CN112780363A - 一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法 - Google Patents

一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法，包括燃煤发电机组和水下压缩空气储能系统；燃煤发电机组包括燃煤锅炉和汽轮机组，燃煤锅炉的再热器出口一路连接汽轮机中压缸，另一路与水下压缩空气储能调峰系统相连；水下压缩空气储能系统包括背压式汽轮机以及空气压缩机，空气压缩机通过压缩机侧油气换热器连接水下混凝土储气室，压缩机侧油气换热器连接冷油罐，压缩机侧油气换热器连接热油罐，水下混凝土储气室连接空气透平侧油气换热器，空气透平侧油气换热器连接热油罐，空气透平侧油气换热器连接冷油罐，空气透平侧油气换热器连接空气透平机。本发明实现空气压缩机排气压力和空气透平入口压力恒定，提高储能系统整体运行效率。

Description

一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及 方法
技术领域
本发明涉及热能综合利用技术领域，特别涉及一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法。
背景技术
我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。要实现这一目标可再生能源(风能、太阳能、水能、海洋能等)的大规模开发利用势在必行，但可再生能源存在能量密度低、间歇性、随机性等先天性缺陷，阻碍其高效、低成本和规模化开发利用。尤其是可再生能源电能的波动性会对电网造成较大冲击，降低电网的稳定性。建设大规模储能装置，提升电力系统运行灵活性及安全性，是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。
目前，实现商业化大规模储能技术有抽水蓄能和压缩空气储能。抽水蓄能具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期长等优点，是应用最为广泛的电能存储技术。但是，抽水储能电站需要建造上下两个水库和水坝，地理条件要求特殊，建设周期长，初期投资大，容易引发生态环境问题。压缩空气储能具有可靠性高、经济性好、对环境影响小等优点，有望成为抽水蓄能的补充技术。但大规模地下压缩空气储能仍受到地质条件约束较多，对地质条件有较为严苛的要求。并且通常将高压压缩空气存储在容积固定的岩洞、矿洞、盐穴以及人造刚性容器中。存储的压缩空气在释放时经过的减压过程造成大量
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损失。若不对压缩空气进行减压，会造成空气透平入口压力不断变化，使空气透平长时间工作在非额定工况，导致空气透平效率降低。
非定压存储的压缩空气也增加了压缩机和空气透平的研发成本和研发难度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法，通过燃煤发电机组与水下压缩空气储能系统的耦合，采用机组抽汽驱动的背压小汽轮机，带动水下压缩空气储能系统的空气压缩机运行，实现对机组抽汽热量的合理梯级利用，降低压缩空气储能系统厂用电率，实现空气压缩机排气压力和空气透平入口压力的恒定，提高储能系统整体运行效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，包括燃煤发电机组和水下压缩空气储能系统；
所述燃煤发电机组包括燃煤锅炉1和汽轮机组，燃煤锅炉1的再热器出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸3进汽，另一路与水下压缩空气储能调峰系统相连；
所述水下压缩空气储能系统包括背压式汽轮机7以及空气压缩机8，背压式汽轮机7驱动空气压缩机8，空气压缩机8的压缩空气出口连接压缩机侧油气换热器9，压缩机侧油气换热器9气侧出口连接水下混凝土储气室10，压缩机侧油气换热器9油侧入口连接冷油罐15，压缩机侧油气换热器9油侧出口连接热油罐14，所述水下混凝土储气室10气侧出口连接空气透平侧油气换热器11，空气透平侧油气换热器11油侧入口连接热油罐14，空气透平侧油气换热器11油侧出口连接冷油罐15，空气透平侧油气换热器11出口连接空气透平机12，空气透平机12驱动空气透平发电机13发电。
所述汽轮机组包括汽轮机高压缸2，汽轮机高压缸2的排汽口连接燃煤锅炉1的再热器进口，再热蒸汽出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸3的进汽口，另一路连接背压式汽轮机7的进汽口，汽轮机中压缸3的排汽口连接汽轮机低压缸4进汽口。
所述压缩机侧油气换热器9数量与空气压缩机8数量相同。
所述透平测油气换热器11数量与空气透平机12数量相同。
所述燃煤锅炉1再热器出口通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6与水下压缩空气储能调峰系统相连。
所述背压式汽轮机7的汽源来自燃煤锅炉1的再热蒸汽。
所述空气压缩机8为一级或多级，所述压缩机侧油气换热器9、空气透平侧油气换热器11为一级或多级。
一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统的运行方法，包括以下步骤；
当水下压缩空气储能系统储能模式运行时，打开热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6，燃煤锅炉1出口再热蒸汽一部分进入汽轮机中压缸3膨胀做功，一部分通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6进入背压式汽轮机7，带动空气压缩机8运转，背压式汽轮机7排汽用于对外工业供汽，空气压缩机8出口高压空气进入压缩机侧油气换热器9，经过来自冷油罐15的导热油换热冷却后，压缩空气存储于水下混凝土储气室10，完成水下压缩空气储能调峰系统空气压缩储能过程；
当水下压缩空气储能系统对外释能发电时，水下混凝土储气室10出口的压缩空气进入透平测油气换热器11，经过来自热油罐14的导热油换热加热后进入空气透平机12膨胀做功，驱动空气透平发电机13发电。完成水下压缩空气储能调峰系统空气释能发电过程。
本发明的有益效果：
本发明通过燃煤发电机组与水下压缩空气储能调峰系统的耦合，实现供热抽汽能量的合理梯级利用，降低了厂用电率。与常规空气储能系统相比，本发明利用热再蒸汽驱动背压式小汽轮机带动空气压缩机运转，有效降低了储能系统电耗。同时充分利用了水的静压特性来实现压缩空气的定压存储，维持压缩机排气压力恒定和空气透平机前压力恒定，使压缩机和空气透平始终工作在额定工况附近，在空气的压缩和膨胀过程中均具有较高的效率。提升了燃煤发电机组耦合水下压缩空气储能调峰系统的整体运行效率。
附图说明
图1为本发明的热力系统示意图。
其中：1-燃煤锅炉，2-汽轮机高压缸，3-汽轮机中压缸，4-汽轮机低压缸，5-汽轮机发电机，6-热再蒸汽至背压汽轮机截止阀，7-背压式汽轮机，8-空气压缩机，9-压缩机侧油气换热器，10-水下混凝土储气室，11-空气透平侧油气换热器，12-空气透平机，13-空气透平发电机，14-热油罐，15-冷油罐。
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。
参见图1，本发明背压式汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，包括燃煤发电机组和水下压缩空气储能系统。
燃煤发电机组包括燃煤锅炉1和汽轮机组，燃煤锅炉1的再热器出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸3进汽，另一路与水下压缩空气储能调峰系统相连，汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4驱动汽轮机发电机5发电；汽轮机组包括汽轮机高压缸2，汽轮机高压缸2的排汽口连接燃煤锅炉1的再热器进口，再热蒸汽出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸3的进汽口，另一路连接背压式汽轮机7的进汽口，汽轮机中压缸3的排汽口连接汽轮机低压缸4进汽口。燃煤锅炉1再热器出口通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6与水下压缩空气储能调峰系统相连。
水下压缩空气储能系统包括背压式汽轮机7以及空气压缩机8，背压式汽轮机7的汽源来自燃煤锅炉1的再热蒸汽；背压式汽轮机7驱动空气压缩机8，空气压缩机8的压缩空气出口连接压缩机侧油气换热器9，压缩机侧油气换热器9气侧出口连接水下混凝土储气室10，压缩机侧油气换热器9油侧入口连接冷油罐15，压缩机侧油气换热器9油侧出口连接热油罐14，水下混凝土储气室10气侧出口连接空气透平侧油气换热器11，空气透平侧油气换热器11油侧入口连接热油罐14，空气透平侧油气换热器11油侧出口连接冷油罐15，空气透平侧油气换热器11出口连接空气透平机12，空气透平机12驱动空气透平发电机13发电。压缩机侧油气换热器9数量与空气压缩机8数量相同。透平测油气换热器11数量与空气透平机12数量相同。
本发明的工作原理：
当水下压缩空气储能系统储能模式运行时，打开热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6，燃煤锅炉1出口再热蒸汽一部分进入汽轮机中压缸3膨胀做功，一部分通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀6进入背压式汽轮机7，带动空气压缩机8运转，背压式汽轮机7排汽用于对外工业供汽，空气压缩机8出口高压空气进入压缩机侧油气换热器9，经过来自冷油罐15的导热油换热冷却后，压缩空气存储于水下混凝土储气室10，完成水下压缩空气储能调峰系统空气压缩储能过程；
当水下压缩空气储能系统对外释能发电时，水下混凝土储气室10出口的压缩空气进入透平测油气换热器11，经过来自热油罐14的导热油换热加热后进入空气透平机12膨胀做功，驱动空气透平发电机13发电。完成水下压缩空气储能调峰系统空气释能发电过程。
所述空气压缩机8为一级或多级。
所述压缩机侧油气换热器9、空气透平侧油气换热器11为一级或多级。
压缩机侧油气换热器9数量与空气压缩机8数量相同。
透平测油气换热器11数量与空气透平机12数量相同。
本发明为一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，将燃煤发电机组与水下压缩空气储能系统相耦合，水下压缩空气储能系统空气压缩机采用背压式小汽轮机驱动，小汽轮机进汽汽源取自机组热再蒸汽，排汽用于对外工业供汽，实现了对抽汽能量的合理梯级利用。背压式小汽轮机驱动空气压缩机运转，完成水下压缩空气储能系统空气压缩过程，降低储能系统电耗。同时充分利用了水的静压特性来实现压缩空气的定压存储，维持压缩机排气压力恒定和空气透平机前压力恒定，使压缩机和空气透平始终工作在额定工况附近，在空气的压缩和膨胀过程中均具有较高的效率。提升了燃煤发电机组耦合水下压缩空气储能调峰系统的整体运行效率。

Claims (8)

1.一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，包括燃煤发电机组和水下压缩空气储能系统；
所述燃煤发电机组包括燃煤锅炉(1)和汽轮机组，燃煤锅炉(1)的再热器出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸(3)进汽，另一路与水下压缩空气储能调峰系统相连；
所述水下压缩空气储能系统包括背压式汽轮机(7)以及空气压缩机(8)，背压式汽轮机(7)驱动空气压缩机(8)，空气压缩机(8)的压缩空气出口连接压缩机侧油气换热器(9)，压缩机侧油气换热器(9)气侧出口连接水下混凝土储气室(10)，压缩机侧油气换热器(9)油侧入口连接冷油罐(15)，压缩机侧油气换热器(9)油侧出口连接热油罐(14)，所述水下混凝土储气室(10)气侧出口连接空气透平侧油气换热器(11)，空气透平侧油气换热器(11)油侧入口连接热油罐(14)，空气透平侧油气换热器(11)油侧出口连接冷油罐(15)，空气透平侧油气换热器(11)出口连接空气透平机(12)，所述空气透平机(12)驱动空气透平发电机(13)发电。
2.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述汽轮机组包括汽轮机高压缸(2)，汽轮机高压缸(2)的排汽口连接燃煤锅炉(1)的再热器进口，再热蒸汽出口分为两路，一路连接汽轮机中压缸(3)的进汽口，另一路连接背压式汽轮机(7)的进汽口，汽轮机中压缸(3)的排汽口连接汽轮机低压缸(4)进汽口。
3.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述压缩机侧油气换热器(9)数量与空气压缩机(8)数量相同。
4.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述透平测油气换热器(11)数量与空气透平机(12)数量相同。
5.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述燃煤锅炉(1)再热器出口通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀(6)与水下压缩空气储能调峰系统相连。
6.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述背压式汽轮机(7)的汽源来自燃煤锅炉(1)的再热蒸汽。
7.根据权利要求1所述的一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统，其特征在于，所述空气压缩机(8)为一级或多级，所述压缩机侧油气换热器(9)、空气透平侧油气换热器(11)为一级或多级。
8.一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤；
当水下压缩空气储能系统储能模式运行时，打开热再蒸汽至背压汽轮机截止阀(6)，燃煤锅炉(1)出口再热蒸汽一部分进入汽轮机中压缸(3)膨胀做功，一部分通过热再蒸汽至背压汽轮机截止阀(6)进入背压式汽轮机(7)，带动空气压缩机(8)运转，背压式汽轮机(7)排汽用于对外工业供汽，空气压缩机(8)出口高压空气进入压缩机侧油气换热器(9)，经过来自冷油罐(15)的导热油换热冷却后，压缩空气存储于水下混凝土储气室(10)，完成水下压缩空气储能调峰系统空气压缩储能过程；
当水下压缩空气储能系统对外释能发电时，水下混凝土储气室(10)出口的压缩空气进入透平测油气换热器(11)，经过来自热油罐(14)的导热油换热加热后进入空气透平机(12)膨胀做功，驱动空气透平发电机(13)发电，完成水下压缩空气储能调峰系统空气释能发电过程。
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