CN102817655A - 错峰供电的综合能源管理系统及其方法 - Google Patents

错峰供电的综合能源管理系统及其方法 Download PDF

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蒋彦龙
李鹏越
王瑜
徐雷
周年勇
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Abstract

错峰供电的综合能源管理系统及其方法，属能源技术领域。包括空气压缩机（1）、发电机（2）、空气预冷器（3）、一级冷却器（4）、二级冷却器（5）、节流阀（6）、气液分离器（7）、液态空气储存罐（8）、液态空气加压泵（9）、氮氧分离器（10），加热水槽（11）、高压涡轮（12）、低压涡轮（13）、发电机组（14）、氮气储存罐（15）、氮气排气管（16）、回热管路（17）、液氧管（18）。其特征是整个系统以蓄能发电为核心，在用电低谷时将发电机（2）产生的能量转化为液态空气储存，用电高峰时通过换热器转化为高压气体，带动涡轮膨胀机发电，实现错峰供电。

Description

错峰供电的综合能源管理系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种错峰供电的综合能源管理系统及其方法，属于能源技术领域。
技术背景
随着近年来国民经济的发展，我国对电力资源的需求也越来越大。 在已经建成投产的电厂中，火电厂的装机容量占得70%以上。由于火电厂发电的过程中主要以煤、石油、天然气等不可再生化石燃料为能源，在生产过程中不可避免的战产生了大量的污染物，同时会产生大量的温室气体。可再生能源发电正是在这种背景下发展起来的发展起来的。与其他能源相比，现有的可再生能源在环境友好性、安全性、分布范围上都有各自不可比拟的优势，在环境保护、节能减排等方面有着巨大的经济社会效益。
但对于风能，水能、太阳能、潮汐能等大多数可再生能源来说，由于能源本身的时间性、季节性波动，对天气等外部条件比较敏感，自身提供的功率不是很稳定，而且城市的用电量也不是一个恒定的过程，因此，发电的峰值未必与用电的峰值重合，会造成极大的能源损失。
发明内容
本发明提供了一种能够将发电系统产生的电能蓄积起来进行错峰供电，同时还可进行空气分离、城市废热处理的综合能源管理系统及其方法。
用于错峰供电的综合能源管理系统，其特征在于：包括空气液化设备，空气分离加热设备，发电设备，压缩气体储存设备；
上述空气液化设备包括发电机、空气压缩机、空气预冷器、一级冷却器、二级冷却器、节流阀、气液分离器、氮气排气管和回热管路；其中空气压缩机与发电机相连，空气预冷器热侧进气口与空气压缩机排气口连接，一级冷却器热侧进气口与空气预冷器热侧排气口相连，二级冷却器热侧进气口与一级冷却器热侧排气口相连，一级换热器冷侧出口连接氮气排气管，氮气排气管与氮气充装设备相连，节流阀的一端与二级冷却器热侧排气口相连，节流阀的另一端与气液分离器的注液孔相连，气液分离器的溢出口通过回热管路与二级冷却器的冷侧入口相连，二级冷却器的冷侧出口与压缩机的气体回流口相连；
上述空气分离加热设备包括液态空气加压泵、氮氧分离器、加热水槽、液氧管；液态空气加压泵排气口与氮氧分离器空气进气口相连、氮氧分离器（10）氮气排气口与加热水槽进气口相连，氮氧分离器出液孔通过液氧管与氧气充装设备相连；
上述发电设备包括高压涡轮、低压涡轮，发电机组；其中高压涡轮的进气口与所述加热水槽排气口相连； 高压涡轮、低压涡轮分别带动发电机组，高压涡轮排气口通过压力管路与低压涡轮直接连接；
上述压缩气体储存设备包括液态空气储存罐与氮气储存罐；其中液态空气储存罐的受液口与所述气液分离器的出液口相连，液态空气储存罐的出液口与所述液态空气加压泵入口相连；氮气储存罐进气口与所述低压涡轮排气口相连；氮气储存罐排气口与所述一级换热器冷侧进气口相连。
本发明将发电系统产生的电能蓄积起来，进行错峰发电，对改善我国能源结构性短缺的现状有很大意义；而且发电同时产生的氮气、氧气等副产品可以作为商品出售，城市及工业热污染也能得到处理，实现能源应用的最优化和经济社会效益的最大化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是综合能源管理系统示意图。
图1中的标号名称：1.空气压缩机、2.发电机、3.空气预冷器、4.一级冷却器、5.二级冷却器、6.节流阀、7.气液分离器、8.液态空气储存罐、9.液态空气加压泵、10.氮氧分离器、11.加热水槽、12.高压涡轮、13.低压涡轮、14.发电机组、15.氮气储存罐、16.氮气排气管、17.回热管路、18.液氧管。
具体实施方式
根据图1所示，本发明中所述的综合热管理系统包括空气压缩机1、空气预冷器3、一级冷却器4、二级冷却器5、节流阀6、气液分离器7、液态空气储存罐8、液态空气加压泵9、氮氧分离器10，加热水槽11、高压涡轮12、低压涡轮13、发电机组14、氮气储存罐15、氮气排气管16、回热管路17、液氧管18。其特征为将蓄能错峰发电、城市工业废热处理、氮气氧气的工业化生产融为一体，与其他蓄能发电系统相比，综合化程度更高，社会经济效益更好。
系统处于用电低峰期时，发电机2带动空气压缩机1产生的高温高压气体，通过管路进入空气预冷器3，由环境空气进行冷却；然后气体进入一级冷却器4，一级冷却器4的冷源为氮气储存罐15所储存的低温氮气，它最为冷源对压缩空气进行冷却后，通过氮气排气管16排出到氮气充装设备，加压后可作为商品出售；压缩空气再进入二级冷却器5进一步冷却，通过节流阀6的节流效应将部分气体变为液体，通过气液分离器7，液体进入液态空气储存罐8，气体则通过回热管路17进入二级冷却器5，作为其冷源，然后回到空气压缩机1重新压缩。
系统处于用电高峰期时，液态空气储存罐8中的低温气体通过液态空气加压泵9的抽吸加压后进入氮氧分离器10；氮氧分离器10以环境空气为热源，将低温液态空气加热到稍高于氮气沸点的温度，由于氮气沸点较低，所以率先气化，这样氮气与氧气就实现了分离；液氧通过液氧管18可直接装瓶作为商品出售，氮气则继续通过加热水槽11，变成高温高于常温，低于100℃高压氮气；加热水槽11的热源来自城市的工业和生活废热加热的水；高温高压氮气通过高压涡轮12与低压涡轮13膨胀做功，带动发电机供应电力，低压涡轮13产生的低温氮气则储存在氮气储存罐15中，供用电低负荷时作为冷源使用。
整个系统实现了物质和能量的充分应用，保证了用电高峰时的电力供应，同时处理了工业和生活废热，还附带提供了较高纯度氮气与氧气的生产，对环境保护与节能减排有重大意义。

Claims (3)

1.错峰供电的综合能源管理系统，其特征在于：包括空气液化设备，空气分离加热设备，发电设备，压缩气体储存设备；
上述空气液化设备包括发电机（2）、空气压缩机（1）、空气预冷器（3）、一级冷却器（4）、二级冷却器（5）、节流阀（6）、气液分离器（7）、氮气排气管（16）和回热管路（17）；其中空气压缩机（1）与发电机（2）相连，空气预冷器（3）热侧进气口与空气压缩机（1）排气口连接，一级冷却器（4）热侧进气口与空气预冷器（3）热侧排气口相连，二级冷却器（5）热侧进气口与一级冷却器（4）热侧排气口相连，一级换热器（4）冷侧出口连接氮气排气管（16），氮气排气管（16）与氮气充装设备相连，节流阀（6）的一端与二级冷却器（5）热侧排气口相连，节流阀（6）的另一端与气液分离器（7）的注液孔相连，气液分离器（7）的溢出口通过回热管路（17）与二级冷却器（5）的冷侧入口相连，二级冷却器（5）的冷侧出口与压缩机（1）的气体回流口相连；
上述空气分离加热设备包括液态空气加压泵（9）、氮氧分离器（10）、加热水槽（11）、液氧管（18）；液态空气加压泵（9）排气口与氮氧分离器（10）空气进气口相连、氮氧分离器（10）氮气排气口与加热水槽（11）进气口相连，氮氧分离器（10）出液孔通过液氧管（18）与氧气充装设备相连；
上述发电设备包括高压涡轮（12）、低压涡轮（13），发电机组（14）；其中高压涡轮（12）的进气口与所述加热水槽（11）排气口相连； 高压涡轮（12）、低压涡轮（13）分别带动发电机组（14），高压涡轮（12）排气口通过压力管路与低压涡轮（13）直接连接；
上述压缩气体储存设备包括液态空气储存罐（8）与氮气储存罐（15）；其中液态空气储存罐（8）的受液口与所述气液分离器（7）的出液口相连，液态空气储存罐（8）的出液口与所述液态空气加压泵（9）入口相连；氮气储存罐（15）进气口与所述低压涡轮（13）排气口相连；氮气储存罐（15）排气口与所述一级换热器（4）冷侧进气口相连。
2.根据权利要求1所述的错峰供电的综合能源管理系统，其特征在于氮氧分离器（10）以环境空气为冷源，加热水槽（11）热水源来自工业和生活废热加热的水。
3.根据权利要求1所述的错峰供电的综合能源管理系统的方法，其特征在于包括以下过程：
用电低谷过程  整个过程的动力为空气压缩机（1）；发电机（2）带动空气压缩机（1）产生的高温高压气体，通过管路进入空气预冷器（3），由环境空气进行冷却；然后气体进入一级冷却器（4），一级冷却器（4）的冷源为氮气储存罐（15）所储存的低温氮气，它作为冷源对压缩空气进行冷却后，通过氮气排气管（16）排出到氮气充装设备；压缩空气再进入二级冷却器（5）进一步冷却，通过节流阀（6）的节流效应将部分气体变为液体，通过气液分离器（7），液体进入液态空气储存罐（8），气体则通过回热管路（17）进入二级冷却器（5），作为其冷源，然后回到空气压缩机（1）重新压缩；
用电高峰过程  整个过程以液态空气加压泵（9）为动力，液态空气储存罐（8）中的低温气体通过液态空气加压泵（9）的抽吸加压后进入氮氧分离器（10）；氮氧分离器（10）以环境空气为热源，将低温液态空气加热到稍高于氮气沸点的温度，由于氮气沸点较低，所以率先气化与氧气分离，氧气通过液氧管（18）排出到氧气充装设备；氮气则继续通过加热水槽（11），变成高温高压氮气，加热水槽（11）的热源来自城市的工业和生活废热加热的水；高温高压氮气通过高压涡轮（12）与低压涡轮（13）膨胀做功，带动发电机供应电力，低压涡轮（13）产生的低温氮气则储存在氮气储存罐（15）中，供用电低负荷时作为冷源使用。
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