CN104653423B - 基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法。该系统由液体控温压缩空气储能装置和火电厂两部分组成；在冬季供暖情况下的负荷峰时段，火电厂中用于供暖的一部分热水供给液体控温压缩空气储能装置，供发电时高压气体膨胀吸热所用，液体控温压缩空气储能装置发电增大火电厂供电出力；负荷谷时段，液体控温压缩空气储能装置利用电能来压缩空气，压缩空气过程所放出的热量对待加热的水进行加热，被加热的水传递给火电厂进行供暖，以节约火电厂的燃料。本发明减小了负荷峰时段和负荷谷时段的供暖功率差距，达到了削峰填谷的作用，进而使得火电的启停成本降低；加强了风能消纳能力，降低了火电的发电成本。

Description

基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法

技术领域

本发明属于新能源、储能技术和电力调度的复合技术领域，尤其涉及一种基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法。

背景技术

传统冬季供暖情况，如中国北方的城市，白天和晚上的供暖不均衡——白天负荷高，热电厂出力大，随之能提供的热量也大；晚上负荷小，热电厂出力小，随之能提供的热量也小。而实际的白天和夜晚的供暖需求应该差不多均衡为宜，甚至由于夜间温度较低，夜间的供暖需求应该相对更多。所以传统的供暖情况下，存在上述发电与供暖之间的矛盾。

另外，风能具有反调峰特性——白天风能小，夜晚风能大。风能的反调峰特性导致电网的风能消纳能力低。针对以上的问题，在传统的电网系统中引入储能技术，从而进行冬季供暖情况下压缩空气储能装置和热电厂的联合控制。

发明内容

针对以上的问题，本发明提供了一种基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法，在传统的电网系统中引入储能技术，从而进行压缩空气储能装置和热电厂的的联合控制。

本发明所述系统采用的技术方案为：

该系统由液体控温压缩空气储能装置和火电厂两部分组成；

所述液体控温压缩空气储能装置由高压气体容器、内控温液体活塞、发电机-电动机、待加热水池组成；高压气体容器与内控温液体活塞之间通过高压气体管道连接，内控温液体活塞与发电机-电动机之间以及发电机-电动机与待加热水池之间分别通过液体管道连接；

所述火电厂由供暖出力单元和电力负荷出力单元组成；

所述内控温液体活塞与供暖出力单元通过液体管道连接，所述发电机-电动机与电力负荷出力单元通过电线连接。

本发明提供的一种基于压缩空气储能与火电厂的联合控制方法，具体为：在冬季供暖情况下的负荷峰时段，火电厂中用于供暖的一部分热水供给液体控温压缩空气储能装置，供发电时高压气体膨胀吸热所用，液体控温压缩空气储能装置发电增大火电厂供电出力；负荷谷时段，液体控温压缩空气储能装置利用电能来压缩空气，压缩空气过程所放出的热量对待加热的水进行加热，被加热的水传递给火电厂进行供暖，以节约火电厂的燃料。从而在保证火电厂的供热能力情况下，增大火电厂的供电功率的峰谷差额，增大供电功率的调节能力，从而增大对风能的消纳。

所述液体控温压缩空气储能装置内设置内控温液体活塞，通过水来控制气体温度；膨胀发电时，来自火电厂的热水进入内控温液体活塞提供热量；压缩储能时，待加热的水进入内控温液体活塞，预热后水进入火电厂用于供暖。

所述的负荷峰时段是指白天时段；负荷峰时段风能小，传统情况下，火电厂供电出力大，供暖出力随之增长。

所述的负荷谷时段是指夜晚时段；负荷谷时段风能小，传统情况下，火电厂供电出力小，供暖出力随之减小。

所述的负荷峰谷时段对应的调度方法使得负荷峰时段和负荷谷时段的供暖功率差距减小，甚至恒定；另一方面，削峰填谷。

本发明的有益效益包括以下几个方面：

(1)在负荷峰时段吸收余热进行发电，既减少了供暖出力，也减小了火电厂的出力。

(2)在负荷谷时段时，压缩空气，放出热量，补给了供暖功率，增大了火电厂的出力。

(3)在负荷峰时段和谷时段的风火电调度方式，平衡电力负荷和供暖负荷，降低了火电厂的启停成本；同时由于消纳了风电，所以减少了火电厂的运行成本。

附图说明

图1是本发明的一种控制方案的实现方式示意图；

图2是图1所示方案的储能过程示意图；

图3是图1所示方案的发电过程示意图；

图中标号：

1-高压气体容器，2-内控温液体活塞，3-发电机-电动机，4-待加热水池，5-液体控温压缩空气储能装置，6-供暖出力单元，7-电力负荷出力单元，8-火电厂，9-供暖液体管道，10-电力负荷出线，11-电线，12～14-液体管道，15-高压气体管道，16-低压气体管道。

具体实施方式

本发明提供了一种冬季供暖情况下基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1是本发明的一种控制方案系统连接示意图。

该系统由液体控温压缩空气储能装置5和火电厂8组成。

液体控温压缩空气储能装置5由高压气体容器1、内控温液体活塞2、发电机-电动机3以及待加热水池4组成；其中高压气体容器1和内控温液体活塞2通过高压气体管道15连接，内控温液体活塞2和发电机-电动机3通过液体管道13连接，发电机-电动机3和待加热水池4通过液体管道14连接，内控温液体活塞通过低压气体管道16与低压气体相连接。

火电厂8由供暖出力单元6以及电力负荷出力单元7组成。供暖出力单元6通过供暖液体管道9对热用户供暖，电力负荷出力单元7通过电力负荷出线10对电用户供电。

液体控温压缩空气储能装置5中的内控温液体活塞2与火电厂8中的供暖出力单元6通过液体管道12相连，通过水实现了储能装置和火电厂的热能交换；液体控温压缩空气储能装置5中的发电机-电动机3与火电厂8中的电力负荷出力单元7通过电线11相连，实现了储能装置和火电厂的电能交换。

图2是储能过程示意图。以图2为例，系统储能过程为：

负荷谷时段，低压气体通过低压气体管道16进入内控温液体活塞2，电力负荷出力单元7驱动发电机-电动机3工作在电动机状态，并将待加热水池4里的水抽入内控温液体活塞2，并在内控温液体活塞2中压缩低压气体；低压气体被压缩成高压气体，并通过高压气体管道15被存在高压气体容器1中，然后内控温液体活塞2中参与压缩过程的水被送给火电厂用于供暖；储能过程结束后内控温液体活塞2内充满低压气体，为发电过程做准备。储能过程实现了火电厂电力输送给储能装置，储能装置的压缩过程的热能输送给火电厂。

图3是发电过程示意图。以图2为例，系统发电过程为：

负荷峰时段，假设内控温液体活塞2中充满气体，供暖出力单元6将热水通过液体管道12进入内控温液体活塞2中，然后高压气体从高压气体容器1通过高压气体管道15进入内控温液体活塞2并进行膨胀，推动内控温液体活塞2中的液体通过液体管道13驱动发电机-电动机3处于发电状态，进而通过液体管道14进入待加热水池4中；其中发电机-电动机3通过电线11将电能输送给电力负荷出力单元7；发电状态结束后高压气体容器1内充满气体，为储能过程做准备。发电过程实现了火电厂将热能输送给储能装置，储能装置的电力输送给火电厂。

储能过程和发电过程中，供暖液体管道9不断往外输送热能，电力负荷出线10不断地向外输送电能，以达到能量平衡。

Claims (5)

1.基于压缩空气储能与火电厂的联合控制系统，其特征在于，由液体控温压缩空气储能装置(5)和火电厂(8)两部分组成；

所述液体控温压缩空气储能装置(5)由高压气体容器(1)、内控温液体活塞(2)、发电机-电动机(3)、待加热水池(4)组成；高压气体容器(1)与内控温液体活塞(2)之间通过高压气体管道连接，内控温液体活塞(2)与发电机-电动机(3)之间以及发电机-电动机(3)与待加热水池(4)之间分别通过液体管道连接；

所述火电厂(8)由供暖出力单元(6)和电力负荷出力单元(7)组成；

所述内控温液体活塞(2)与供暖出力单元(6)通过液体管道连接，所述发电机-电动机(3)与电力负荷出力单元(7)通过电线连接。

2.基于压缩空气储能与火电厂的联合控制方法，其特征在于，在冬季供暖情况下的负荷峰时段，火电厂中用于供暖的一部分热水供给液体控温压缩空气储能装置，供发电时高压气体膨胀吸热所用，液体控温压缩空气储能装置发电增大火电厂供电出力；负荷谷时段，液体控温压缩空气储能装置利用电能来压缩空气，压缩空气过程所放出的热量对待加热的水进行加热，被加热的水传递给火电厂进行供暖，以节约火电厂的燃料。

3.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能与火电厂的联合控制方法，其特征在于，所述液体控温压缩空气储能装置内设置内控温液体活塞，通过水来控制气体温度；膨胀发电时，来自火电厂的热水进入内控温液体活塞提供热量；压缩储能时，待加热的水进入内控温液体活塞，预热后水进入火电厂用于供暖。

4.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能与火电厂的联合控制方法，其特征在于：所述负荷峰时段是指白天时段。

5.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能与火电厂的联合控制方法，其特征在于：所述负荷谷时段是指夜晚时段。