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CN112065515A - 与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法 - Google Patents

与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法 Download PDF

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CN112065515A
CN112065515A CN202011052855.0A CN202011052855A CN112065515A CN 112065515 A CN112065515 A CN 112065515A CN 202011052855 A CN202011052855 A CN 202011052855A CN 112065515 A CN112065515 A CN 112065515A
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liquid
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pressure cylinder
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马汀山
居文平
王妍
吕凯
张建元
黄嘉驷
郑天帅
王东晔
杨利
刘学亮
林轶
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Xian Xire Energy Saving Technology Co Ltd
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Xian Xire Energy Saving Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法,通过燃煤发电机组与液态压缩空气储能系统的耦合,实现汽轮发电机组对液态压缩空气储能系统空气压缩机的驱动,从而避免了空气压缩系统的额外电动机配置,简化了系统布置,降低系统建设投资。同时,通过空气压缩机对汽轮发电机组电出力的消纳,有效降低了汽轮发电机组对外供电量,提高机组电出力调节能力,满足机组调峰需求。

Description

与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法
【技术领域】
本发明属于热能综合利用技术领域,涉及一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法。
【背景技术】
为应对化石燃料逐渐枯竭以及由其引发的环境问题,近年来以风能、太阳能为代表的可再生能源发电发展迅猛。具有波动性、随机性的可再生能源发电大规模并网,对电网削峰填谷、安全稳定运行水平提出了更高要求。建设大规模储能装置,提升电力系统运行灵活性及安全性,是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。
目前,大规模储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能。其中,抽水蓄能技术虽效率较高,但选址条件严苛、建设周期长;电化学储能存在寿命短、工业污染等问题;压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点,具备规模化推广应用潜力。特别是液态压缩空气储能技术,通过将空气深冷液化实现压缩空气的液态存储,大幅缩小储存容积,极大地提升了系统储能密度。但常规液态压缩空气储能系统整体储能效率较低、运行成本较高。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有技术中的问题,提供一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统及方法。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统,包括:
燃煤发电机组,所述燃煤发电机组包括锅炉与汽轮机组,汽轮机组通过第一离合器-齿轮箱与第一发电机相连;
液态压缩空气储能系统,液态压缩空气储能系统包括至少一级空气压缩机,空气压缩机的转轴通过第二离合器-齿轮箱与第一发电机的转轴相连;空气压缩机的压缩空气出口与制冷膨胀机相连,制冷膨胀机的出口连接气液分离装置,气液分离装置的气体出口与空气压缩机的空气入口相连,液体出口与空气储罐相连;空气储罐的出口依次连接升压泵、空气加热器以及空气膨胀机,空气膨胀机的转轴与第二发电机相连。
上述系统进一步的改进在于:
所述汽轮机组包括高压缸、中压缸以及低压缸;锅炉的新蒸汽出口与高压缸的进汽口相连,高压缸的排汽与锅炉的进汽口相连,锅炉的排汽口与中压缸的进汽口相连,中压缸的排汽与低压缸的进汽口相连。
一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰方法,包括以下步骤:
当液态压缩空气储能系统以储能模式运行时,第一发电机通过第二离合器-齿轮箱带动空气压缩机运转,空气被加压后进入制冷膨胀机膨胀放热,在气液分离装置中完成液态空气与气态空气的分离,液态空气存储在空气储罐中,所分离气态空气返回空气压缩机入口进行重新压缩,完成液态压缩空气储能系统空气压缩液化储能过程;
当液态压缩空气储能系统以释能发电模式运行时,空气储罐出口液态空气经升压泵加压后进入空气加热器升温,之后进入空气膨胀机膨胀做功,驱动第二发电机发电,完成液态压缩空气储能系统发电释能过程。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明通过燃煤发电机组与液态压缩空气储能系统的耦合,实现汽轮发电机组对液态压缩空气储能系统空气压缩机的驱动,从而避免了空气压缩系统的额外电动机配置,简化了系统布置,降低系统建设投资。同时,通过空气压缩机对汽轮发电机组电出力的消纳,有效降低了汽轮发电机组对外供电量,提高机组电出力调节能力,满足机组调峰需求。
【附图说明】
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的热力系统示意图。
其中:1-锅炉,2-高压缸,3-中压缸,4-低压缸,5-第一发电机,6-第一离合器-齿轮箱,7-第二离合器-齿轮箱,8-空气压缩机,9-制冷膨胀机,10-气液分离装置,11-空气储罐,12-升压泵,13-空气加热器,14-空气膨胀机,15-第二发电机。
【具体实施方式】
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,若出现术语“水平”,并不表示要求部件绝对水平,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“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,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参见图1,本发明一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统,包括燃煤发电机组、液态压缩空气储能系统。由锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、第一发电机5、第一离合器-齿轮箱6、第二离合器-齿轮箱7、空气压缩机8、制冷膨胀机9、气液分离装置10、空气储罐11、升压泵12、空气加热器13、空气膨胀机14、第二发电机15组成。
锅炉1出口新蒸汽进入高压缸2做功后返回锅炉1进行二次加热,之后依次进入中压缸3、低压缸4膨胀做功,通过第一离合器-齿轮箱6带动第一发电机5发电。完成燃煤机组发电过程。
当液态压缩空气储能系统储能模式运行时,第一发电机5通过第二离合器-齿轮箱7带动空气压缩机8运转,空气被加压后进入制冷膨胀机9膨胀放热,在气液分离装置10中完成液态空气与气态空气的分离,液态空气存储在空气储罐11中,所分离气态空气返回空气压缩机8入口进行重新压缩。完成液态压缩空气储能系统空气压缩液化储能过程。
当液态压缩空气储能系统释能发电模式运行时,空气储罐11出口液态空气经升压泵12加压后进入空气加热器13升温,之后进入空气膨胀机14膨胀做功,驱动第二发电机15发电,完成液态压缩空气储能系统发电释能过程。
所述空气压缩机8可为一级或多级。均与第一发电机5同轴布置。
所述空气加热器13、空气膨胀机14可为一级或多级,且空气加热器13与空气膨胀机14数量对应。
本发明一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰方法,将燃煤发电机组与液态压缩空气储能系统相耦合,具体方法如下:
液态压缩空气储能系统空气压缩机8与汽轮机组同轴布置,当液态压缩空气储能系统储能模式运行时,通过第二离合器-齿轮箱7将第一发电机5与空气压缩机8结合,实现第一发电机5对空气压缩机8的驱动。当液态压缩空气储能系统不进行空气压缩储能时,第一发电机5与空气压缩机8脱开。与常规液态压缩空气储能系统相比较,本发明所提出系统避免了空气压缩机所需驱动电动机的配置,从而简化系统布置,降低系统建设投资。
第一发电机5通过第二离合器-齿轮箱7驱动空气压缩机8运转,降低了汽轮发电机组对外供电量,提升了燃煤发电机组电出力调节能力。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统,其特征在于,包括:
燃煤发电机组,所述燃煤发电机组包括锅炉(1)与汽轮机组,汽轮机组通过第一离合器-齿轮箱(6)与第一发电机(5)相连;
液态压缩空气储能系统,液态压缩空气储能系统包括至少一级空气压缩机(8),空气压缩机(8)的转轴通过第二离合器-齿轮箱(7)与第一发电机(5)的转轴相连;空气压缩机(8)的压缩空气出口与制冷膨胀机(9)相连,制冷膨胀机(9)的出口连接气液分离装置(10),气液分离装置(10)的气体出口与空气压缩机(8)的空气入口相连,液体出口与空气储罐(11)相连;空气储罐(11)的出口依次连接升压泵(12)、空气加热器(13)以及空气膨胀机(14),空气膨胀机(14)的转轴与第二发电机(15)相连。
2.根据权利要求1所述的与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰系统,其特征在于,所述汽轮机组包括高压缸(2)、中压缸(3)以及低压缸(4);锅炉(1)的新蒸汽出口与高压缸(2)的进汽口相连,高压缸(2)的排汽与锅炉(1)的进汽口相连,锅炉(1)的排汽口与中压缸(3)的进汽口相连,中压缸(3)的排汽与低压缸(4)的进汽口相连。
3.一种采用权利要求1或2所述系统的与汽轮机组同轴布置的液态压缩空气储能调峰方法,其特征在于,包括以下步骤:
当液态压缩空气储能系统以储能模式运行时,第一发电机(5)通过第二离合器-齿轮箱(7)带动空气压缩机(8)运转,空气被加压后进入制冷膨胀机(9)膨胀放热,在气液分离装置(10)中完成液态空气与气态空气的分离,液态空气存储在空气储罐(11)中,所分离气态空气返回空气压缩机(8)入口进行重新压缩,完成液态压缩空气储能系统空气压缩液化储能过程;
当液态压缩空气储能系统以释能发电模式运行时,空气储罐(11)出口液态空气经升压泵(12)加压后进入空气加热器(13)升温,之后进入空气膨胀机(14)膨胀做功,驱动第二发电机(15)发电,完成液态压缩空气储能系统发电释能过程。
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