CN111022139A - 一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机装置技术领域，尤其涉及一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，包括空气液化储能系统和空气膨胀发电系统；空气液化储能系统的小汽机通过转轴连接第一空气压缩机与第二空气压缩机，第一空气压缩机通过第一换热器依次连接第二空气压缩机、第二换热器、冷箱、制冷机、膨胀喷管、气液分离器、液态空气储罐；空气膨胀发电系统的低温泵一端连接液态空气储罐，液态空气储罐与低温泵之间设有第一阀门，低温泵的另一端依次连接第三换热器、第四换热器、第一透平，第一透平通过第五换热器连接第二透平，第一透平与第二透平通过相同的转轴共同连接发电机。通过本发明的发电系统，提升了电网整体调频水平，提高火电厂安全运行水平、降低设备损耗。

Description

一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统
技术领域
本发明涉及发动机装置技术领域，尤其涉及一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统。
背景技术
近年来，随着风力发电以及光伏发电等新能源发电方式的不断并网，对于原有的电网系统的稳定性造成了一定的威胁和影响。新能源发电比例的快速提高，电网调频容量不足的问题凸显，因此有效提高火电厂灵活性改造和储能调频能力，对提升电网整体调频水平具有重要意义。且火电厂联合储能调频系统，还可有效提高火电厂安全运行水平、降低设备损耗。
大规模储能技术是提高可再生能源能量密度与稳定性的重要手段，可应用于大规模可再生能源并网、能源互联网的智能调控、应急电源等。目前受到广泛关注的大规模储能技术主要有电池储能、抽水蓄能、压缩空气储能和液化空气储能等。但是抽水蓄能需要水资源作为支撑，压缩空气储能对储气室的要求较高。相比于抽水储能和压缩空气储能，近年来开发的液化空气储能系统有着许多优良的特性，如不受地理条件的限制、可以在低压条件下安全储存、可以在现有设备上运行等。因此，为克服传统压缩空气储能与抽水蓄能所存在的问题，近些年来国内外学者相继开展液态空气储能技术的研究，以低温液态空气作为储能介质，可显著提高储能密度。
发明内容
本发明提供一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，目的在于提升电网整体调频水平，提高火电厂安全运行水平、降低设备损耗。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，包括空气液化储能系统和空气膨胀发电系统；
空气液化储能系统包括小汽机，小汽机通过转轴连接第一空气压缩机与第二空气压缩机，第一空气压缩机还通过第一换热器连接第二空气压缩机，第二空气压缩机还依次连接第二换热器、冷箱、制冷机、膨胀喷管、气液分离器、液态空气储罐；气液分离器还依次连接冷箱、第二换热器、第一空气压缩机，使第一空气压缩机与气液分离器之间形成循环回路；
空气膨胀发电系统包括低温泵，低温泵一端连接液态空气储罐，液态空气储罐与低温泵之间设有第一阀门，低温泵的另一端依次连接第三换热器、第四换热器、第一透平，第一透平通过第五换热器连接第二透平，所述第一透平与第二透平通过相同的转轴共同连接发电机。
进一步地，还包括压缩集热系统，压缩集热系统包括第一蓄冷器、第一蓄热器，第一蓄冷器的一端采用并联的方式分别通过第二阀门和第三阀门连接第一换热器和第二换热器，第一蓄冷器的另一端通过并联的方式分别连接第四换热器、第五换热器；第一蓄热器的一端通过并联的方式分别连接第一换热器和第二换热器，另一端通过并联的方式分别通过第四阀门和第五阀门连接第四换热器和第五换热器。
进一步地，冷箱一端依次通过第六阀门、第二蓄冷器连接第三换热器，另一端依次通过第二蓄热器、第七阀门连接第三换热器，使冷箱与第三换热器形成循环回路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的空气液化储能系统将压缩后的空气依次经过冷箱和制冷机冷却，进入降压喷管降压后，进入气液分离器，经气液分离器后，气态空气返回冷箱并经过第二换热器与空气混合进入压缩机，液态空气进入液态空气储罐进行存储。该空气液化储能系统能够将新鲜空气冷却并转化成液态空气储存，未液化空气经冷箱、换热器回收多余冷量后返回第一空气压缩机重复利用，具有节能效果。
2、该系统动力源为采用燃煤机组高压缸抽气驱动的小汽机，当燃煤机组承担电网低负荷调峰任务时，可通过增加燃煤机组高压缸抽气量消纳燃煤机组多余负荷，使燃煤机组处于高负荷工况下运行，保证燃煤机组的安全稳定性。当电网负荷需求增加后，通过释放液化空气进行发电，可快速整体系统发电量，一定程度上提升了燃煤发电机组负荷调节能力，保证燃煤发电机组安全运行水平。
3、本发明的压缩集热系统，通过第一蓄冷器和第一蓄热器与空气液化储能系统、空气膨胀发电系统连接，通过若干阀门控制第一换热器、第二换热器、第四换热器、第五换热器之间的热量传递，将发电过程中产生的冷量回收循环利用，更加节能。
4、本发明的冷箱一端依次通过第六阀门、第二蓄冷器连接第三换热器，另一端依次通过第二蓄热器、第七阀门连接第三换热器，使冷箱与第三换热器形成循环回路，使热量在冷箱与第三换热器中循环利用，有效的降低设备的消耗，提高热量的利用率。
5、本发明的储能介质为空气，来源广泛成本低廉、绿色无污染。
附图说明
图1为一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统的示意图。
其中：1-小汽机；2.2-第一空气压缩机；2.2-第二空气压缩机；3.1-第一换热器；3.2-第二换热器；3.3-第三换热器；3.4-第四换热器；3.5-第五换热器；4-冷箱；5-制冷机；6-膨胀喷管；7-气液分离器；8-液态空气储罐；9-低温泵；10.1-第一透平；10.2-第二透平；11-发电机；12.1-第一蓄冷器；12.2第二蓄冷器；13.1-第一蓄热器，13.2-第二蓄热器；15.1-第一阀门；15.2-第二阀门；15.3-第三阀门；15.4-第四阀门；15.5-第五阀门；15.6-第六阀门；15.7-第七阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，其特征在于：包括空气液化储能系统、空气膨胀发电系统和压缩集热系统；
空气液化储能系统包括小汽机1，小汽机1通过转轴连接第一空气压缩机2.1与第二空气压缩机2.2，第一空气压缩机2.1还通过第一换热器3.1连接第二空气压缩机2.2，第二空气压缩机2.2还依次连接第二换热器3.2、冷箱4、制冷机5、膨胀喷管6、气液分离器7、液态空气储罐8；气液分离器7的排气口还依次连接冷箱4、第二换热器3.2、第一空气压缩机2.1的入口，使第一空气压缩机2.1与气液分离器7之间形成循环回路；
空气液化储能系统工作原理为：在储能过程中，小汽机1采用燃煤机组高压缸抽气做功产生旋转动能驱动第一空气压缩机2.1和第二空气压缩机2.2压缩空气，压缩后的空气经过第一换热器3.1冷却后进入第二空气压缩机2.2再次压缩，压缩后的空气依次经第二换热器3.2、冷箱4、制冷机5进行冷却，冷却后的空气，进入膨胀喷管6进行降压，降压后的空气进入气液分离器7进行气液分离，其中气态空气返回冷箱4并经第二换热器3.2与空气混合进入第一空气压缩机2.1，液态空气直接进入液态空气储罐8进行存储。
空气膨胀发电系统包括低温泵9，低温泵9一端连接液态空气储罐8，液态空气储罐8与低温泵9之间设有第一阀门15.1，低温泵9的另一端依次连接第三换热器3.3、第四换热器3.4、第一透平10.1，第一透平10.1通过第五换热器3.5连接第二透平10.2，第一透平10.1与第二透平10.2通过相同的转轴共同连接发电机11。
空气膨胀发电系统工作原理为：打开第一阀门15.1，液态空气储罐8内的液态空气经低温泵9加压，依次经过第三换热器3.3和第四换热器3.4进行加热后，进入第一透平10.1，第一透平10.1膨胀做功，经做功后的空气经第五换热器3.5加热后进入第二透平10.2，第二透平10.2膨胀做功，空气在第一透平10.1和第二透平10.2做功产生的旋转机械能带动转轴旋转驱使发电机11发电。
压缩集热系统包括第一蓄冷器12.1、第一蓄热器13.1，第一蓄冷器12.1的一端采用并联的方式分别通过第二阀门15.2和第三阀门15.3连接第一换热器3.1和第二换热器3.2，第一蓄冷器12.1的另一端通过并联的方式分别连接第四换热器3.4、第五换热器3.5；第一蓄热器13.1的一端通过并联的方式分别连接第一换热器3.1和第二换热器3.2，另一端通过并联的方式分别通过第四阀门15.4和第五阀门15.5连接第四换热器3.4和第五换热器3.5。
压缩集热系统的工作原理为：
在液化空气储能系统工作过程中，热量通过第一换热器3.1吸收储存于第一蓄热器13.1中，当空气膨胀发电系统运行时中，通过调节第四阀门15.4和第五阀门15.5的开度，控制经过第四换热器3.4和第五换热器3.5的热量，进而释放储存于第一蓄热器13.1中的热量用于加热流经过第四换热器3.4和第五换热器3.5的空气，同时将流经第四换热器3.4和第五换热器3.5的空气释放的冷量收集并储存于第一蓄冷器12.1，储存于第一蓄冷器12.1的冷量可在空气液化储能系统运作工程中，通过调节第二阀门15.2和第三阀门15.2的开度，调节经过第一换热器3.1和第二换热器3.2的冷量进而冷却经过第一换热器3.1和第二换热器3.2的空气。
进一步地，冷箱4与第三换热器3.3之间还并联有循环支路，第三换热器3.3依次通过第二蓄冷器12.2、第六阀门15.6连接冷箱4，冷箱4再通过第二蓄热器13.2、第七阀门15.7连接第三换热器3.3。
空气膨胀发电系统开始运行时，打开第七阀门15.7，使第二蓄热器13.2内储存的热量用于加热流经第三换热器3.3的液态空气，其中第二蓄热器13.2储存的热量来自于空气液化储能系统运行过程中冷箱4的热量；当空气液化储能系统开始运行时，打开第六阀门15.6，使储存于第二蓄冷器12.2的冷量通过冷箱4冷却来自于第二换热器3.2的空气，其中第二蓄冷器12.2的冷量来自于空气膨胀发电系统开始运行时第三换热器3.3中液态空气气化过程中释放的冷量。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好的理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，其特征在于：包括空气液化储能系统和空气膨胀发电系统；
所述空气液化储能系统包括小汽机(1)，所述小汽机(1)通过转轴连接第一空气压缩机(2.1)与第二空气压缩机(2.2)，所述第一空气压缩机(2.1)还通过第一换热器(3.1)连接第二空气压缩机(2.2)，所述第二空气压缩机(2.2)还依次连接第二换热器(3.2)、冷箱(4)、制冷机(5)、膨胀喷管(6)、气液分离器(7)、液态空气储罐(8)；所述气液分离器(7)还依次连接所述冷箱(4)、第二换热器(3.2)、第一空气压缩机(2.1)，使第一空气压缩机(2.1)与气液分离器(7)之间形成循环回路；
所述空气膨胀发电系统包括低温泵(9)，所述低温泵(9)一端连接所述液态空气储罐(8)，所述液态空气储罐(8)与低温泵(9)之间设有第一阀门(15.1)，低温泵(9)的另一端依次连接第三换热器(3.3)、第四换热器(3.4)、第一透平(10.1)，所述第一透平(10.1)通过第五换热器(3.5)连接第二透平(10.2)，所述第一透平(10.1)与第二透平(10.2)通过相同的转轴共同连接发电机(11)。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，其特征在于：还包括压缩集热系统，所述压缩集热系统包括第一蓄冷器(12.1)、第一蓄热器(13.1)，所述第一蓄冷器(12.1)的一端采用并联的方式分别通过第二阀门(15.2)和第三阀门(15.3)连接第一换热器(3.1)和第二换热器(3.2)，所述第一蓄冷器(12.1)的另一端通过并联的方式分别连接第四换热器(3.4)、第五换热器(3.5)；所述第一蓄热器(13.1)的一端通过并联的方式分别连接第一换热器(3.1)和第二换热器(3.2)，另一端通过并联的方式分别通过第四阀门(15.4)和第五阀门(15.5)连接第四换热器(3.4)和第五换热器(3.5)。
3.根据权利要求2所述的一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统，其特征在于：所述冷箱(4)一端依次通过第六阀门(15.6)、第二蓄冷器(12.2)连接第三换热器(3.3)，另一端依次通过第二蓄热器(13.2)、第七阀门(15.7)连接第三换热器(3.3)，使冷箱(4)与第三换热器(3.3)形成循环回路。
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