CN105840255B - 以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统 - Google Patents

以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，包括风力发电机组、电加热器、储能压缩机、低压CO2储罐、主压缩机、高压CO2储罐、低温回热器、高温回热器、燃煤锅炉及透平，该系统能够实现燃煤布雷顿循环发电与风力发电的耦合。

Description

以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统。
背景技术
我国的电力以煤电为主，改革开放以来经济的腾飞促进了燃煤机组装机容量的迅速增加。煤粉在燃烧过程中会排放出大量的粉尘、氮氧化物、硫氧化物和重金属等污染物以及大量的温室气体，对生态环境造成了极大的不良影响。此外，煤炭是不可再生能源，终究会有枯竭的一天。因此，节能减排是燃煤电厂在其生命周期内必须一直坚持的努力方向。
由于二氧化碳作为工质时的物理和热工特性优异，超临界二氧化碳布雷顿循环成为水蒸气朗肯循环的有力竞争者。研究表明当工质温度高于550℃时，超临界二氧化碳布雷顿循环的热效率会高于相同参数下的水蒸气朗肯循环。如果将超临界二氧化碳布雷顿循环应用在燃煤电厂中，透平入口的工质参数为32MPa/620℃/620℃，发电效率将达到50％，其相对于同样参数下朗肯循环的节能减排效果显著。
风能是一种较为容易利用的清洁的可再生能源，风力发电的大力发展，可以减轻我国环境污染问题，但是由于风能的随机性、波动性等特点造成了电网难以消纳大规模的风电，弃风的现象日益凸显。
如果能够将燃煤布雷顿循环与风力发电耦合起来，一方面可以借助风能这一清洁能源进一步降低发电厂单位输出电量的煤耗，另一方面可以借助燃煤布雷顿循环的可调峰性实现耦合电厂发电量保持平稳，避免因电网无法消纳而出现的弃风现象，但现有公开资料中没有出现将燃煤布雷顿环与风力发电耦合起来的技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，该系统能够实现燃煤布雷顿循环发电与风力发电的耦合。
为达到上述目的，本发明所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统包括风力发电机组、电加热器、储能压缩机、低压CO2储罐、主压缩机、高压CO2储罐、低温回热器、高温回热器、燃煤锅炉及透平；
风力发电机组的输出端与电加热器的电源接口及储能压缩机的电源接口相连接，低压CO2储罐的工质出口与主压缩机的工质入口及储能压缩机的工质入口相连通，储能压缩机的工质出口经高压CO2储罐与主压缩机的工质出口通过管道并管后与低温回热器的吸热侧入口相连通，低温回热器的吸热侧出口与高温回热器的吸热侧入口相连通，高温回热器的吸热侧出口与依次经电加热器、燃煤锅炉及透平与高温回热器的放热侧入口相连通，高温回热器的放热侧出口与低温回热器的放热侧入口相连通，低温回热器的放热侧出口与低压CO2储罐的工质入口及主压缩机的工质入口相连通。
还包括储热器，高压CO2储罐经储热器与储能压缩机的工质出口及低温回热器的吸热侧入口相连通。
还包括冷凝器，低温回热器的放热侧出口经冷凝器与低压CO2储罐的工质入口及主压缩机的工质入口相连通。
还包括再压缩机，其中，低温回热器的放热侧出口与冷凝器的入口及再压缩机的工质入口相连通，再压缩机的工质出口与高温回热器的吸热侧入口相连通。
风力发电机组的输出端与储能压缩机的电源接口通过第一输电线路相连接。
风力发电机组的输出端与电加热器的电源接口通过第二输电线路相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统在工作时，通过电加热器及储能压缩机将燃煤布雷顿循环与风力发电耦合起来，从而借助风能这一清洁能源进一步降低发电厂单元输出电量的煤耗，另一方面可以借助燃煤布雷顿循环的可调峰性实现耦合电厂发电量保持平稳，避免因电网无法消纳而出现的弃风现象。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为风力发电机组、2为电加热器、3为燃煤锅炉、4为透平、5为冷凝器、6为主压缩机、7为低温回热器、8为再压缩机、9为高温回热器、10为低压CO2储罐、11为储能压缩机、12为储热器、13为高压CO2储罐、14为第一输电线路、15为第二输电线路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统包括风力发电机组1、电加热器2、储能压缩机11、低压CO2储罐10、主压缩机6、高压CO2储罐13、低温回热器7、高温回热器9、燃煤锅炉3及透平4；风力发电机组1的输出端与电加热器2的电源接口及储能压缩机11的电源接口相连接，低压CO2储罐10的工质出口与主压缩机6的工质入口及储能压缩机11的工质入口相连通，储能压缩机11的工质出口经高压CO2储罐13与主压缩机6的工质出口通过管道并管后与低温回热器7的吸热侧入口相连通，低温回热器7的吸热侧出口与高温回热器9的吸热侧入口相连通，高温回热器9的吸热侧出口与依次经电加热器2、燃煤锅炉3及透平4与高温回热器9的放热侧入口相连通，高温回热器9的放热侧出口与低温回热器7的放热侧入口相连通，低温回热器7的放热侧出口与低压CO2储罐10的工质入口及主压缩机6的工质入口相连通。
本发明还包括储热器12、冷凝器5及再压缩机8，高压CO2储罐13经储热器12与储能压缩机11的工质出口及低温回热器7的吸热侧入口相连通；低温回热器7的放热侧出口经冷凝器5与低压CO2储罐10的工质入口及主压缩机6的工质入口相连通；低温回热器7的放热侧出口与冷凝器5的入口及再压缩机8的工质入口相连通，再压缩机8的工质出口与高温回热器9的吸热侧入口相连通。另外，风力发电机组1的输出端与储能压缩机11的电源接口通过第一输电线路14相连接；风力发电机组1的输出端与电加热器2的电源接口通过第二输电线路15相连接。
工质从压CO2储罐10进入布雷顿循环发电系统中，其中，工质经主压缩机6升压后依次由低温回热器7、高温回热器9、电加热器2及燃煤锅炉3进行加热升温，升温后的工质进入透平4中做功，透平4带动发电机发电。做功后的工质进入高温回热器9及低温回热器7将热量释放给系统，低温回热器7放热侧输出的工质一部分进入再压缩机8，剩余的部分进入冷凝器5对外放热，冷凝器5输出的工质进入主压缩机6升压，再由低温回热器7升温后与再压缩机8出口的工质混合，混合后的工质经过升温后做功完成系统的循环。
风力发电机组1将产生的电分为两部分，其中一分部输送到储能压缩机11中用于将电能转化为工质的势能储存起来；另一部分输送到电加热器2中用于将电能转化为工质的热能。当耦合电厂负荷不变且风能比较充足的时候，电加热器2具有较大的功率，此时燃煤锅炉3的给煤量可以降低，从而达到减少污染物和温室气体排放的效果。当耦合电厂负荷不变但风能较少或者无风的时候，则增加燃煤锅炉3的给煤量，以便稳定耦合电厂的总体发电量。
工质从低压CO2储罐10中抽出，经储能压缩机11压缩、储热器12降温后进入高压CO2储罐13存储，当需要利用储存的高压工质时，高压CO2储罐13中的工质经储热器12升温后由主压缩机6和低温回热器7之间输入低温回热器7的吸热侧中；当耦合电厂的总体负荷降低时，系统需要排出一部分工质进入低压CO2储罐10，此时当风能充足，可以把低压的工质压缩成高压的工质储存起来，在耦合电厂负荷升高的时候再充入系统中，这样可以减少主压缩机6的功耗，从而起到减少煤炭的耗量。

Claims (4)

1.一种以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，其特征在于，包括风力发电机组(1)、电加热器(2)、储能压缩机(11)、低压CO2储罐(10)、主压缩机(6)、高压CO2储罐(13)、低温回热器(7)、高温回热器(9)、燃煤锅炉(3)及透平(4)；
风力发电机组(1)的输出端与电加热器(2)的电源接口及储能压缩机(11)的电源接口相连接，低压CO2储罐(10)的工质出口与主压缩机(6)的工质入口及储能压缩机(11)的工质入口相连通，储能压缩机(11)的工质出口经高压CO2储罐(13)与主压缩机(6)的工质出口通过管道并管后与低温回热器(7)的吸热侧入口相连通，低温回热器(7)的吸热侧出口与高温回热器(9)的吸热侧入口相连通，高温回热器(9)的吸热侧出口与依次经电加热器(2)、燃煤锅炉(3)及透平(4)与高温回热器(9)的放热侧入口相连通，高温回热器(9)的放热侧出口与低温回热器(7)的放热侧入口相连通，低温回热器(7)的放热侧出口与低压CO2储罐(10)的工质入口及主压缩机(6)的工质入口相连通；
还包括储热器(12)，高压CO2储罐(13)经储热器(12)与储能压缩机(11)的工质出口及低温回热器(7)的吸热侧入口相连通；
还包括冷凝器(5)，低温回热器(7)的放热侧出口经冷凝器(5)与低压CO2储罐(10)的工质入口及主压缩机(6)的工质入口相连通。
2.根据权利要求1所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，其特征在于，还包括再压缩机(8)，其中，低温回热器(7)的放热侧出口与冷凝器(5)的入口及再压缩机(8)的工质入口相连通，再压缩机(8)的工质出口与高温回热器(9)的吸热侧入口相连通。
3.根据权利要求1所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，其特征在于，风力发电机组(1)的输出端与储能压缩机(11)的电源接口通过第一输电线路(14)相连接。
4.根据权利要求3所述的以燃煤布雷顿循环发电为基荷集成风力发电的发电系统，其特征在于，风力发电机组(1)的输出端与电加热器(2)的电源接口通过第二输电线路(15)相连接。
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