CN105736144A - 一种压缩空气储能调峰发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种压缩空气储能调峰发电系统,包括用于存储波谷电力的压缩空气储存罐,其在电力波谷时储能,在电力波峰时通过燃气轮机释能发电;其中,包括设置于压缩空气储存罐中的密封隔绝元件,用于减少压缩空气的水分,避免燃气轮机、换热器、管道系统或者仪器由于水分导致的腐蚀或者退化。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能发电装置,尤其是涉及用于满足峰值负载调节的燃气轮机储能发电系统。
背景技术
电力行业作为社会基础产业,是国家发展的命脉产业之一。随着中国经济社会高速发展,电力需求日益增长,中国电力工业建设进入快速发展时期。随着科技进步和社会需求的推动,电网正从传统的输、变、配电加速向以满足社会资源优化配置为主要功能的能量承载、能源博弈的平台演化。能源结构调整的大背景下,随着电力系统对安全、高效、稳定运行等条件的要求愈来愈高,我国电网的发展逐渐步入一个全新的阶段——智能电网。因此,建设一个效能高、投资低、安全可靠、灵活应变的智能电网已成为我国电网的发展方向。
智能电网是一个集合了多种当代先进技术的复合系统,这些技术包括电力电子技术、信息技术、储能技术、传感测量技术等,而储能技术是其中至关重要的一环,它在智能电网中具有重要意义:1)可以有效地平滑负荷曲线和昼夜峰谷差,实现需求侧管理;2)调节电网频率,平抑负荷的波动,保障系统稳定运行;3)用户侧辅助电源,提高电能质量和供电可靠性;4)优化可再生能源的配置利用,促进可再生能源开发。
压缩空气储能技术是目前较为广泛应用的一种储能技术,其主要原理利用电力系统负荷低谷时段的剩余电力进行压缩空气作业,并将其储存于高压密封设施内,在负荷高峰时段释放出来用以驱动燃气轮机发电。压缩空气储能技术具有成本低,安全性比较高,运行可靠,寿命长等优点。
现有技术中典型的压缩空气储能系统,如200710098467.4的发明专利,包括压缩机、储气库、燃烧室、燃气轮机以及发电机;在电力负荷低谷时,利用电网电能驱动电动机,电动机驱动压缩机压缩空气送入储气库;在电力负荷高峰时,由储气库释放的压缩空气在燃烧室燃烧后的燃气进入燃气轮机驱动发电机发电,并将电能送入电网。但是,这种类型的压缩空气储能系统,随着储气库内压缩空气的排出,其气压逐渐降低,从而导致燃气轮机的效率下降。作为现有技术的改进,200780031109.X提出了一种恒压的压缩空气储能发电系统,其储气罐包括通过液压泵/发动机单元连接的两个储气罐,两个储气罐之间设置存储水,通过液压泵控制存储水在两个储气罐之间流动,从而改变排气储气罐的体积以保证压强稳定,从而保证了燃气轮机的效率稳定。但是,该改进的技术方案中,由于在储气罐中引入了存储水,其在排气过程中可能挥发,从而增加压缩空气的水分,导致下游燃气轮机、换热器、管道系统或者仪器由于水分导致的腐蚀或者退化。为了改进上述现有技术,提出了一种智能电网储能调峰系统,能够解决现有技术的上述问题。
发明内容
作为本发明的一个方面,提供了一种压缩空气能量储存发电系统,包括:压缩机,其在储能时通过电动机驱动并将常压空气进行压缩;第一储存罐,其为恒压储气装置,设置由空气入口以及空气出口,通过空气入口能够接收压缩机的压缩空气,通过空气出口能够将压缩空气排出;第二储存罐,其为变压储气装置,通过连通管路与所述第一储存罐相连通;在所述第一储存罐和第二储存罐中容纳有储存水,从而使得所述第二储存罐是气密性密封的;液压泵/发动机单元,其设置于所述连通管路,根据所述第一储存罐的压力操作所述液压泵/发动机单元,从而使所述第一储存罐保持恒压;发电机,其利用第一储存罐排出的压缩空气和燃料燃烧后的燃烧气体来驱动燃气轮机,并通过该燃气轮机的驱动而发电;在所述第一储存罐内压缩空气界面和储存水界面之间设置能够自由移动的密封隔绝元件。
优选的,所述第一储存罐的空气出口与所述燃气轮机之间设置除湿装置,所述除湿装置能够将从第一储存罐中排出的压缩空气中的水分进行排除。
优选的,所述除湿装置包括干燥剂或者乙二醇中的至少一种。
可选的,所述除湿装置包括冷凝器,通过冷凝的方式去除压缩空气中的水分。
优选的,所述密封隔绝元件包括密封底层,所述密封底层由弹性材料制作。
优选的,所述弹性材料包括橡胶。
优选的,所述密封隔绝元件包括密封底层,支撑件以及平衡顶层;所述密封底层位于底部,其形状与所述第一储存器横截面形状一致;所述支撑件位于所述密封底层与所述平衡顶层的重心连线上,用于连接所述密封底层与所述平衡顶层;所述平衡顶层位于顶部,其面积略小于所述密封底层,使所述平衡顶层与所述第一储存器的侧面之间存在足够的间隙。
优选的,所述支撑件为圆柱体或者长方体结构。
优选的,所述平衡顶层的厚度大于所述密封底层,从而使所述平衡顶层的质量大于所述密封底层。
优选的,所述第一储存罐和第二储存罐为刚性容器。
附图说明
图1是本发明实施例的压缩空气能量储存发电系统的结构框图。
图2是本发明实施例的密封隔绝元件的结构示意图。
具体实施方式
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本发明的范围的限制,本发明的范围由所附的权利要求定义。
本发明实施例的压缩空气能量储存发电系统,参见图1,包括压缩机1,冷却器2,第一储存罐3,液压泵/发动机单元4,第二储存罐5,除湿装置6,换热器7,燃烧室8,燃气轮机9以及发电机10。
压缩机1将外部空气进行压缩从而存储电力,在用电负荷低谷时,通过电动机利用低谷电驱动压缩机1运转,从而将能量存储在压缩空气中。压缩机1可以是单个压缩机或者包括多级压缩机的压缩机组。
空气在被压缩后温度升高,冷却器2用于将升温后的空气降温,从而压入压缩空气存储罐。压缩空气存储罐包括第一储存罐3、液压泵/发动机单元4以及第二储存罐5。第一储存罐3和第二储存罐5为刚性容器,同时压缩空气存储罐中容纳有储存水,其通过第二储存罐5和第一储存罐3之间压力差或者液压泵驱动,从而能够在第二储存罐5和第一储存罐3之间流动,保持第一储存罐3的压力恒定。
第一储存罐3具有压缩空气入口31以及压缩空气出口32。在用电波谷储能阶段,在第一储存罐3通过压缩空气入口31接收压缩空气时,液压泵使用波谷电作为液压发动机的能量来源,将储存水输送到第二储存罐5中,从而增加第一储存罐3中的容纳压缩空气体积,保持第一储存罐3中的压强不变。在用电波峰释能阶段,在第一储存罐3通过压缩空气出口32排出压缩空气,通过第二储存罐5以及第一储存罐3之间的压力差,将储存水输送到第一储存罐3中,从而减小第一储存罐3中的容纳压缩空气体积,保持第一储存罐3中的压强不变;储存水在移动过程中同时驱动发动机进行发电。可以通过监测第一储存罐3内的空气压强,从而控制液压泵/发动机单元4。
第一储存罐3设置能够沿着第一储存罐3轴线方向上自由移动的密封隔绝元件31,用于分割一储存罐3内压缩空气界面和储存水界面,从而减小储存水挥发进入压缩空气,避免对于后续部件的腐蚀以及损伤。密封隔绝元件31可以包括弹性材料制作例如橡胶制作的密封底层,其密封底层侧面设置为光滑的,从而降低密封隔绝元件与密封隔绝元件的摩擦力。
优选的,参见图2,密封隔绝元件31包括密封底层311,支撑件312以及平衡顶层313。其中,密封底层311位于底部,其形状与第一储存器3横截面形状一致;支撑件312位于密封底层311与平衡顶层313的重心连线上,用于连接密封底层311与平衡顶层313。平衡顶层313位于顶部,其面积略小于密封底层311,使平衡顶层313与第一储存器3的侧面之间存在足够的间隙。优选的,设置平衡顶层313的厚度大于密封底层311,使平衡顶层313的质量大于密封底层311,从而更好地保持密封隔绝元件的稳定性。
除湿装置6设置于第一储存器3的空气出口32的后端管路,用于进一步去除压缩空气中的水分,从而保证后续部件不受水分影响。除湿装置6可以使用包括干燥剂或者乙二醇中的至少一种;可选的,除湿装置6包括冷凝器,通过冷凝的方式去除压缩空气中的水分。
在波峰发电时,换热器7分别与压缩空气流路和燃气轮机的乏气输出流路相通,在其中通过燃气轮机的输出乏气对压缩空气进行加热,从而提高燃烧室的效率。燃烧室8设置于换热器7之后,压缩空气与燃料在燃烧室8中进行燃烧,从而输出燃气。输出燃气被输送到燃气轮机9,驱动燃气轮机9使与其耦合的发电机10进行发电。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种压缩空气能量储存发电系统,包括:压缩机,其在储能时通过电动机驱动并将常压空气进行压缩;第一储存罐,其为恒压储气装置,设置由空气入口以及空气出口,通过空气入口能够接收压缩机的压缩空气,通过空气出口能够将压缩空气排出;第二储存罐,其为变压储气装置,通过连通管路与所述第一储存罐相连通;在所述第一储存罐和第二储存罐中容纳有储存水,从而使得所述第二储存罐是气密性密封的;液压泵/发动机单元,其设置于所述连通管路,根据所述第一储存罐的压力操作所述液压泵/发动机单元,从而使所述第一储存罐保持恒压;发电机,其利用第一储存罐排出的压缩空气和燃料燃烧后的燃烧气体来驱动燃气轮机,并通过该燃气轮机的驱动而发电;在所述第一储存罐内压缩空气界面和所述存储水界面之间设置能够自由移动的密封隔绝元件。
2.根据权利要求1所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述第一储存罐和第二储存罐为刚性容器。
3.根据权利要求2所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述压缩机以及所述第一储存罐之间设置冷却器,用于对输入第一储存罐的压缩空气进行冷却。
4.根据权利要求3所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述第一储存罐的空气出口与所述燃气轮机之间设置除湿装置,所述除湿装置能够将从第一储存罐中排出的压缩空气中的水分进行排除。
5.根据权利要求4所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述除湿装置与所述燃气轮机之间设置换热器,在其中通过燃气轮机的输出乏气对进入燃气室之前的压缩空气进行加热。
6.根据权利要求5所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述除湿装置包括干燥剂或者乙二醇中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的压缩空气能量储存发电系统,其特征在于:所述除湿装置包括冷凝器,通过冷凝的方式去除压缩空气中的水分。
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