CN106014640A - 一种电力系统负荷调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统负荷调节控制方法，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装置，在用电波谷储能阶段，换热装置中的换热管道的位置能够根据空气能量储存罐的水位变化而变化，从而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的调节控制方法,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的调节控制方法。
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，同时在变压储气罐中设置换热装置，降低变压储气罐中空气压缩导致的温度影响，从而降低温度对于水蒸发的影响。但是，由于变压储气罐中的水位是变化的，在储存水的水位高于换热装置高度后，将会影响换热装置对于压缩空气的降温。
发明内容
作为本发明的一个方面，提供一种电力系统负荷调节控制方法，包括如下步骤：（1）在用电波谷储能阶段，在第一储存罐通过压缩空气入口接收压缩空气时，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中，从而增加第一储存罐中的容纳压缩空气体积，保持第一储存罐中的压强不变；（2）第二储存罐内的空气受到压缩从而温度升高，开启冷却介质输送器，通过换热管路将第二储存罐内的空气降温；（3）随着空气压缩，第二储存罐内的水位上升，浮动单元推动换热管路向上旋转，使换热管路位于第二储存罐的水位之上；（4）在用电波峰释能发电时，压缩空气通过压缩空气出口排出到燃烧室，压缩空气与燃料在燃烧室中进行燃烧，从而输出燃气；输出燃气被输送到燃气轮机，驱动燃气轮机使与其耦合的发电机进行发电；(5) 关闭冷却介质输送器,停止对于第二储存罐内的空气换热;（6）随着压缩空气的释放，第二存储罐内的水位下降，浮动单元随之下降，换热管路由于重力作用向下返回原位。
本发明控制方法所使用的压缩空气能量储存发电系统，包括：压缩机，第一储存罐,
第二储存罐，液压泵/发动机单元，燃气轮机以及发电机；所述压缩机，用于在储能时通过电动机驱动并将常压空气进行压缩；所述第一储存罐，其设置有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；所述第二储存罐，通过连通管路与所述第一储存罐相连通；所述液压泵/发动机单元，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；所述燃气轮机，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；所述发电机，通过所述燃气轮机的驱动而发电；其特征在于：还包括换热系统；所述换热系统包括：同轴的第一管路和第二管路；换热管路，所述换热管路与所述第一管路和第二管路连接，并且与所述第一管路和第二管路不同轴，并且能够围绕所述第一管路和第二管路所在的轴线旋转；浮动单元，所述浮动单元设置于所述换热管路下方，在所述第二储存罐的水位上升时，能够推动所述换热管路向上旋转，从而使所述换热管路位于第二储存罐的水位之上。
优选的，所述浮动单元为浮动平板，其能够提供大于所述换热管路重力的浮力。
优选的，所述换热系统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。
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是本发明实施例中第二储存罐处于不同水位时换热管路的变化情况示意图。
图3时本发明实施例的压缩空气能量储存发电系统的运行流程图。
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、发电机10以及换热装置。
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。
换热装置包括冷却介质输送器12，第一管路13、第二管路14、换热管路15以及浮动单元16。冷却介质输送器12用于第二储存罐5输送冷却介质，该冷却介质能够通过换热管路15与储存罐内空气换热，从而能够降低第二储存罐5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。
第一管路13为冷却介质输入管路，第二管路14为冷却介质输出管路，第一管路13和第二管路14同轴设置。换热管路15分别与第一管路13和第二管路14连接，并且与第一管路13和第二管路14不同轴，并且在收到作用力时能够围绕第一管路13和第二管路14所在的轴线旋转，可以使用例如活动的螺纹连接实现。
如图2所示，第二储存罐处于不同水位时换热管路15的位置变化。浮动单元16设置于换热管路15下方，其使用密度小于水的材料制造，能够通过浮力提供向上的作用力；在第二储存罐5的水位上升时，浮动单元16随之上升，能够推动换热管路15向上旋转，从而使换热管路15位于第二储存罐5的水位之上；在第二储存罐5的水位下降时，浮动单元16随之下降，换热管路15由于重力作用向下旋转回原位。
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，通过换热管路15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设置于第一储存罐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，可以在第一储存罐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罐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。
本发明的压缩空气能量储存发电系统的运行流程，参见图3包括如下步骤：（1）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；（2）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，通过换热管路15将第二储存罐5内的空气降温；（3）随着空气压缩，第二储存罐5内的水位上升，浮动单元16推动换热管路15向上旋转，使换热管路15位于第二储存罐5的水位之上；（4）在用电波峰释能发电时，压缩空气通过压缩空气出口32排出到燃烧室8，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；（5）关闭冷却介质输送器12，停止对于第二储存罐5内的空气换热;（6）随着压缩空气的释放，第二存储罐5内的水位下降，浮动单元16随之下降，换热管路15由于重力作用向下返回原位。
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 (1)
1.一种电力系统负荷调节控制方法，包括如下步骤：（1）在用电波谷储能阶段，在第一储存罐通过压缩空气入口接收压缩空气时，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中，从而增加第一储存罐中的容纳压缩空气体积，保持第一储存罐中的压强不变；（2）第二储存罐内的空气受到压缩从而温度升高，开启冷却介质输送器，通过换热管路将第二储存罐内的空气降温；（3）随着空气压缩，第二储存罐内的水位上升，浮动单元推动换热管路向上旋转，使换热管路位于第二储存罐的水位之上；（4）在用电波峰释能发电时，压缩空气通过压缩空气出口排出到燃烧室，压缩空气与燃料在燃烧室中进行燃烧，从而输出燃气；输出燃气被输送到燃气轮机，驱动燃气轮机使与其耦合的发电机进行发电；(5) 关闭冷却介质输送器,停止对于第二储存罐内的空气换热;（6）随着压缩空气的释放，第二存储罐内的水位下降，浮动单元随之下降，换热管路由于重力作用向下返回所述原位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Yuhang Inventor before: Huang Youfeng |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180201 Address after: The Yellow River Nan Lu, Quanshan District 221000 Jiangsu city of Xuzhou province No. 126 Huarun garden high-rise room 801 Applicant after: Li Yuhang Address before: 350000 Fuzhou, Gulou District, Fujian City, the new right road, No. 29 Applicant before: Huang Youfeng |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180306 Termination date: 20190627 |