CN105781742A - 一种储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
压缩空气能量储存发电系统，用于在电网用电波谷时通过波谷电存储能量，在用电波峰时进行发电从而对于电网波峰波谷进行调控。其中，在空气能量储存罐中设置换热管，用于给在波谷储能时给储存罐内的压缩空气降温，避免压缩空气升温导致的储存水挥发对于发电系统后续部件的影响。
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。
为了解决上述问题，申请人提出了改进的压缩空气储能系统的发明，在恒压储气罐的压缩空气和储存水界面之间设置固态或者液体的密封隔绝层，从而减小了储存水的挥发，降低对于后续部件的影响。但是空气储能中的空气在压缩过程中，会产生大量的热量，尽管在压缩机后设置了冷却器用于给压缩空气降温，但是在第二储气罐中的空气在储能时被压缩也会升温，而升温后的空气的热量传递给储存水会造成储存水的挥发加快，从而可能对于后续部件产生影响。
发明内容
作为本发明的一个方面，提供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受压缩机的压缩空气，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涡轮机，并通过该涡轮机的驱动而发电；在所述第二储存罐内设置换热管，通过所述换热管能够将所述第二储存罐内的空气降温。
优选的，所述换热管与冷却介质输送器相通，能够通过所述冷却介质输送器向所述换热管输送冷却介质，从而降低第二储存罐内空气的温度。
优选的，所述冷却介质为空气或者水。
优选的，当所述压缩空气能量储存发电系统在用电波谷储能时，开启所述冷却介质输送器，通过换热管将所述第二储存罐内的空气降温；当所述压缩空气能量储存发电系统在用电波峰发电时，关闭所述冷却介质输送器。
优选的，所述换热管包括第一换热管和第二换热管；所述第一换热管设置于所述第二储存罐的高于中部的位置，所述第二换热管设置于所述第二储存罐的靠近顶部的位置；所述第一换热管和第二换热管分别通过第一阀门和第二阀门与所述冷却介质输送器相通。
优选的，所述第二储存罐内设置水位高度传感器，用于监测所述第二储存罐内的储存水高度。
优选的，所述压缩空气能量储存发电系统在用电波谷储能时，通过所述水位高度传感器监测所述第二储存罐内的储存水高度，当储存水高度低于所述第一换热管最低高度时，保持所述第一阀门和第二阀门开启；当存储水高于所述第一换热管最高高度时，关闭所述第一阀门，保持所述第二阀门开启。
作为本发明的另外一个方面，提供一种智能电网电力负荷储能调度系统，其包括上述的压缩空气能量储存发电系统。
附图说明
图1是本发明一个实施例的压缩空气能量储存发电系统的结构框图。
图2是本发明另一个实施例的压缩空气能量储存发电系统的结构框图。
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。
本发明第一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。
换热管11设置通过第二储存罐5，通过换热管11能够将所述第二储存罐内的空气降温。换热管11与冷却介质输送器12相通，能够通过冷却介质输送器12向第二储存罐5输送冷却介质，该冷却介质能够通过换热管与储存罐内空气换热，从而能够降低第二储存罐内空气的温度。冷却介质可以是水或者空气，当冷却介质为水时，冷却介质输送器12可以是输送泵，当冷却介质为空气时，冷却介质输送器12可以是例如鼓风泵。
在波谷储能时，第二储存罐5内的空气受到压缩从而温度升高，开启冷却介质输送器12，通过换热管11将第二储存罐5内的空气降温；当压缩空气能量储存发电系统在用电波峰发电时，关闭冷却介质输送器。
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。
为了进一步去除压缩空气中的水分，可以在压缩空气能量储存发电系统中设置除湿装置6。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。优选的，可以在第一储存器3的压缩空气界面和储存水界面之间设置隔绝层，从而减少储存水的挥发。隔绝层可以是固体隔绝层或者液体隔绝层。固体隔绝层为能够沿着第一储存器3轴线上下自由移动的隔绝元件，其可以设置为“工”形，底部为密封件，优选的可以在隔绝元件的密封低件上设置绝热层。
本发明优选的第二实施例参见图2，具体的，该实施例中，换热管包括第一换热管111和第二换热管112。第一换热管111设置于所述第二储存罐5的高于中部的位置，第二换热管112设置于第二储存罐5的靠近顶部的位置。第一换热管111和第二换热管112分别通过第一阀门13和第二阀门14与冷却介质输送器12相通。第二储存罐5内设置水位高度传感器，用于监测第二储存罐5内的储存水高度。
第二实施例中，压缩空气能量储存发电系统在用电波谷储能时，通过水位高度传感器监测第二储存罐5内的储存水高度，当储存水高度低于第一换热管111最低高度时，保持第一阀门13和第二阀门14开启；在储能时，储存水的水位高度升高，当储存水高于第一换热管111最高高度例如图2中的水位15中，关闭第一阀门13，保持第二阀门14开启。通过第二实施例中的设置，避免了在储能时由于储存水淹没换热管导致对于第二储存罐中的压缩空气的降温性能降低。
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 (6)
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受压缩机的压缩空气，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涡轮机，并通过该涡轮机的驱动而发电；其特征在于：在所述第二储存罐内设置换热管，通过所述换热管能够将所述第二储存罐内的空气降温。
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：所述换热管与冷却介质输送器相通，能够通过所述冷却介质输送器向所述换热管输送冷却介质，从而降低第二储存罐内空气的温度。
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：所述冷却介质为空气或者水。
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：当所述压缩空气能量储存发电系统在用电波谷储能时，开启所述冷却介质输送器，通过换热管将所述第二储存罐内的空气降温；当所述压缩空气能量储存发电系统在用电波峰发电时，关闭所述冷却介质输送器。
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：所述换热管包括第一换热管和第二换热管；所述第一换热管设置于所述第二储存罐的高于中部的位置，所述第二换热管设置于所述第二储存罐的靠近顶部的位置；所述第一换热管和第二换热管分别通过第一阀门和第二阀门与所述冷却介质输送器相通。
6.一种智能电网电力负荷储能调度系统，其包括权利要求1－5之一所述的压缩空气能量储存发电系统。
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