CN103883400B - 发电方法和发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种发电方法，包括：将压缩气体储存在地下燃空区中、从地下气化燃空区中取出包含压缩气体的压缩混合气，将压缩混合气送入燃烧室，和/或将压缩混合气送入地下气化炉生成燃气后送入燃烧室。一种发电系统，包括：带排气口的压缩机、带进气和出气井的地下气化炉、燃气轮机、燃烧室、具有储气入口和出口的地下气化燃空区，其中，或者排气口与储气入口连通，储气出口分别与燃烧室和进气井连通，出气井与燃烧室连通；或者排气口分别与储气入口和进气井连通，储气出口与燃烧室连通，出气井与燃烧室连通；或者，排气口分别与储气入口和燃烧室连通，储气出口与进气井连通，出气井与燃烧室连通。本发明不仅发电还实现对地下气化燃空区中污染物的治理。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电方法和发电系统。
背景技术
压缩气体蓄能电站是一种新型蓄能电站。它利用电力系统低容负荷时的多余电能将空气压缩储存在地下洞穴中，需要时再放出，经加热后通过燃气轮机发电机组发电，以供尖峰负荷的需要。供给燃气轮机的能量是压缩空气的势能和用以加热空气的燃料化学能的总和。压缩空气蓄能电站在一个充压和释放的循环中发出的电量大于充压所需的电量。充、放能量之比称为电量比，一般为0.72～0.80，它取决于电站的规模和设计情况。在发电过程中，燃料消耗大约为4220kJ/kwh。压缩空气蓄能电站燃气轮机的输出功率是其轴功率的全部；而在常规燃气轮机电站，输出功率约为燃汽轮机轴功率的三分之一，其余三分之二用于推动压缩机。所以消耗同样的燃料量，压缩空气蓄能电站的发电输出是常规燃汽轮机电站的3倍。与常规燃汽轮机电站不同，压缩空气蓄能电站的汽轮机和压缩机布置在电动发电机组的两端，分别用离合器连接，这样可以各自独立运行。
压缩空气理想的储存深度是150～900m。在这样的深度下，每天的温度、压力变化不大时，空气库实际上是严密不漏的，也比较稳定。空气可以储存在岩盐或岩石中的人工洞穴中，也可利用天然的疏松的岩石含水层。压缩空气蓄能电站有许多优点：①改进电网负荷率，提高了经济性，使系统中大型发电机组的负荷波动减小，提高了它们的可靠性。②和抽水蓄能电站相比，站址选择灵活。它不需建造地面水库，地形条件容易满足。③压缩机由电网供电的电动机驱动，因此汽轮机的输出功率全部用于发电，其发电功率是常规燃汽轮机电站的3倍。同时由于大量能量储存在空气和燃料中，与抽水蓄能电站相比，有很高的能量密度。④提高了系统的灵活性。压缩空气蓄能电站在压缩空气瞬间即可使用，在无照明的条件下也可以启动而且启动快，3分钟即可从空载达到额定出力，适于作旋转备用。⑤可以实现模块化。压缩空气蓄能电站可以积木式地组装。一座220Mw的电站可用25～50Mw的小型压缩空气蓄能电站积木式地逐年扩建发展。
煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。煤炭地下气化生产的合成气可用作化工合成原料气、发电和工业燃料。
煤炭地下气化系统由压缩机和空分系统、地下气化炉、煤气净化和利用系统等部分组成。其中压缩机和空分系统作用是生产气化所需压缩空气或一定浓度富氧气化剂。气化剂通过地下气化炉进气井输送至炉内燃烧工作面，气化剂中氧气与煤中可燃组分发生氧化反应产生CO2和水并放出大量的热，为后续煤焦的还原、干馏反应等过程提供原料和热源，在与煤经过一系列的物理、化学作用过程生产出可供利用的合成气，粗煤气经气流通道、出气井导出进入地面系统。煤气净化系统作用主要是对粗煤气降温、分离煤气中的焦油和水、脱出煤气中含硫组分，生产净煤气以利于后续利用系统运行，如煤气发电、精制合成气生产甲烷、甲醇等。
气化炉包括进气井、可气化煤层和通道、出气井等几部分。气化炉内的煤层可燃组分在燃烧气化反应后以气体导出，不可燃组分(如金属矿物、夹矸等)和煤燃烧剩余残炭部分以灰渣的形式留置于气化原位。气化炉煤层中可燃烧气化部分被采出后，在原煤层的顶、底板间形成新的以灰渣和冒落岩石为主体支撑的空腔和孔隙空间即气化燃空区，其在气化炉停炉后被水和气体充填，其体积达数千立方米。由于煤炭地下气化高温、燃烧不完全等因素，在地下燃空区存有余热、残留有机物，将引发污染地下水的潜在环保问题。
随着近年清洁能源迅猛发展，风能、太阳能发电作为可再生清洁能源发电在国内广泛普及，但风电、太阳能发电自身固有的间歇性问题是新能源发展的阿喀琉斯之踵。随着新能源发电规模的继续扩大，这个问题显得更为迫切。结合电网用电峰谷特性，将富余的能量储存起来，用能高峰期再释放出来，是解决新能源间歇性的重点。压缩气体蓄能发电作为一种大规模储能的新技术，可以有效满足新能源发电和电网调峰的蓄能发电需求，但受到建设大规模储气设施限制整体发展缓慢。
US4158145A公开了一种压缩空气蓄能一煤气化联合发电系统；CN102518516A公开了联合发电的技术方案。但是均没有涉及有关利用地下气化工艺及其形成的地下气化燃空区储能的任何技术内容。
发明内容
针对相关技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种发电方法和发电系统，在发电的过程中实现对地下气化燃空区内污染物的治理。
本发明提供一种发电方法，包括：将压缩气体储存在地下气化燃空区中；从所述地下气化燃空区中，取出包含有所述压缩气体的压缩混合气；将取出的所述压缩混合气的一部分送入燃烧室，另一部分送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及将所述燃气送入所述燃烧室，以与所述的送入燃烧室的压缩混合气混合燃烧产生发电所需的燃气动力。
优选地，地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；所述的取出的所述压缩混合气，携带有所述余热和所述残余可燃气；以及在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。显然，从所地下气化燃空区取出的压缩混合气中可燃气体在爆炸极限以下。
优选地，所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。
优选地，燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
优选地，发电方法还包括：将所述取出的压缩混合气的所述一部分，在送入所述燃烧室之前，与所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
优选地，所述燃气轮机通过离合器装置带动发电机发电；或者，所述燃气轮机直接带动压缩机进行所述的将压缩气体储存在地下气化燃空区中。
优选地，所述含碳有机矿物储层为煤层或油页岩层。
优选地，储存在所述地下气化燃空区中压缩气体的压力大于1.5Mpa。
优选地，所述的将压缩气体储存在地下气化燃空区中通过压缩机进行，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
优选地，所述富氧气体为富氧空气。
优选地，所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
本发明提供另一种发电方法，包括：将压缩气体的一部分储存在地下气化燃空区中，另一部分送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及将所述燃气及从所述地下气化燃空区取出的含有压缩气体的压缩混合气，分别送入燃烧室后混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
优选地，地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；所述的从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气携带有所述余热和所述残余可燃气；以及在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。显然，从所地下气化燃空区取出的压缩混合气中可燃气体在爆炸极限以下。
优选地，所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。
优选地，所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
优选地，发电方法还包括：将从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气，在送入所述燃烧室之前，与来自所述地下气化炉的所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
优选地，通过压缩机，进行所述的将压缩气体的一部分储存在地下气化燃空区以及另一部分送入地下气化炉，其中，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
优选地，燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
优选地，储存在所述地下气化燃空区中压缩气体的压力大于1.5Mpa。
本发明提供又一种发电方法，包括：将压缩气体的一部分送入燃烧室，另一部分储存在地下气化燃空区中；从所述地下气化燃空区中取出包含有压缩气体的压缩混合气，送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及将所述燃气、以及所述的送入燃烧室的压缩气体混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
优选地，地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；所述的从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气，携带有所述余热和所述残余可燃气；以及在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。
优选地，所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。显然，从所地下气化燃空区取出的压缩混合气中可燃气体在爆炸极限以下。
优选地，燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
优选地，发电方法还包括：所述压缩气体的所述一部分在送入所述燃烧室之前，与来自所述地下气化炉的所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
优选地，通过压缩机，进行所述的将压缩气体的一部分送入燃烧室以及另一部分储存在地下气化燃空区中，其中，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
优选地，燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
本发明提供一种发电系统，包括：带排气口的压缩机、带进气井和出气井的地下气化炉、燃气轮机和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室，还包括地下气化燃空区，具有储气入口和储气出口，其中，所述排气口与所述储气入口连通，所述储气出口分别与所述燃烧室和所述进气井连通，所述出气井与所述燃烧室连通。
本发明提供另一种发电系统，包括：带排气口的压缩机、带进气井和出气井(的地下气化炉、燃气轮机和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室，还包括地下气化燃空区，具有储气入口和储气出口，其中，所述排气口分别与所述储气入口和所述进气井连通，所述储气出口与所述燃烧室连通，所述出气井与所述燃烧室连通。
本发明提供又一种发电系统，包括：带排气口的压缩机、带进气井和出气井的地下气化炉、燃气轮机和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室，还包括地下气化燃空区，具有储气入口和储气出口，所述排气口分别与所述储气入口和所述燃烧室连通，所述储气出口与所述进气井连通，所述出气井与所述燃烧室连通。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明发电方法均涉及：将压缩气体储存在地下燃空区中、以及从地下气化燃空区中取出包含压缩气体的压缩混合气，由于压缩气体会与地下气化燃空区中残留污染物至少部分发生反应、和/或取出的压缩混合气会带走地下气化燃空区中残余热量，从而本发明不仅发电而且还实现了对地下气化燃空区中污染物的治理。
(2)具体地，地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化(例如煤炭地下气化)后形成的，其中有含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣，从而从地下燃空区中取出的压缩混合气携带有所述余热和所述残余可燃气(例如CO、H2、CH4等)，并且在地下气化燃空区中压缩气体与灰渣中含有的含碳有机物反应，所以：一方面本发明发电方法可以对所述残余含碳有机物进行原位治理；另一方面，残余可燃气也被一同送至燃烧室或地下气化炉，从而使所述残余可燃气得到有效利用，起到废物环保利用的效果；再者，由于所述余热被带走所以减少了地下气化燃空区中余热导致的地下热污染。
(3)用地下气化燃空区作为压缩气体的储气空间，还有如下优势：地下气化燃空区为地下气化炉本身采煤形成空间，密闭性和承压性能良好，经充分气化开采后残余可燃物很少，压缩气体(例如为气化剂时)压缩后储存安全；单个气化炉气化煤炭超过数十万吨形成的地下气化燃空区储气空间较大，且能多炉形成连片储气空间更利于后续规模化生产调节；依据地下气化建炉对地层条件要求，地下气化燃空区及配套钻井、钻孔、管网承压能达到1.0-3.0MPa甚至更高，地下气化燃空区压缩储存的压缩气体可满足气体蓄能发电和气化炉生产运行要求；地下气化燃空区作为储气空间能充分利用地下气化炉原有钻孔、管道等设施，可节省大量投资费用。
(4)储存在地下气化燃空区中的压缩气体，能达到蓄能发电和储气用于地下气化生产煤气双重目的。
(5)对于通过压缩机在地下气化燃空区中储存压缩气体的情形：当压缩机由发电机产生的电能驱动时，压缩机不需要外部能源来驱动；当利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用电动机驱动压缩机来产生压缩气体时，即将风、光发电系统与压力蓄能发电、含碳有机矿物储层地下气化系统联网，这对于内蒙、西北等地区的风电、太阳能光伏电力储存和地下煤炭资源开发利用意义重大；当然，也可以通过风力发电机直接驱动压缩机，从而利用风能实现在地下气化燃空区中储气蓄能；当利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用电动机驱动压缩机将压缩气体储存在地下气化燃空区中，能有效调节电网负荷；当将燃烧室产生的燃气动力输送给燃气轮机，用燃气轮机驱动发电机发电时，本发明发电方法不需要借助于额外的电源驱动压缩机。
(6)本发明发电方法和发电系统的发电过程调节控制更为灵活，较适合风能和太阳能电厂等不稳定发电系统的储气蓄能。
(7)本发明利用燃气轮机烟气和地下气化炉产生的可燃气体(例如煤气)给压缩气体升温，相比于单一地压缩空气蓄能发电和地下气化发电有更高的能源综合利用效率。
(8)当本发明发电系统向电网供电负荷降低时，可通过调节离合器直接驱动压缩机进行压缩蓄能和将压缩气体(例如压缩空气等)用于地下气化生产煤气，能提高自身调节冗余度。
(9)本发明发电系统将气体蓄能与地下气化制气、燃气发电结合，储存的大量气体能较大程度上增加地下气化制气系统、发电系统调节冗余度，利于系统稳定运行。
(10)利用地下气化燃空区进行压缩气体储存，减少了地面设施建设，提高土地资源利用率。
(11)利用地下气化燃空区进行压缩气体储存，由于该压缩气体可以用作地下气化炉内的气化剂，从而可以在地面设备故障、检修期间提供大量储存的气化剂维持气化炉正常运行，能缩短因设备故障和检修带来系统重新开停车时间，同时节省由此产生的大量费用。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了用于本发明的一种发电方法的发电系统的一个实施例；
图2示出了用于本发明的另一种发电方法的发电系统的一个实施例；
图3示出了用于本发明的又一种发电方法的发电系统的一个实施例；
图4示出了图1、图2两种发电系统集成在一起的情形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。
一方面，本发明提供了发电方法，以下参见图1-图3描述本发明的发电方法。
(一)发电方法1
本发明提供一种发电方法，由于图1示出的是用于该发电方法的发电系统的示例，因此为便于理解，以下参见图1描述该发电方法，
具体地，参见图1，发电方法包括：通过例如压缩机1，将压缩气体储存在地下气化燃空区13中；从地下气化燃空区13中，取出包含有压缩气体的压缩混合气；将取出的压缩混合气分成两路，其中一路被送入燃烧室4中，而另一路被送入地下气化炉14中以气化含碳有机矿物储层而制取燃气；将上述的由地下气化炉14制取的燃气送入燃烧室4，以与之前送入燃烧室4的压缩混合气混合燃烧，从而产生发电所需的燃气动力。
显然，本发明是将压缩气体储存在地下气化炉14中，以能够实现压力蓄能和在地下气化炉14中制取燃气的双重目的。其中，储存在地下气化燃空区13中压缩气体的压力大于1.5Mpa，这显然符合压力蓄能发电要求。
本发明所采用的地下气化燃空区13是含碳有机矿物储层地下气化(例如煤炭地下气化)后形成的，因此至少存在如下情形中的一种或多种：即，该地下气化燃空区13具有含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气(例如CO、H2、CH4等)和灰渣(灰渣的定义请参见背景技术部分)。从而，当从地下气化燃空区13中取出储存的压缩气体时，实际上取出的是压缩混合气，该压缩混合气携带有地下气化燃空区13中残余的余热和残余可燃气(其中从地下气化燃空区取出的压缩混合气中可燃气体在爆炸极限以下，通常体积浓度小于1％)，并且储存在地下气化燃空区13中的压缩气体会与灰渣含有和吸附的含碳有机污染物发生氧化反应，有机污染物与压缩气体中氧气发生氧化反应生成CO2和水，达到降解目的。因此，本发明发电方法可以对地下气化燃空区13中残余含碳有机物进行原位治理；由于所取出的压缩混合气携带有地下气化燃空区13中的残余可燃气，从而残余可燃气也被一同送至燃烧室4和地下气化炉13，这使地下气化炉13中残余可燃气得到有效利用，起到废物环保利用的效果；由于所取出的压缩混合气携带有地下气化炉13中余热，所以减少了地下热污染。
本发明利用地下气化燃空区13进行压缩气体储存，由于该压缩气体可以用作地下气化炉14内的气化剂，从而可以在地面设备故障、检修期间提供大量储存的气化剂维持气化炉正常运行，能缩短因设备故障和检修带来系统重新开停车时间，同时节省由此产生的大量费用。而且利用地下气化燃空区13进行压缩气体储存，减少了地面设施建设，提高土地资源利用率。作为压缩气体的实施例，压缩机1输出的压缩气体可以是例如空气或者富氧气体。富氧气体是指氧气和氮气、二氧化碳或其它惰性气体混合而成的混合气体，其中氧气体积百分比浓度大于21％，例如富氧空气。
本发明用地下气化燃空区作为压缩气体的储气空间，还有如下优势：地下气化燃空区为地下气化炉本身采煤形成空间，密闭性和承压性能良好，经充分气化开采后残余可燃物很少，压缩气体压缩后储存安全；单个气化炉气化煤炭超过数十万吨形成的地下气化燃空区储气空间较大，且能多炉形成连片储气空间更利于后续规模化生产调节；依据地下气化建炉对地层条件要求，地下气化燃空区及配套钻井、钻孔、管网承压能达到1.0-3.0MPa甚至更高，地下气化燃空区压缩储存的压缩气体可满足气体蓄能发电和气化炉生产运行要求；地下气化燃空区作为储气空间能充分利用地下气化炉原有钻孔、管道等设施，可节省大量投资费用。
进一步，结合图1，在本发明的发电方法中，可以将燃烧室4中产生的燃气动力输送给燃气轮机5，然后燃气轮机5再驱动发电机3发电，发电机3可以将产生的电能供给电网等。燃气轮机5可以通过离合器装置2带动发电机3发电，压缩机由发电机3产生的电能驱动，从而压缩机1不需要外部能源来驱动；或者，燃气轮机5可以直接带动压缩机1进行所述的将压缩气体储存在地下气化燃空区13中。
另外，考虑到燃气轮机5所产生烟气含有热能、以及压缩混合气在气化地下气化炉14中含碳有机物储层(例如煤层或油页岩层)时制取的燃气所含的热能，为了不浪费这些热能，本发明发电方法还包括：将从地下气化燃空区13中取出的压缩混合气，在送入燃烧室4之前先后进行第一次加热和第二次加热，其中，第一次加热是与上述地下气化炉14中所制取的燃气进行热交换而进行的，第二次加热是与燃气轮机5产生的烟气进行热交换而进行的。图1中还示出了第一次加热发生在第一换热器6中，而第二次加热发生在第二换热器7中。从而本发明的发电方法有效地避免了上述烟气和上述燃气所含有的热量的浪费，因此相比于单一地压缩空气蓄能发电和地下气化发电本发明有更高的能源综合利用效率。需要指出，不是一定要采取第一次加热和第二次加热，也可以只采用这两次加热中的一种。
结合图1，在上述的由地下气化炉14产生的燃气送入燃烧室4之前，可以对该产生的燃气进行净化。净化时可采用如图1中的燃气净化装置8。
本发明还可以利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用电动机驱动压缩机1，即将风、光发电系统与压力蓄能发电、含碳有机矿物储层地下气化系统(例如煤炭地下气化系统)联网，这对于内蒙、西北等地区的风电、太阳能光伏电力储存和地下煤炭资源开发利用意义重大；当然，也可以通过风力发电机直接驱动压缩机，从而利用风能实现在地下气化燃空区中储气蓄能。本发明还可以利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用电动机驱动压缩机1，从而能有效调节电网负荷。
而且，本发明发电方法调节控制更为灵活，较适合风能和太阳能电厂等不稳定发电系统的储气蓄能。
(二)发电方法2
本发明提供另一种发电方法，由于图2示出的是用于该发电方法的发电系统的示例，因此为便于理解，以下参见图2描述该发电方法。
具体地，参见图2，发电方法包括：通过例如压缩机1，将压缩气体的一部分储存在地下气化燃空区13中，将压缩气体的另一部分送入地下气化炉14中气化含碳有机矿物储层以制取燃气；将上述的由地下气化炉14制取的燃气送入燃烧室4，将从地下气化燃空区13取出的含有压缩气体的压缩混合气也送入燃烧室4，二者在燃烧室4混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
相比于上述参见图1描述的发电方法1，二者的差别在于：发电方法2送入地下气化炉14中用以制取燃气的压缩气体，不是从地下气化燃空区13中取出的压缩混合气。其余的，所有未描述的，均与前述发电方法1相同，并能够取得与前述的发电方法1取得的相同的技术效果。此处不再赘述。
(三)发电方法3
本发明提供又一种发电方法，由于图3示出的是用于该发电方法的发电系统的示例，因此为便于理解，以下参见图3描述该发电方法。
具体地，参见图3，发电方法包括：通过例如压缩机1，将压缩气体的一部分送入燃烧室4，将压缩气体的另一部分储存在地下气化燃空区13中；从地下气化燃空区13中取出包含有压缩气体的压缩混合气，送入地下气化炉14中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及，将上述的由地下气化炉14制取的燃气以及送入燃烧室4的压缩气体，在燃烧室4中混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
与参见图1描述的发电方法1相似，从图3可看出，压缩气体在送入燃烧室4之前也会先后进行第一次换热和第二次换热。不同的是，与地下气化炉14的燃气和燃气轮机5产生的烟气进行热交换的对象，并不是压缩混合气，而是压缩气体，该压缩气体不是从地下气化燃空区13中取出的。
相比于上述参见图1描述的发电方法1，二者的差别还在于：发电方法3送入燃烧室内的，不是从地下气化燃空区13中取出的压缩混合气，而是来自压缩机1的压缩气体。其余的，所有未描述的，均与前述发电方法1相同，并能够取得前述的发电方法1取得的相同的技术效果。此处不再赘述。
综上，本发明发电方法1至发电方法3，均涉及：将压缩气体储存在地下燃空区13中、以及从地下气化燃空区13中取出包含压缩气体的压缩混合气，由于压缩气体会与地下气化燃空区13中残留污染物至少部分发生反应、和/或所取出的压缩混合气会带走地下气化燃空区13中残余热量，从而本发明发电方法1至发电方法3不仅发电而且还实现了对地下气化燃空区中污染物的治理。
另一方面，本发明还提供了发电系统，以下参见图1-图4描述本发明的发电系统。
(一)发电系统1
本发明提供了一种发电系统，以下参见图1描述本发明的发电系统的一个示例。
具体地，参见图1，发电系统包括：压缩机1、地下气化燃空区13、地下气化炉14、燃气轮机5、以及向燃气轮机5提供燃气动力的燃烧室4。压缩机1具有用以输出压缩气体的排气口101、地下气化炉14具有进气井141和出气井143，地下气化燃空区13具有储气入口131和储气出口133。
图1中，排气口101与储气入口131连通，储气出口133分别与燃烧室4和进气井141连通，出气井143与燃烧室4连通。从而，可以实现：压缩机1将压缩气体储存在地下气化燃空区13中；从储气出口133取出的包含有压缩气体的压缩混合气分成两路，其中一路被送入燃烧室4中，另一路被送入地下气化炉14中制取燃气；该制取的燃气与上述的压缩混合气进入燃烧室4混合燃烧产生发电所需的燃气动力。显然，压缩机1将压缩气体储存在地下气化燃空区13中，可以对地下气化燃空区13中残余含碳有机物进行原位治理；地下气化燃空区13中取出的压缩混合气携带残余可燃气一同送至燃烧室4和地下气化炉13，以使地下气化炉13中残余可燃气得到有效利用，起到废物环保利用的效果；由于要输送到燃烧室4和地下气化炉14的压缩混合气携带有地下气化炉13中余热，所以减少了地下热污染。
图1中还示出了第一换热器6、第二换热器7、燃气净化装置8、燃气轮机5、发电机3。第一换热器6和第二换热器7，均具有第一换热通道和第二换热通道。
为了对从地下气化燃空区13取出的压缩混合气，在送入燃烧室4之前先后经过两次加热，如图1示出的：出气井143经过第一换热器6的第一换热通道与燃气净化装置8的入口连通，燃气净化装置8的出口与燃烧室4连通；储气出口133依次经第一换热器6的第二换热通道、第二换热器7的第一换热通道与燃气室4连通；第二换热器7的第二换热通道通与燃气轮机的烟气排出口连通；从而，在第一换热器6中，其第一换热通道中的燃气向其第二换热通道的压缩混合气放热；在第二换热器7中，其第二换热通道中的烟气向其第一换热通道中的压缩混合气放热，即，完成对压缩混合气先后两次加热。
在优选的实施方式中，如图1示出的，燃气轮机5的动力输出轴通过离合器装置2与发电机3的动力输入轴连接；发电机3的动力输出轴也可以通过离合器装置2与压缩机1的驱动轴连接，发电机3的电力输出端可以连接电网。显然，当本发明发电系统向电网供电负荷降低时，可通过调节离合器直接驱动压缩机1进行压缩蓄能和将压缩气体用于地下气化生产煤气，能提高自身调节冗余度。
(二)发电系统2
本发明提供了另一种发电系统，以下参见图2描述本发明的发电系统的一个示例。
如图2所示，相比于参见图1描述的发电系统1，二者的差别在于，压缩机1、地下气化燃空区13、地下气化炉14、燃烧室4之间的连接关系不同。具体而言，在发电系统2中，排气口101分别与储气入口131和进气井141连通，储气出口133与燃烧室4连通，出气井143与燃烧室4连通。
显然，压缩机1将压缩气体储存在地下气化燃空区13中，可以对地下气化燃空区13中残余含碳有机物进行原位治理；地下气化燃空区13中取出的压缩混合气携带残余可燃气一同送至燃烧室4，以使地下气化炉13中残余可燃气得到有效利用，起到废物环保利用的效果；由于要输送到燃烧室4的压缩混合气携带有地下气化炉13中余热，所以减少了地下热污染。
其余的，所有未描述的，均与前述发电系统1相同，并能够取得与前述发电系统1相同的技术效果。此处不再赘述。
(三)发电系统3
本发明提供了又一种发电系统，以下参见图3描述本发明的发电系统的一个示例。
如图3所示，相比于参见图1描述的发电系统1，二者的差别在于，压缩机1、地下气化燃空区13、地下气化炉14、燃烧室4之间的连接关系不同。具体而言，在发电系统3中，排气口101分别与储气入口131和燃烧室4连通，储气出口133与进气井141连通，出气井143与燃烧室4连通。
显然，压缩机1将压缩气体储存在地下气化燃空区13中，可以对地下气化燃空区13中残余含碳有机物进行原位治理；地下气化燃空区13中取出的压缩混合气携带残余可燃气一同送至地下气化炉14，以使地下气化炉13中残余可燃气得到有效利用，起到废物环保利用的效果；由于要输送到地下气化炉14的压缩混合气携带有地下气化炉13中余热，所以减少了地下热污染。
其余的，所有未描述的，均与前述发电系统1相同，并能够取得与前述发电系统1相同的技术效果。此处不再赘述。
(四)发电系统1-2的集成
进一步，参见图4，其示出了将图1-图2两种种发电系统集成在一起的情形。简而言之，通过改变图4中相应位置调节阀10、11、12的通断即可构造出上述发电系统1-2。
具体地，在图4中，储气入口131处引出有与之连通的第一管路135(在图4中示出为A与B之间的管路)；进气井141处引出有与之连通的第二管路137(在图4中示出为D与E之间的管路)；从第一管路135处分出第一支路139(图4中示出为C与D之间的管路)以与第二管路137连通，并且在第一支路139安装有调节阀10。
继续参见图4，排气口101与第一管路135之间例如通过调节阀9有选择地连通或断开；储气出口133与燃烧室4之间通过调节阀12有选择地连通或断开；储气出口133与第二管路137之间通过调节阀11有选择地连通或断开；出气井143与燃烧室4连通；排气口101与进气井141之间通过第三管路有选择地连通或断开。
从而，当调节阀10断开，调节阀9、调节阀11、调节阀12导通，即构成图1所示发电系统的示例；当调节阀11断开，调节阀9、调节阀10、调节阀12导通，即构成图2所示发电系统的示例。
显然，本发明发电系统的发电过程调节控制更为灵活，较适合风能和太阳能电厂等不稳定发电系统的储气蓄能。
以上所述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 (29)
1.一种发电方法，其特征在于，包括：
将压缩气体储存在地下气化燃空区中；
从所述地下气化燃空区中，取出包含有所述压缩气体的压缩混合气；
将取出的所述压缩混合气的一部分送入燃烧室，另一部分送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及
将所述燃气送入所述燃烧室，以与送入燃烧室的压缩混合气混合燃烧产生发电所需的燃气动力。
2.根据权利要求1所述的发电方法，其特征在于，
所述地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；
所述的取出的所述压缩混合气携带有所述余热和所述残余可燃气；以及
在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。
3.根据权利要求2所述的发电方法，其特征在于，
所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
5.根据权利要求4所述的发电方法，其特征在于，还包括：
将取出的压缩混合气的所述一部分，在送入所述燃烧室之前，与所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
6.根据权利要求4所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气轮机通过离合器装置带动发电机发电；或者，
所述燃气轮机直接带动压缩机进行所述的将压缩气体储存在地下气化燃空区中。
7.根据权利要求1-3、5-6中任一项所述的发电方法，其特征在于，
所述含碳有机矿物储层为煤层或油页岩层。
8.根据权利要求1-3、5-6中任一项所述的发电方法，其特征在于，
储存在所述地下气化燃空区中压缩气体的压力大于1.5Mpa。
9.根据权利要求1-3、5-6中任一项所述的发电方法，其特征在于，
所述的将压缩气体储存在地下气化燃空区中通过压缩机进行，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
10.根据权利要求9所述的发电方法，其特征在于，
所述富氧气体为富氧空气。
11.根据权利要求9所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，
利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，
通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，
利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
12.一种发电方法，其特征在于，包括：
将压缩气体的一部分储存在地下气化燃空区中，另一部分送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及
将所述燃气及从所述地下气化燃空区取出的含有压缩气体的压缩混合气，分别送入燃烧室后混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
13.根据权利要求12所述的发电方法，其特征在于，
所述地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；
从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气携带有所述余热和所述残余可燃气；以及
在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。
14.根据权利要求13所述的发电方法，其特征在于，
所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
16.根据权利要求15所述的发电方法，其特征在于，还包括：
将从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气，在送入所述燃烧室之前，与来自所述地下气化炉的所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
17.根据权利要求12-14、16中任一项所述发电方法，其特征在于，
通过压缩机，进行所述的将压缩气体的一部分储存在地下气化燃空区以及另一部分送入地下气化炉，
其中，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
18.根据权利要求17所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，
利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，
通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，
利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
19.根据权利要求12-14、16、18中任一项所述的发电方法，其特征在于，
储存在所述地下气化燃空区中压缩气体的压力大于1.5Mpa。
20.一种发电方法，其特征在于，包括：
将压缩气体的一部分送入燃烧室，另一部分储存在地下气化燃空区中；
从所述地下气化燃空区中取出包含有压缩气体的压缩混合气，送入地下气化炉中气化含碳有机矿物储层而制取燃气；以及
将所述燃气、以及送入燃烧室的压缩气体混合燃烧以产生发电所需的燃气动力。
21.根据权利要求20所述的发电方法，其特征在于，
所述地下气化燃空区是含碳有机矿物储层地下气化后形成的，并具有所述含碳有机矿物储层地下气化后残留的余热、残余可燃气和灰渣；
从所述地下气化燃空区取出的压缩混合气，携带有所述余热和所述残余可燃气；以及
在所述地下气化燃空区中，所述灰渣含有和吸附的含碳有机污染物与所述压缩气体发生氧化反应。
22.根据权利要求21所述的发电方法，其特征在于，
所述残余可燃气包括CO、H2和/或CH4。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电。
24.根据权利要求23所述的发电方法，其特征在于，还包括：
所述压缩气体的所述一部分在送入所述燃烧室之前，与来自所述地下气化炉的所述燃气和/或与所述燃气轮机产生的烟气进行热交换。
25.根据权利要求20-22、24中任一项所述发电方法，其特征在于，
通过压缩机，进行所述的将压缩气体的一部分送入燃烧室以及另一部分储存在地下气化燃空区中，
其中，所述压缩机通过压缩空气或者富氧气体产生压缩气体。
26.根据权利要求25所述的发电方法，其特征在于，
所述燃气动力输送给燃气轮机，所述燃气轮机驱动发电机发电，所述压缩机由所述发电机产生的电能驱动；或者，
利用风能发电系统、太阳能发电系统的电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机；或者，
通过风力发电机直接驱动所述压缩机；或者，
利用电网系统用电低谷时的多余电能致动电动机，用所述电动机驱动所述压缩机。
27.一种用于权利要求1所述发电方法的发电系统，
包括：带排气口(101)的压缩机(1)、带进气井(141)和出气井(143)的地下气化炉(14)、燃气轮机(5)和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室(4)，
其特征在于，还包括地下气化燃空区(13)，具有储气入口(131)和储气出口(133)，
其中，所述排气口(101)与所述储气入口(131)连通，所述储气出口(133)分别与所述燃烧室(4)和所述进气井(141)连通，所述出气井(143)与所述燃烧室(4)连通。
28.一种用于权利要求12所述发电方法的发电系统，
包括：带排气口(101)的压缩机(1)、带进气井(141)和出气井(143)的地下气化炉(14)、燃气轮机(5)和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室(4)，
其特征在于，还包括地下气化燃空区(13)，具有储气入口(131)和储气出口(133)，
其中，所述排气口(101)分别与所述储气入口(131)和所述进气井(141)连通，所述储气出口(133)与所述燃烧室(4)连通，所述出气井(143)与所述燃烧室(4)连通。
29.一种用于权利要求20所述发电方法的发电系统，
包括：带排气口(101)的压缩机(1)、带进气井(141)和出气井(143)的地下气化炉(14)、燃气轮机(5)和向所述燃气轮机提供燃气动力的燃烧室(4)，
其特征在于，还包括地下气化燃空区(13)，具有储气入口(131)和储气出口(133)，
其中，所述排气口(101)分别与所述储气入口(131)和所述燃烧室(4)连通，所述储气出口(133)与所述进气井(141)连通，所述出气井(143)与所述燃烧室(4)连通。
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