缩空气储能系统的运行过程中，仍存在以下问题：

[0005] 首先，为了充分利用储能过程中产生的压缩热，需要大幅提升系统中换热/蓄热设备的换热效能，即需要大幅提升系统中换热/蓄热设备的设计及制造难度，进而增加了整个
系统的设计难度和总投资成本；

[0006] 其次，增加蓄热器后使得先进绝热压缩空气储能系统的响应性能变差，需要经过多次循环后才能进入稳定的运行状态；

[0007] 最后，输入先进绝热压缩空气储能系统中的电能属于高品位能源，尽管该系统在释能过程中将储能过程产生的压缩热充分利用，但是系统输出电能数量总是小于输入系统
的电能数量，因此该系统在工作过程中，能量品位在不断的降低。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法，通过将冷热电联产技术与所提出的集成化学
能的压缩空气储能系统深度耦合，以解决现有集成化学能的压缩空气储能系统在储能/释
能运行过程中热能没有充分利用的缺陷，最终提升系统的能量利用率。

[0009] 本发明采用以下技术方案：

[0010] 一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，包括：

[0011] 压缩空气储能单元，用于将富余电能或由可再生能源产生的富余电能转换成压力势能并储存于高压储气装置中；

[0012] 热化学转换单元，用于将压缩空气储能单元在工作过程中产生的压缩热能作为吸热型热化学反应的热源，将压缩热能转换成化学能并储存于合成气储罐中，对在压缩空气
释能单元工作过程中的高压空气进行预热；

[0013] 压缩空气释能单元，用于将储存于高压储气装置中的压力势能和合成气储罐中的化学能转换成稳定的电能输出，进而完成向系统输入富余电能或由可再生能源产生的富余
电能到系统输出稳定电能的能量转换过程；

[0014] 压缩空气储能单元经阀门与压缩空气释能单元的回热器连接，热化学转换单元经制冷单元和供热单元与压缩空气释能单元的合成气储罐连接，压缩空气释能单元通过透平
机组与发电机组连接。

[0015] 具体的，压缩空气储能单元包括电动机组，电动机组与压缩机组连接，压缩机组的出气口经反应器连接高压储气装置，高压储气装置的空气出口经节流阀连接回热器。

[0016] 具体的，热化学转换单元包括燃料储罐，燃料储罐的燃料出口经燃料泵与反应器连接，反应器的燃料出口与气液分离器连接，气液分离器的气体燃料出口依次经高温气体
收集管、制冷单元、供热单元和供热单元后与合成气储罐连接，气液分离器的液体燃料出口
与燃料储罐连接，液体燃料为可再生能源。

[0017] 进一步的，燃料储罐的液体燃料出口作为备用管路与燃烧室连接。

[0018] 具体的，压缩空气释能单元包括燃烧室，回热器的空气出口和合成气储罐的气体燃料出口分别与燃烧室连接，燃烧室的烟气出口连接透平机组，透平机组的出气口与回热
器连接，回热器的烟气出口与热化学转换单元的高温气体收集管连接。

[0019] 具体的，制冷单元包括发生器，发生器的高压制冷剂水蒸气出口与冷凝器连接，冷凝器的高压制冷剂液态水出口经第一节流阀与蒸发器连接，蒸发器的低压制冷剂水蒸气出
口与吸收器连接，发生器的高压溴化锂浓溶液出口与溶液热交换器连接，溶液热交换器的
高压低温溴化锂浓溶液出口经第二节流阀与吸收器连接，吸收器的低压溴化锂溶液经溶液
泵与溶液热交换器连接，溶液热交换器的高压高温溴化锂溶液出口与发生器连接。

[0020] 具体的，反应器为套管式反应器，包括以共轴线，间隙配合的方式套装组合在一起的外套管和芯管。

[0021] 进一步的，外套管的外部设置保温层，芯管中部设置有催化剂支撑。

[0022] 本发明得了另一个技术方案是，一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产方法，包括电动机组和燃料储罐，电动机组与压缩机组连接，压缩机组的出气口经反应器连接
高压储气装置，高压储气装置的空气出口经节流阀连接回热器；燃料储罐的燃料出口经燃
料泵与反应器连接，反应器的燃料出口与气液分离器连接，气液分离器的气体燃料出口依
次经高温气体收集管、制冷单元、供热单元和供热单元后与合成气储罐连接，气液分离器的
液体燃料出口与燃料储罐连接；回热器的空气出口和合成气储罐的气体燃料出口分别与燃
烧室连接，燃烧室的烟气出口经透平机组连接发电机组，透平机组的出气口与回热器连接，
回热器的烟气出口与热化学转换单元的高温气体收集管连接；

[0023] 在用电低谷时期，将富余电能或来自可再生能源的富余电能输入至电动机组和燃料泵，利用电动机组驱动压缩机组将环境中大气压下的空气压缩至高压状态，燃料储罐中
的液体燃料经燃料泵泵入反应器中，在压缩过程中产生的压缩热以高压空气作为载体，将
压缩热作为液体燃料裂解反应的高温热源，将高压空气通入反应器中，使液体燃料在反应
器中发生吸热型热化学反应进而裂解成合成气燃料，降低温度后的高压空气直接通入高压
储气装置中储存，将裂解反应生成的气体/液体燃料通入到气液分离器中，分离后将未参与
反应的液体燃料输送回至燃料储罐中储存或再次泵入反应器中参与反应，将生成的合成气
燃料通入高温气体收集管中，之后依次通过制冷单元和供热单元，将合成气燃料中的热量
分别用于对外输出冷量和热量，温度降低后的合成气燃料经低温气体收集管通入到合成气
储罐中储存；

[0024] 在用电高峰期，将储存于高压储气装置中的高压空气首先经节流阀节流降压，保证最终进入透平机组中的高压空气维持恒定的压力，节流后的高压空气进入回热器，回热
器通过回收透平机组高温排气中的热量，并将其用于预热进入燃烧室的高压空气，经过预
热后的高压空气与来自合成气储罐中的合成气燃料在燃烧室中混合，燃烧产生高温高压烟
气，之后将其通入透平机组中做功，驱动与透平机组连接的发电机组输出稳定的电能。

[0025] 具体的，将透平机组出气口的排气首先通入回热器中用于预热来自高压储气装置中的高压空气，之后将这部分烟气经高温气体收集管通入到制冷单元和供热单元中，用于
对外输出冷量和热量，降低温度后的烟气经低温气体收集管直接排放至大气中；当用户用
电负荷较高时期，如果合成气储罐中的合成气储量无法匹配高压空气流量时，将燃料储罐
中的液体燃料通过备用管道直接通入到燃烧室中，使高压空气与液体燃料在燃烧室中混合
燃烧，并将生成的烟气通入到透平机组中做功，以保证系统稳定的输出电能。

[0026] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

[0027] 本发明提供了一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，将压缩过程产生的压缩热用于液体燃料裂解反应的热源，并在释能过程通过燃烧反应提升进入透平机组
气体的温度，提升了储能过程中压缩热的能量品位，此外，通过利用合成气燃料/排气中的
余热对外输出冷量和热量，实现了系统功能的多样化和能量的高效梯级利用。

[0028] 进一步的，在压缩空气储能单元中，富余电能或由可再生能源产生的富余电能驱动压缩机组工作产生高压空气，经过降温后的高压空气储存于高压储气装置中，实现富余/
不稳定电源到稳定压力势能的能量转换过程。

[0029] 进一步的，在热化学转换单元中，压缩空气储能单元中产生的压缩热以高压空气作为载体，通过将这部分热量作为反应器的热源，驱动来自燃料储罐中的液体燃料在反应
器内发生吸热型热化学反应，反应器出口的混合燃料进入气液分离器，生成的合成气燃料
储存于合成气储罐中，而未反应的液体燃料则返回燃料储罐中储存或再次进入反应器参与
反应，实现热能到化学能的能量品位提升过程。

[0030] 进一步的，通过向燃烧室中补充液体燃料，可以保证本系统在不同电能负荷下维持稳定的电能输出，特别是与蓄热量一定的绝热压缩空气储能系统相比，可以灵活的满足
用户侧的电能负荷需求。

[0031] 进一步的，反应器中生成的合成气燃料和经回热器换热后的烟气仍具有较高温度，如果直接将合成气/烟气通入大气环境中，会造成巨大的能量浪费，因此根据“温度对
口，梯级利用”原则，将合成气/烟气中的余热通过制冷循环子单元转换成冷量对外输出，不
仅能够实现整体能量系统功能性的多样化，并且可以有效提升系统的能量利用率。

[0032] 进一步的，高效的换热能够保证反应器中吸热型热化学反应的高效进行，为此本发明选用套管式反应器结构，其中液体燃料在中心套管内流动，高压高温空气在外层套管
内流动，以保证压缩储能子单元产生的压缩热高效的传递给液体燃料，进而提升液体燃料
裂解为合成气燃料的转化率；此外，为减少外层套管内高压高温空气与环境间的热耗散现
象，在外层套管外部装有保温层结构。考虑到燃料需要从液体变成蒸气状态才能发生裂解
反应，因此在套管式反应器的中部设置催化剂支撑，即液体燃料经入口吸热变为蒸气燃料
后，经中部的催化剂支撑后发生裂解反应，与催化剂充满反应器相比，能够节省系统中催化
剂用量，进而提示系统的经济性。

[0033] 本发明的另一个技术方案是，一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产方法，在系统运行过程中，储能过程中在反应器中生成的合成气燃料和释能过程中透平机组
的排气均含有大量热量，将这两部分热量依次用于制冷或者供热，使本系统在工作过程中
不仅能够实现储能和输出稳定电能的功能，还能够提供对外输出热量和冷量，提升系统的
输出产品形式多样性，提高了系统的运行效率和经济性。

[0034] 综上所述，本发明在储能过程中富余电能或由可再生能源产生的富余电能分别转换为压力势能和化学能，通过将上述两种类型的能量储存，然后在释能过程中以稳定电能
的形式对外输出，并且在储能/释能过程中实现热能和冷量的输出，不仅实现了对可再生能
源的高效利用，并且实现了系统功能的多样化。

[0035] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0036] 图1为本发明储能系统整体结构图；

[0037] 图2为溴化锂吸收式制冷循环结构图；

[0038] 图3为套管反应器结构图。

[0039] 其中：1.电动机组；2.压缩机组；3.燃料储罐；4.燃料泵；5.反应器；6.高压储气装置；7.气液分离器；8.高温气体收集管；9.制冷单元；10.供热单元；11.低温气体收集管；12.
合成气储罐；13.节流阀；14.回热器；15.燃烧室；16.透平机组；17.发电机组；18.发生器；
19.冷凝器；20.第一节流阀；21.第二节流阀；22.蒸发器；23.吸收器；24.溶液泵；25.溶液热
交换器；26.催化剂支撑；27.外套管；28.芯管；29.保温层。

具体实施方式

[0040] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和
操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第
一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，
除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0042] 请参阅图1，本发明一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统，包括压缩空气储能单元、热化学转换单元、压缩空气释能单元、制冷单元9和供热单元10，压缩空气储
能单元，用于将富余电能或由可再生能源产生的富余电能转换成压力势能并储存于高压储
气装置中；热化学转换单元，用于将压缩空气储能单元在工作过程中产生的压缩热能转换
成化学能并储存于合成气储罐中；压缩空气释能单元，用于将储存于高压储气装置中的压
力势能和合成气储罐中的化学能转换成稳定的电能输出；压缩空气储能单元经阀门与压缩
空气释能单元连接，热化学转换单元经制冷单元9和供热单元10与压缩空气释能单元的合
成气储罐12连接，压缩空气释能单元通过透平机组16与发电机组17连接。

[0043] 压缩空气储能单元包括：电动机组1、压缩机组2、反应器5和高压储气装置6；

[0044] 电动机组1与压缩机组2连接以驱动压缩机组工作，压缩机组2具有进气口和出气口，压缩机组2的出气口连接反应器5的高温空气入口，反应器5的常温空气出口连接高压储
气装置6。

[0045] 热化学转换单元包括：燃料储罐3、燃料泵4、反应器5、合成气储罐12和气液分离器7；

[0046] 燃料储罐3的燃料出口经燃料泵4与反应器5连接，反应器5的燃料出口与气液分离器7连接，气液分离器7的气体燃料出口依次经高温气体收集管8、制冷单元9、供热单元10和
供热单元11后与合成气储罐12连接，气液分离器7的液体燃料出口与燃料储罐3连接。

[0047] 压缩空气释能单元包括：高压储气装置6、合成气储罐12、节流阀13、回热器14、燃烧室15、透平机组16和发电机组17；

[0048] 高压储气装置6的空气出口经节流阀13连接回热器14，回热器14的空气出口以及合成气储罐12的气体燃料出口分别与燃烧室15连接，燃料储罐3的液体燃料出口作为备用
管路与燃烧室15连接，燃烧室15的烟气出口连接透平机组16，透平机组16的出气口与回热
器14连接，回热器14的烟气出口经高温气体收集管8与制冷单元9和供热单元10连接。

[0049] 请参阅图2，制冷单元9包括：发生器18、冷凝器19、第一节流阀20、第二节流阀21、蒸发器22、吸收器23、溶液泵24和溶液热交换器25；

[0050] 发生器18的高压制冷剂水蒸气出口与冷凝器19连接，冷凝器19高压制冷剂液态水出口经节流阀20与蒸发器22连接，蒸发器22的低压制冷剂水蒸气出口与吸收器23连接，发
生器18的高压溴化锂浓溶液出口与溶液热交换器25连接，溶液热交换器25的高压低温溴化
锂浓溶液出口经节流阀21与吸收器23连接，吸收器23的低压溴化锂溶液经溶液泵24与溶液
热交换器25连接，溶液热交换器25的高压高温溴化锂溶液出口与发生器18连接。

[0051] 供热单元10包括换热器；制冷单元9的烟气出口与供热单元10连接。

[0052] 请参阅图3，反应器5为套管式反应器，包括以共轴线，间隙配合的方式套装组合在一起的外套管27和芯管28，以及催化剂支撑26和保温层29；空气在外套管27中流动，液体燃
料的裂解反应在芯管28中进行，空气与燃料的流动方向为逆向流动方式，以保证空气与燃
料间的充分换热，此外，在外套管27的外部设置保温层29，以保证外套管27中空气的热量充
分的传递给芯管28中的燃料，进而保证吸热型热化学的充分进行。

[0053] 由于液体燃料的裂解反应通常要在蒸气状态下进行，因此燃料首先吸收热量由液体状态变为气体状态，之后气体燃料通过设置在芯管28中部的催化剂支撑26，完成热分解
反应生成合成气燃料，因此在所述芯管28中部设置催化剂支撑26不仅能够保证反应的充分
进行，而且节省催化剂的用量，进而提升系统的整体经济学性能。

[0054] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实
施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明
的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定
实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0055] 请参阅图1，本发明一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产方法，具体过程为：

[0056] 在用电低谷时期，将富余电能或来自可再生能源的富余电能输入至电动机组1和燃料泵4，利用电动机组1驱动压缩机组2将环境中大气压下的空气压缩至高压状态，燃料储
罐3中的液体燃料经燃料泵4泵入反应器5中，在压缩过程中产生的压缩热以高压空气作为
载体，将压缩热作为液体燃料裂解反应的吸热源，因此将高压空气通入反应器5中，使液体
燃料在反应器5中发生吸热型热化学反应进而裂解成合成气燃料，高压空气由于在反应器5
中驱动液体燃料发生了吸热型裂解反应后温度降低，降低温度后的高压空气直接通入高压
储气装置6中储存，将裂解反应生成的气体/液体燃料通入到气液分离器7中，分离后将未参
与反应的液体燃料输送至燃料储罐3中，而生成的合成气燃料仍具有较高的温度，因此将合
成气燃料通入到高温气体收集管8中，之后依次通过制冷单元9和供热单元10，将合成气燃
料中的热量分别用于对外输出冷量和热量，温度降低后的合成气燃料经低温气体收集管11
通入到合成气储罐12中储存，该过程不仅实现了将压缩机工作所产生的全部压缩热转换成
化学能，提升了压缩热的能量品位，并且该过程实现了储能的作用，以及冷量和热能的同时
输出，达到了能量高效梯级利用的目的。

[0057] 在用电高峰期，将储存于高压储气装置6中的高压空气首先经过节流阀13节流降压，从而保证最终进入透平机组16中的高压空气维持恒定的压力，节流后的高压空气进入
回热器14，回热器14通过回收透平机组16的高温排气，并将其用于预热进入燃烧室15的高
压空气，不仅优化了系统对排气余热的利用率，并且提升了高压空气与气体/液体燃料在燃
烧室15中的燃烧效率，经过预热后的高压空气与来自合成气储罐12中的合成气燃料在燃烧
室15中混合.燃烧从而产生高温高压的烟气，之后将其通入透平机组16中做功，并驱动与透
平机组16连接的发电机组17输出稳定的电能，透平机组16出气口的排气仍具有较高的温
度，因此将这部分余热首先通入到回热器14中用于预热来自高压储气装置6中的高压空气，
之后将这部分烟气经高温气体收集管8通入到制冷单元9和供热单元10中，用于对外输出冷
量和热量的同时，充分利用烟气中的余热，降低温度后的烟气经低温气体收集管11直接排
放至大气中。当用户用电负荷较高时期，如果合成气储罐12中的合成气储量无法匹配高压
空气流量时，可将燃料储罐3中的液体燃料通过备用管道直接通入到燃烧室15中，使高压空
气与液体燃料在燃烧室15中混合燃烧，并将生成的烟气通入到透平机组16中做功，以保证
系统稳定的输出电能，满足用户的负荷需求。

[0058] 请参阅图2，合成气燃料/高温烟气的热量在发生器18内向溴化锂溶液放热，吸收高温合成气燃料/高温烟气热量的溴化锂溶液经蒸发产生制冷剂水蒸气；制冷剂水蒸气进
入冷凝器19经冷凝放热后凝结成制冷剂液态水，饱和冷凝水经过节流阀20后压力降低，进
入蒸发器22中，制冷剂液态水在其中蒸发吸收热量，对外输出冷量，并蒸发成制冷剂水蒸
气，吸收器23吸收水蒸气，来自发生器18的溴化锂浓溶液经溶液热交换器25降温和节流阀
21降压后，进入吸收器23中，通过与水蒸气混合变成溴化锂溶液，并由溶液泵24送到溶液热
交换器25后进入发生器18，吸收器23出口的低温稀溶液与发生器18出口的高温浓溶液在溶
液换热器内完成热量交换并分别进入下一设备完成循环。

[0059] 本发明具有以下优点：

[0060] 首次提出将压缩空气储能系统中的压缩热转化为高品位燃料化学能的设计思路，即将压缩机组在储能过程中产生的压缩热用于驱动燃料的吸热型热解反应，在释能过程中
将热化学过程产生的合成气燃料与储存的高压空气混合、燃烧，避免了现有压缩空气储能
技术在换热/蓄热过程中，由于传热温差而引起的不可逆损失，为压缩空气储能系统的高效
运行，提供具备工业化应用前景的设计思路。

[0061] 选取高转化效率的可再生清洁型燃料作为热化学反应的反应物，包括甲醇、乙醇或二甲醚，以甲醇为例，当反应温度为200℃时，甲醇转化效率为99％，因此可将压缩热以极
高的效率转化为燃料的化学能，因此，从热力学角度，不仅实现了对压缩热的高效回收再利
用，并且由于实现了热能到化学能的能量形式转变，进而提升了压缩热的能量品位。

[0062] 本系统所使用的液体燃料为甲醇、乙醇或二甲醚等可作为生物质能和风能等可再生能源的载体，不仅实现该系统与可再生能源的紧密对接，而且可将本发明所提出的一种
集成化学能的压缩空气储能系统构建成二氧化碳近零排放的环保型能源利用系统。因此本
系统在结构简单的前提下，不仅提高了能源利用率，而且减少碳化物及有害气体的排放，具
有很好的发展前景。

[0063] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书
的保护范围之内。