本发明属于水力发电领域，涉及水力压缩空气储能系统领域，尤其涉及一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统及运行方法。
背景技术：
1、水力压缩空气储能系统作为一种创新的能源存储与利用方式，能够高效地将可再生能源如风电、太阳能等转化为稳定的电力输出，同时结合水力发电的灵活性，有效平衡电力负荷，提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖，对于推动清洁能源发展、保护环境和促进经济可持续发展具有不可估量的价值。压缩空气储能具有容量大、寿命长、清洁保、安全可靠、经济性好等优点，是支撑大规模发展可再生能源和保障能源安全的关键技术之一。
2、当前，水力压缩空气储能系统的做功介质为水、储能介质为空气，但是储能过程中存在温度上升、释能过程存在温度下降、等待过程空气温度存在缓慢下降的问题，导致储能-发电循环中系统循环效率下降；另外，储能、释能过程中温度变化限制了水泵、水轮机功率的增加与减小，严重影响了储能系统功率的调节速率和幅度，导致整个循环过程中储能系统的循环效率降低；此外，储能系统长时间等待过程中，储能介质的温度受到环境温度、水温影响较大，在北方地区冬季和夏季温差达到30度～50度，严重影响了储能系统长时间运行下的平均循环效率。
3、由此可见，现有水力压缩空气储能系统由于容器内气体温度变幅较大、温度变幅限制机组功率快速变化，导致影响储能系统长时间运行下的平均循环效率。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，以解决现有水力压缩空气储能系统由于容器内气体温度变幅较大、温度变幅限制机组功率快速变化，导致影响储能系统长时间运行下的平均循环效率的技术问题。
2、为了达到上述目的，本发明采用技术方案如下：
3、一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，包括至少一个第一夹套式换热器以及多个第二夹套式换热器；
4、所述第一夹套式换热器的第一夹套以及所述第二夹套式换热器的第二夹套均通过第一水泵与蓄水池连接；
5、所述第一夹套式换热器的第一内部反应器存储有压缩空气，所述第二夹套式换热器的第二内部反应器存储有空气和水；
6、所述第一夹套式换热器的第一内部反应器与所述第二夹套式换热器的第二内部反应器连通；多个所述第二夹套式换热器的第二内部反应器之间彼此连通，且压力等级不同；
7、各所述第二内部反应器的进水口连接第二水泵，出水口连接水轮机；
8、所述第二水泵和所述水轮机分别与所述蓄水池相连。
9、进一步地，所述第一夹套和所述第二夹套均通过阀门与所述第一水泵相连。
10、进一步地，所述第一夹套和所述第二夹套的排水口分别与所述蓄水池连接。
11、进一步地，所述第一夹套式换热器以及所述第二夹套式换热器的压力均≤50mpa；第一内部反应器和各所述第二内部反应器的气体温度均≤300℃。
12、进一步地，所述第二内部反应器内设置有雾化喷淋装置。
13、进一步地，所述雾化喷淋装置设置于所述第二内部反应器的顶部，并通过管路与所述第二内部反应器的底部相连，管路上设置有第三水泵。
14、进一步地，所述第二水泵和所述水轮机集成于一体，形成水泵水轮机。
15、进一步地，所述第二水泵连接水泵电机；所述水轮机连接发电机。
16、进一步地，所述第一夹套式换热器与其直接相连的所述第二夹套式换热器压力等级相等，其他所述第二夹套式换热器均小于所述第一夹套式换热器的压力等级。
17、一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统的运行方法，基于上述压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，包括储能过程和发电过程：
18、所述储能过程包括：
19、第二水泵从蓄水池抽取水工质，并输入至各第二夹套式换热器的第二内部反应器，第二内部反应器液位升高并使得第一夹套式换热器的第一内部反应器中的空气和第二内部反应器的空气压力逐渐升高；第一水泵从蓄水池抽取水工质，并输入至第一夹套式换热器的第一夹套以及各第二夹套式换热器的第二夹套内，对第一内部反应器以及第二内部反应器的空气进行冷却；
20、所述发电过程包括：
21、第一夹套式换热器的第一内部反应器中的空气和第二内部反应器的空气膨胀，推动第二内部反应器的水工质排出，排出的水工质驱动水轮机发电，第一内部反应器以及第二内部反应器的空气压力逐渐降低；第一水泵从蓄水池抽取水工质，并输入至第一夹套式换热器的第一夹套以及各第二夹套式换热器的第二夹套内，维持第一内部反应器以及第二内部反应器的空气温度。
22、相比于现有技术，本发明具有有益效果如下：
23、本发明提供一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，本系统包括至少一个第一夹套式换热器和多个第二夹套式换热器，所有夹套式换热器的夹套均通过水泵与蓄水池连接；第一夹套式换热器作为储气容器，第二夹套式换热器作为汽水混合器，第一夹套式换热器的内部反应器与第二夹套式换热器的内部反应器以及多个第二夹套式换热器的内部反应器彼此均连通；由于夹套式换热器的设置，能够使得在储能过程对内部反应器内的空气进行冷却，同时在发电过程能够对内部反应器内的空气温度进行维持，实现作为做功介质的空气温度近似不变；采用本系统采用比热容较大的水来实现做功、降温、保温，维持空气温度恒定不变，克服了储能系统运行工况受四季环境温度变化影响的问题，保证了储能系统在长时间运行下稳定的平均循环效率。
24、优选地，本发明中，阀门的设计允许在系统运行过程中进行灵活的流量调整和维护，提高了整个系统的操作灵活性和可靠性。
25、进一步优选地，本发明中，采用将第一夹套和第二夹套的排水口分别与蓄水池连接，这样经过夹套换热后的水工质又重新流回蓄水池，实现了水工质的重复利用。
26、优选地，本发明中，将夹套式换热器的压力控制在50mpa以内，且气体温度控制在300℃以内，有效防止系统因超压或过热而损坏，提高系统的安全性和可靠性。
27、优选地，本发明中，在第二内部反应器内设置雾化喷淋装置，且位于第二内部反应器顶部，并与第二内部反应器的底部通过第三水泵连通；首先，能有效提高热交换效率，降低空气温度，提高系统的能效；另外，确保雾化水能够均匀分布在反应器内部，进一步提高热交换效率。
28、进一步优选地，本发明中，将第二水泵和水轮机集成于一体组成水泵水轮机，不仅提高了整个系统的紧凑性和可靠性，而且使得整个系统具有工况切换迅速的优点。
29、优选地，本发明中，采用第一夹套式换热器与其直接相连的第二夹套式换热器压力等级相等，其他所述第二夹套式换热器均小于第一夹套式换热器的压力等级；这样设计有助于实现能量的逐级释放，提高系统的能效和响应速度。
30、本发明还提供了一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统的运行方法，基于上述压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，本方法分为储能过程和发电过程；当处于储能过程时，第一水泵从蓄水池抽取水工质，并输入至第一夹套式换热器的第一夹套以及各第二夹套式换热器的第二夹套内，对第一内部反应器以及第二内部反应器的空气进行冷却；当处于发电过程时，第一水泵从蓄水池抽取水工质，并输入至第一夹套式换热器的第一夹套以及各第二夹套式换热器的第二夹套内，维持第一内部反应器以及第二内部反应器的空气温度；实现了在储能-发电循环中，做功介质-空气的温度近乎不变，有效避免了容器内气体温度变幅较大、温度变幅限制机组功率快速变化的现象，提升了储能系统长时间运行下的平均循环效率。
1.一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，包括至少一个第一夹套式换热器(1)以及多个第二夹套式换热器(2)；
2.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一夹套(1-1)和所述第二夹套(2-1)均通过阀门与所述第一水泵(4)相连。
3.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一夹套(1-1)和所述第二夹套(2-1)的排水口分别与所述蓄水池(3)连接。
4.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一夹套式换热器(1)以及所述第二夹套式换热器(2)的压力均≤50mpa；第一内部反应器(1-2)和各所述第二内部反应器(2-2)的气体温度均≤300℃。
5.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二内部反应器(2-2)内设置有雾化喷淋装置(7)。
6.根据权利要求5所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述雾化喷淋装置(7)设置于所述第二内部反应器(2-2)的顶部，并通过管路与所述第二内部反应器(2-2)的底部相连，管路上设置有第三水泵(8)。
7.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二水泵(5)和所述水轮机(6)集成于一体，形成水泵水轮机。
8.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二水泵(5)连接水泵电机；所述水轮机(6)连接发电机。
9.根据权利要求1所述的一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一夹套式换热器(1)与其直接相连的所述第二夹套式换热器(2)压力等级相等，其他所述第二夹套式换热器(2)均小于所述第一夹套式换热器(1)的压力等级。
10.一种压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统的运行方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述压力分级夹套式换热器水力压缩空气储能系统，包括储能过程和发电过程：
