CN112412561B - 压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，它包括压缩空气储能系统充电过程控制和放电过程控制，所述充电过程控制时，环境空气被压缩并储存在空气储罐AST中；压缩机出口空气被空气冷却器冷却；冷凝泵出口水被送入两个低温空气冷却器LTC1和LTC2，并加热至火力发电厂控制系统回热加热器L1的出口温度；给水泵出口水分别供给压缩空气储能系统的高温空气冷却器HTC1和HTC2，以并入火力发电系统相应的回热加热器的出口；解决了现有技术的压缩空气储能系统在充放电过程中由于充电过程释放给储热工质的压缩热放热量大于放电过程储热工质释放给空气的吸热量造成了储热设备的热量损失等技术问题。

Description

压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法
技术领域
本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法。
背景技术
压缩空气储能系统在用电的低谷利用压缩机把空气加压到较高的压力后经过冷却存储到空气储罐中消耗电能，在用电高峰把储罐中的空气加热到一定温度后送入空气膨胀机发电向电网提供电能。压缩空气储能系统相对与其它储能技术具有机组容量大、单位功率投资低、设计寿命长等特点具有巨大的发展潜力。目前工业化运行的压缩空气储能机组属于非绝热压缩空气储能系统，需要在系统放电过程中由外界输入燃料把空气加热到一定的温度后送入空气膨胀机中进行做工，这种系统对环境有一定的污染。为了能提高系统效率并且取消外界燃料的供应，目前被广泛研究的是绝热压缩空气系统。绝热压缩空气储能系统不需要外界提供燃料，通过储热设备，充电过程的热量储存并用于加热放电过程的空气。为了能够提高绝热压缩空气储能系统的效率需要提高储热设备的储热温度，这对储热工质的选取造成了一定的困难，并且提高系统投资成本。在充放电过程中由于充电过程释放给储热工质的压缩热放热量大于放电过程储热工质释放给空气的吸热量造成了储热设备的热量损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，以解决现有技术的压缩空气储能系统在充放电过程中由于充电过程释放给储热工质的压缩热放热量大于放电过程储热工质释放给空气的吸热量造成了储热设备的热量损失等技术问题。
本发明技术方案：
一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，它包括压缩空气储能系统充电过程控制和放电过程控制，所述充电过程控制时，环境空气被压缩并储存在空气储罐AST中；压缩机出口空气被空气冷却器冷却；冷凝泵出口水被送入两个低温空气冷却器LTC1、LTC2，并加热至火力发电厂控制系统低压回热加热器L1的出口温度；给水泵出口水分别供给压缩空气储能系统的第一高温空气冷却器HTC1和第二高温空气冷却器HTC2，以并入火力发电系统相应的高压回热加热器的出口；供给第一高温空气冷却器HTC1的水被加热到火力发电厂控制系统第三高压回热加热器H3的出口水温；供至第二高温空气冷却器HTC2出口的水加热至火力发电厂控制系统第一高压回热加热器H1出口水温，调节阀RVA、RVB1和RVB2控制水的流量，使之能够被加热到足够的温度。
所述放电过程控制时，空气储罐AST中的高压空气被电磁节流至恒压，以推动三个空气涡轮工作；空气在进入空气涡轮机之前由相应的空气加热器加热，加热后的凝结水减压后送入凝汽器。
火力发电厂控制系统高压回热加热器H3作为作为压缩空气储能加热给水返回系统的位置。
加热给水返回系统的位置根据当地气象历史数据确定。
系统耦合时，在充电和放电过程中压缩机和膨胀机采用不同的级数。
所述充电过程时工作的元件包括一个电动机M、一个两级压缩机组LC和HC、两个高温空气冷却器HTC1、HTC2、两个低温空气冷却器LTC1、LTC2和一个储气罐AST。
所述放电过程时工作的元件包括三级空气膨胀机组HT、IT和LT、三个空气加热器AH1-3、节流阀TV和发电机G。
本发明的有益效果：
本发明带来的效果主要有如下几点：
1）由于取消了常规绝热压缩空气储能系统的储热和热交换工质部分能够降低系统投资20%左右，增加了压缩空气储能系统的市场竞争力。
2）系统的采用的都是成熟的技术，充电放电过程空气温度都低于400度，不需要进行额外的科研经费投入。
3）系统的循环效率为78.8%，比理想的绝热压缩空气储能最高效率高出8.8%，比在运行中的非绝热压缩空气储能电站（Mcintosh plant）的效率高25%。
4）压缩级数和膨胀级数不同的系统
系统耦合在充电和放电过程中压缩机和膨胀机采用了不同的级数，主要是为了保证在充电压缩过程中压缩机出口能够具有较高的空气温度使得能够在充电过程取代更多高参数的汽轮机抽汽，而在放电的膨胀过程中采用了三级膨胀，压比更低，保证能够利用更多的低参数抽汽，减少汽轮机组的冷源损失。这种不同的压缩和膨胀级数的设置在非耦合系统中是无法实现的。
5）系统的耦合方案
在压缩空气储能系统和火力发电系统的耦合中能够有多种的组合形式，本发明的耦合控制提出的组合形式能够有效的提高高参数抽汽的利用，大幅减少系统的热耗。而在放电过程中利用了参数较低的E6，增加系统的热耗较少。在整个充放电周期对于火电机组更节能。
解决了现有技术的压缩空气储能系统在充放电过程中由于充电过程释放给储热工质的压缩热放热量大于放电过程储热工质释放给空气的吸热量造成了储热设备的热量损失等技术问题。
附图说明
图1为本发明火力发电厂控制系统示意图；
图2为本发明压缩空气储能系统示意图。
具体实施方式
本发明耦合控制由两个主要子系统组成，即压缩空气储能系统和火力发电系统。如图1所示，典型的火力发电系统由一个锅炉、一个高压缸HP、一个中压缸IP和两个低压缸LP组成。再生系统包括八个汽轮机抽汽E1-E8，对应于三个高压回热加热器H1-H3、四个低压回热加热器L1-L4和一个除氧器DEA。
如图2所示压缩空气储能系统由充放电两部分组成。充电过程包括一个电动机M、一个两级压缩机组LC和HC、第一高温空气冷却器HTC1、第二高温空气冷却器HTC2、两个低温空气冷却器LTC1、LTC2和一个储气罐AST。在充电过程中，环境空气被压缩并储存在空气储罐AST中。压缩机出口空气被空气冷却器冷却到一定温度。一部分冷凝水也叫冷凝泵出口水被送入LTC1和LTC2，并加热至L1出口温度。部分给水也叫给水泵出口水分别供给HTC1和HTC2，供给HTC1的水被加热到H3的出口水温。供至HTC2出口的水加热至H1出口水温，调节阀RVA、RVB1和RVB2控制水的流量，使其能够被加热到足够的温度，以并入火力发电系统相应的回热加热器的出口。放电过程包括三级空气膨胀机组HT、IT和LT、三个空气加热器AH1-3、节流阀TV和发电机G。AST中的高压空气被电磁节流至恒压，以推动三个空气涡轮工作。空气在进入空气涡轮机之前由相应的空气加热器加热。汽轮机E6作为AH1-AH3的热源，加热后的凝结水减压后送入凝汽器。
需要注意的是，LC出口空气受环境温度的影响很大，环境温度的波动是不可避免的。我们选择H3出口作为压缩空气储能加热给水返回系统的位置，以确保HTC1加热给水可以在较宽的环境温度范围内并入火电机组。在实际系统设计中，CAES加热给水返回系统的位置H1、H2或H3出口应根据当地气象历史数据确定。

Claims (7)

1.一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：它包括压缩空气储能系统充电过程控制和放电过程控制，所述充电过程控制时，环境空气被压缩并储存在空气储罐（AST）中；压缩机出口空气被空气冷却器冷却；冷凝泵出口水被送入两个低温空气冷却器（LTC1、LTC2），并加热至火力发电厂控制系统低压回热加热器（L1）的出口温度；给水泵出口水分别供给压缩空气储能系统的第一高温空气冷却器（HTC1）和第二高温空气冷却器（HTC2），以并入火力发电系统相应的高压回热加热器的出口；供给第一高温空气冷却器（HTC1）的水被加热到火力发电厂控制系统第三高压回热加热器（H3）的出口水温；供至第二高温空气冷却器（HTC2）出口的水加热至火力发电厂控制系统第一高压回热加热器（H1）出口水温，调节阀（RVA、RVB1、RVB2）控制水的流量，使之能够被加热到足够的温度。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：所述放电过程控制时，空气储罐（AST）中的高压空气被电磁节流至恒压，以推动三个空气涡轮工作；空气在进入空气涡轮机之前由相应的空气加热器加热，加热后的凝结水减压后送入凝汽器。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：火力发电厂控制系统第三高压回热加热器（H3）作为压缩空气储能加热给水返回系统的位置。
4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：加热给水返回系统的位置根据当地气象历史数据确定。
5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：系统耦合时，在充电和放电过程中压缩机和膨胀机采用不同的级数。
6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：所述充电过程时工作的元件包括一个电动机（M）、一个两级压缩机组（LC、HC）、第一高温空气冷却器（HTC1）、第二高温空气冷却器（HTC2）、两个低温空气冷却器（LTC1、LTC2）和一个储气罐（AST）。
7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法，其特征在于：所述放电过程时工作的元件包括三级空气膨胀机组（HT、IT、LT）、三个空气加热器（AH1-AH3）、节流阀（TV）和发电机（G）。
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