CN102913394A - 风力发电低温蓄能系统及蓄能与供电方法 - Google Patents

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Abstract

风力发电低温蓄能系统与供电方法，属于能源技术领域。包括风力发电机（1），空气压缩机组（2），空分机组（3），液态空气储存箱（4），液态空气加压泵（5），三级空气换热器组（6），水蓄热设备（7），电加热器（8），固体蓄热器（9），高压涡轮（10），低压涡轮（11），蓄能发电机组（12）。空分机组（3）包括高压膨胀机（13），一级换热器（14），二级换热器（15），节流阀（16）。其特征是利用低温压缩空气蓄积能量，在用电高峰时释放能量用于发电，同时，通过液体与固体蓄热得到较高品位的能量，提高发电机的发电效率。这个系统能量密度大，能量利用率高，不受地理条件的限制，实现错峰发电。

Description

风力发电低温蓄能系统及蓄能与供电方法
技术领域
本发明涉及一种不受地理条件限制，能量密度较高的风力发电低温蓄能系统及蓄能与供电方法，属于能源技术领域。
发明背景
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，造成了能源的极大浪费。
发明内容
本发明涉及一种不受地理条件限制，能量密度较高的风力发电低温蓄能系统及蓄能与供电方法。
上述空气压缩液化系统包括风力发电机，空气压缩机组，空分机组，该空分机组具有进气口、出液口、回气口；上述风力发电机通过电路与电动机相连，电动机带动空气压缩机组，空气压缩机组排气口与空分机组进气口相连；上述空分机组由高压膨胀机，一级换热器，二级换热器，节流阀组成；该空分机组进气口分成两条支路，一条支路依次经过一级换热器热侧进口、一级换热器热侧出口、二级换热器热侧进口、二级换热器热侧出口、节流阀后与空分机组出液口相连；另一条支路与高压膨胀机的进气口相连，高压膨胀机的排气口分成两条支路，一路依次经过一级换热器冷侧进口、一级换热器冷侧出口后与高压膨胀机的进气口相连，另一路依次经过二级换热器冷侧进口、二级换热器冷侧出口后与空分机组回气口相连；上述低温储藏系统由液态空气储存箱及其附属绝热设备组成；其中液态空气储存箱进液口与空分机组出液口相连，液态空气储存箱气体回流口与空分机组回气口相连；上述加热系统由液态空气加压泵，三级空气换热器组，水蓄热设备，电加热器，固体蓄热器组成；液态空气加压泵进液口连接液态空气储存箱出液口，三级空气换热器组进液口连接液态空气加压泵出液口，水蓄热设备进气口连接三级空气换热器组排气口，固体蓄热器第一进气口连接水蓄热设备排气口；水蓄热设备与空气压缩机组之间设置有换热设备；上述电加热器安装于固体蓄热器中并通过电路与发电机相连； 上述发电系统依次由高压涡轮，低压涡轮，蓄能发电机组组成，固体蓄热器第一排气口与高压涡轮进气口相连，固体蓄热器第二进气口与高压涡轮排气口相连，固体蓄热器第二排气口与低压涡轮进气口相连，低压涡轮排气口连通外部环境。
所述的风力发电低温蓄能系统的蓄能与供电方法，其特征在于包括以下过程：用电低谷时，风力发电机产生的电力一部分通过电加热器，加热固体蓄热器，另一部分带动空气压缩机组，产生高温高压气体，通过空分机组，使气体变成低温气体储存在液态空气储存箱；空气压缩机产生的热量通过换热设备被水蓄热设备吸收；其中空分机组的工作过程如下：空气压缩机组产生的气体分成两路，一路直接通过一级换热器、二级换热器与节流阀，进入液态空气储存箱，另一部分进入高压膨胀机成为低温气体，回流作为一级换热器的冷源；液态空气储存箱中的气体随着箱中气液混合物的不断增多会自动排出，随管道回流作为二级换热器的冷源；高压膨胀机做功同时作为空气压缩机组的动力；用电高峰时，液态空气加压泵从液态空气储存箱中抽取低温液态空气并加压，通过三级空气换热器组加热到常温，然后通过水蓄热设备，进行第二次加热，接着管路通过固体蓄热器加热成为高温高压气体，进入高压涡轮做功，涡轮出口气体再次进入固体蓄热器再热后，进入低压涡轮，带动蓄能发电机组产生电能。
本发明的有益效果：本发明所述的系统中的空分机组根据海兰德循环设计。提高了循环效率；同时保证资源的充分利用和城市的能源供应，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。而且在蓄能过程中除了发电还有其他方式的能量利用方式，对能源的综合利用也有利于整体经济效益的提高。
附图说明
图1是风力发电低温蓄能系统示意图；
图2是空分机组原理示意图；
图1中编号名称：1、风力发电机，2、空气压缩机组，3、空分机组，4、液态空气储存箱，5、液态空气加压泵，6、三级空气换热器组，7、水蓄热设备，8、电加热器，9、固体蓄热器，10、高压涡轮，11、低压涡轮，12、蓄能发电机组。
图2中编号名称：13、高压膨胀机，14、一级换热器，15、二级换热器，16、节流阀。
具体实施方式
根据图1所示，本发明中所述的风力发电低温蓄能系统包括风力发电机1，空气压缩机组2，空分机组3，液态空气储存箱4，液态空气加压泵5，三级空气换热器组6，水蓄热设备7，电加热器8，固体蓄热器9，高压涡轮10，低压涡轮11，蓄能发电机组12。其中图2所示，空分机组3包括高压膨胀机13，一级换热器14，二级换热器15，节流阀16。其特征是功率密度大，能量利用高,不受地理条件的限制。
用电低谷时，风力发电机1产生的电力一部分通过电加热器8，加热固体蓄热器9，另一部分带动空气压缩机组2，产生高温高压气体，通过空分机组3，使气体变成低温气体储存在液态空气储存箱4。空分机组3特征是根据海兰德循环设计，空气压缩机组2产生的气体分成两路，一路直接通过一级换热器14、二级换热器15与节流阀16，进入液态空气储存箱4，另一部分进入高压膨胀机13成为低温气体，回流可以作为一级换热器14的冷源；液态空气储存箱4中的气体随着箱中企业混合物的不断增多会自动排出，随管道回流作为二级换热器15的冷源；高压膨胀机13做功还能作为空气压缩机组2的动力。空气压缩机2产生的热量通过换热设备被水蓄热设备7吸收。
用电高峰时，液态空气加压泵5从液态空气储存箱4中抽取低温液态空气并加压，通过三级空气换热器组6加热到常温，然后通过水蓄热设备7，进行第二次加热，接着管路通过固体蓄热器9加热成为高温高压气体，进入高压涡轮10做功，涡轮出口气体再次进入固体蓄热器9再热后，进入低压涡轮11，带动蓄能发电机组12产生电能。

Claims (2)

1.一种风力发电低温蓄能系统，其特征在于：包括空气压缩液化系统、低温储藏系统、加热系统和发电系统；
上述空气压缩液化系统包括风力发电机（1），空气压缩机组（2），空分机组（3），该空分机组（3）具有进气口、出液口、回气口；上述风力发电机（1）通过电路与电动机相连，电动机带动空气压缩机组（2），空气压缩机组（2）排气口与空分机组（3）进气口相连；上述空分机组（3）由高压膨胀机（13），一级换热器（14），二级换热器（15），节流阀（16）组成；该空分机组（3）进气口分成两条支路，一条支路依次经过一级换热器（14）热侧进口、一级换热器（14）热侧出口、二级换热器（15）热侧进口、二级换热器（15）热侧出口、节流阀（16）后与空分机组（3）出液口相连；另一条支路与高压膨胀机（13）的进气口相连，高压膨胀机（13）的排气口分成两条支路，一路依次经过一级换热器（14）冷侧进口、一级换热器（14）冷侧出口后与高压膨胀机（13）的进气口相连，另一路依次经过二级换热器（15）冷侧进口、二级换热器（15）冷侧出口后与空分机组（3）回气口相连；
上述低温储藏系统由液态空气储存箱（4）及其附属绝热设备组成；其中液态空气储存箱（4）进液口与空分机组（3）出液口相连，液态空气储存箱（4）气体回流口与空分机组（3）回气口相连；
上述加热系统由液态空气加压泵（5），三级空气换热器组（6），水蓄热设备（7），电加热器（8），固体蓄热器（9）组成；液态空气加压泵（5）进液口连接液态空气储存箱（4）出液口，三级空气换热器组（6）进液口连接液态空气加压泵（5）出液口，水蓄热设备（7）进气口连接三级空气换热器组（6）排气口，固体蓄热器（9）第一进气口连接水蓄热设备（7）排气口；水蓄热设备（7）与空气压缩机组之间设置有换热设备；上述电加热器（8）安装于固体蓄热器（9）中并通过电路与发电机（1）相连； 
上述发电系统依次由高压涡轮（10），低压涡轮（11），蓄能发电机组（12）组成，固体蓄热器（9）第一排气口与高压涡轮（10）进气口相连，固体蓄热器（9）第二进气口与高压涡轮（10）排气口相连，固体蓄热器（9）第二排气口与低压涡轮（11）进气口相连，低压涡轮（11）排气口连通外部环境。
2.根据权利要求1所述的风力发电低温蓄能系统的蓄能与供电方法，其特征在于包括以下过程：
用电低谷时，风力发电机（1）产生的电力一部分通过电加热器（8），加热固体蓄热器（9），另一部分带动空气压缩机组（2），产生高温高压气体，通过空分机组（3），使气体变成低温气体储存在液态空气储存箱（4）；空气压缩机（2）产生的热量通过换热设备被水蓄热设备（7）吸收；
其中空分机组（3）的工作过程如下：空气压缩机组（2）产生的气体分成两路，一路直接通过一级换热器（14）、二级换热器（15）与节流阀（16），进入液态空气储存箱（4），另一部分进入高压膨胀机（13）成为低温气体，回流作为一级换热器（14）的冷源；液态空气储存箱（4）中的气体随着箱中气液混合物的不断增多会自动排出，随管道回流作为二级换热器（15）的冷源；高压膨胀机（13）做功同时作为空气压缩机组（2）的动力；
用电高峰时，液态空气加压泵（5）从液态空气储存箱（4）中抽取低温液态空气并加压，通过三级空气换热器组（6）加热到常温，然后通过水蓄热设备（7），进行第二次加热，接着管路通过固体蓄热器（9）加热成为高温高压气体，进入高压涡轮（10）做功，涡轮出口气体再次进入固体蓄热器（9）再热后，进入低压涡轮（11），带动蓄能发电机组（12）产生电能。
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