CN113202582A - 压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩空气‑燃气再热型联合循环发电系统及方法。本发明的系统包括压缩空气储能模块、溴化锂制冷模块、燃气发电模块、高压空气透平机发电模块、低压空气透平发电模块、空气再热器、气气换热器模块，压缩空气储能模块连接储气装置，溴化锂制冷模块连接压缩空气储能模块用于冷却压缩热，燃气发电模块的燃气涡轮机排气连接气气换热器模块加热储气装置出来的压缩空气，高压空气透平发电模块连接所述的气气换热器模块用加热后的压缩空气做功发电，高压空气透平发电模块的排气通过空气再热器连接所述低压空气透平模块做功发电，所述低压空气透平发电模块的排气系统连接排放烟囱。本发明能够解决燃气轮机不能够提供储能功能、普通储能发电机组容量较低的问题。

Description

压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法
技术领域
本发明涉及一种压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法，属于压缩空气储能领域。
背景技术
目前随着新能源电力装机比例的不断上升，以及国内经济社会结构的不断变化，电网在发电端和用电端的运行方式都在发生的深刻变化，发电负荷和用电负荷都存在波动性、随机性和不可预测性，尤其是近年来电网白天和夜间用电负荷的峰谷差越来越大。目前夜间电网调峰单一依靠火电机组的情况愈加突出，这不仅降低了火电机组的利用率，造成发电煤耗增加，形成了极大的能源浪费，而且对调峰机组的寿命造成极大地伤害。
长期以来，电网在发电侧配备一定比例的燃气发电机组作为调峰调频使用，其快速启停的特点可以在白天为电网提供紧急电力备用。近年来，电力储能技术是解决上述问题的另一个重要技术方向，在电网削峰填谷、平抑可再生能源波动、提供紧急功率支撑等方面发挥了积极作用。压缩空气储能发电是大规模清洁物理储能领域的一个重要方向，目前我国国内正在快速发展过程中，国内已有多座非补燃式压缩空气储能电站正在建设过程中。
但是无论是燃气发电机组还是压宿空气储能发电机组，都有着一定的局限性。燃气轮机每天启停的运行方式只能在白天提供电力支撑，无法在夜间电网用电低谷期提供帮助。而几年来快速发展的压缩空气储能技术能够在夜间等电网用电低谷期从网上拉电，但是在白天等电网用电高峰期发电容量较低，一般不超过100MW，对电网的功率支撑不足。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法，利用天然气补燃技术，不仅可以为电网用电低谷期提供负向负荷支撑，在白天的发电容量能够达到200MW以上，远超储能时消耗的功率，在电网用电高峰期时顶峰发电能力更强。从而解决燃气轮机不能够提供储能功能、普通储能发电机组容量较低的问题。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，包括压缩空气储能模块、溴化锂制冷模块、燃气发电模块、高压空气透平机发电模块、低压空气透平发电模块、空气再热器、气气换热器模块，其特征在于：所述压缩空气储能模块连接储气装置，所述溴化锂制冷模块连接所述的压缩空气储能模块用于冷却压缩热，所述燃气发电模块的燃气涡轮机排气连接气气换热器模块和所述再热器模块用于加热储气装置出来的压缩空气以及进入所述再热器的压缩空气，所述高压空气透平发电模块连接所述的气气换热器模块用加热后的压缩空气做功发电，所述高压空气透平发电模块的排气通过空气再热器连接所述低压空气透平模块做功发电，所述低压空气透平发电模块的排气系统连接排放烟囱。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，所述压缩空气储能模块包括2-4段串联的空气储能压缩机，串联的空气储能压缩机的级间带有冷却器以冷却压缩热，其中低压段压缩机的入口空气来源于大气。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，所述溴化锂制冷模块包括溴化锂制冷机组、冷水罐、热水罐；所述冷水罐中冷水用冷水输送泵加压后进入级间冷却器冷，从级间冷却器出来的水进入热水罐中用以作为溴化锂制冷机组的热源。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，所述燃气发电模块包括燃气涡轮机、燃气轮机压缩机、燃气发电机和燃烧器，其中燃气涡轮机、燃气轮机压缩机和燃气发电机同轴布置，所述燃烧器的空气取自于大气，所述涡轮机排气进入气气换热器加热储气装置出来的压缩空气。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，所述高压空气透平机发电模块包括高压空气透平机和空气发电机、所述低压空气透平发电模块包括低压空气透平机和发电机；所述高压空气透平机和低压空气透平机共轴布置或者采用分轴布置，所述储气装置出口经过气气换热器模块连接所述高压空气透平机，所述高压空气透平机的排气口经过空气再热器连接所述低压空气透平机，所述低压空气透平机的排气口连接排放烟囱。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，所述空气再热器的换热介质入口连接所述气气换热器的排气口。
用上述压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统进行压缩空气-燃气再热型联合循环发电的方法，该方法为：
（1）压缩空气储能模块经过2-4级对空气的压缩，使得末端压缩机出口压缩空气压力6-14MPa，并通过级间冷却器的冷却使得压缩空气温度不高于50℃，进入储气装置存储；
（2）储气装置出口的压缩空气流量为600-1800t/h，压力为6-14MPa，温度30-50℃，输送至高压空气透平机发电模块的过程中经过3-5级气气换热器吸收涡轮机排气热量后，温度升高至300-550℃进入高压空气透平机做功，空气压力降至0.8-2.2MPa、温度降至100-200℃后，进入空气再热器吸热后温度升至300-550℃，后进入低压空气透平机继续膨胀做功，压力降至大气压、温度降至100℃以下后通过排放烟囱排出；
（3）燃气轮机压缩机的入口空气取自大气，流量为800-2000t/h，燃气轮机压缩机出口压力1.0-3.0 MPa，温度300-400℃，燃烧室补燃天然气流量为10-30t/h，燃烧室出口燃气温度1000-1500℃，燃气轮机输出做功50-300MW，涡轮机排气排气温度500-650℃，燃气涡轮机排气进入气气换热器模块和空气再热器加热储气装置出来的压缩空气以及高压空气透平出来的压缩空气。
有益效果：
本发明采用压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电，主要包括压缩空气储能模块、热媒水模块、溴化锂制冷模块、燃气发电模块、空气透平机发电模块、气气换热器模块、空气再热器和阀门等附属部件。在夜间电网用电低谷期时，从电网中拉电带动压缩机模块将空气储存在储气装置中，并用循环热媒水进行换热与储热，热媒水用作溴化锂制冷机组的热源。在白天等电网用电高峰期时燃气轮机模块发电，燃气轮机做完功的乏气在气气换热器模块中加热从储气装置中排出的压缩空气，从而使压缩空气成为高温、高压气体，具备膨胀做工能力从而进入空气透平机中发电。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图中1、储气装置；2、空气储能压缩机；3、冷却器；4、溴化锂制冷机组；5、冷水罐；6、热水罐；7、燃气涡轮机；8、燃气轮机压缩机；9、燃气发电机；10、燃烧器；12、空气发电机；11-1、高压空气透平机；11-2低压空气透平机；13、气气换热器；14、空气再热器。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示：本实施例的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，包括压缩空气储能模块、溴化锂制冷模块、燃气发电模块、高压空气透平机发电模块、低压空气透平发电模块、空气再热器14、气气换热器模块，其特征在于：所述压缩空气储能模块连接储气装置1，所述溴化锂制冷模块连接所述的压缩空气储能模块用于冷却压缩热，所述燃气发电模块的燃气涡轮机排气连接气气换热器模块和所述再热器模块用于加热储气装置出来的压缩空气以及进入所述再热器的压缩空气，所述高压空气透平发电模块连接所述的气气换热器模块用加热后的压缩空气做功发电，所述高压空气透平发电模块的排气通过空气再热器连接所述低压空气透平模块做功发电，所述低压空气透平发电模块的排气系统连接排放烟囱。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，所述压缩空气储能模块包括2-4段串联的空气储能压缩机2，串联压缩机的级间带有冷却器3以冷却压缩热，其中低压段缩机的入口空气来源于大气。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，压缩储能过程压缩空气流量大于20万m3/h，压缩时间持续6-8小时，级间冷却采用循环热媒水水进行冷却，最末端压缩机出口压缩空气压力6-10MPa，温度不高于50℃，进入储气装置存储。。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，所述溴化锂制冷模块包括溴化锂制冷机组4，冷水罐5和热水罐6；所述冷水罐中冷水用冷水输送泵加压后进入级间冷却器冷却各段压缩机出口的空气，冷水被加热成75-95℃的热水后储存在热水罐中用以作为溴化锂制冷机组的热源，制冷时用热水输送泵送入溴化锂制冷机组，从溴化锂制冷机组放热后，热媒水进入冷水罐储存备用。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，所述燃气发电模块包括燃气涡轮机7、燃气轮机压缩机8、燃气发电机9和燃烧器10，其中燃气涡轮机、压缩机和燃气发电机同轴布置，燃气轮机压缩机的入口空气取自大气，流量为800-2000t/h，燃气轮机压缩机出口压力1.0-3.0 MPa，温度300-400℃，燃烧室补燃天然气流量为10-30t/h，燃烧室出口燃气温度1000-1500℃，燃气轮机输出做功50-300MW，涡轮机排气压力略高于大气压，排气温度500-650℃，燃气涡轮机排气进入气气换热器模块和空气再热器加热储气装置出来的压缩空气以及高压空气透平出来的压缩空气。
所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，述高压空气透平机发电模块包括高压空气透平机11-1和空气发电机12、所述低压空气透平发电模块包括低压空气透平机11-2和发电机12；所述高压空气透平机和低压空气透平机共轴布置或者采用分轴布置，所述储气装置出口经过气气换热器模块连接所述高压空气透平机，所述高压空气透平机的排气口经过空气再热器连接所述低压空气透平机，所述低压空气透平机的排气口连接排放烟囱。
储气装置出口至空气透平的空气流量为600-1800t/h，压力为6-14MPa，温度30-50℃，经过3-5级气气换热器吸收涡轮机排气热量后，温度升高至300-550℃进入高压空气透平缸做功，高温高压空气压力降至0.8-2.2MPa、温度降至100-200℃后，进入空气再热器吸热后温度升至300-550℃，后进入低压空气透平缸继续膨胀做功，压力降至略高于大气压、温度降至100℃以下后排入大气。空气透平发电功率可为100-300MW。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成 的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (7)

1.一种压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，包括压缩空气储能模块、溴化锂制冷模块、燃气发电模块、高压空气透平机发电模块、低压空气透平发电模块、空气再热器、气气换热器模块，其特征在于：所述压缩空气储能模块连接储气装置，所述溴化锂制冷模块连接所述的压缩空气储能模块用于冷却压缩热，所述燃气发电模块的燃气涡轮机排气连接气气换热器模块和所述再热器模块用于加热储气装置出来的压缩空气以及进入所述再热器的压缩空气，所述高压空气透平发电模块连接所述的气气换热器模块用加热后的压缩空气做功发电，所述高压空气透平发电模块的排气通过空气再热器连接所述低压空气透平模块做功发电，所述低压空气透平发电模块的排气系统连接排放烟囱。
2.根据权利要求1所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，其特征在于：所述压缩空气储能模块包括2-4段串联的空气储能压缩机，串联的空气储能压缩机的级间带有冷却器以冷却压缩热，其中低压段空气储能压缩机的入口空气来源于大气。
3.根据权利要求1所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，其特征在于：所述溴化锂制冷模块包括溴化锂制冷机组、冷水罐、热水罐；所述冷水罐中冷水用冷水输送泵加压后进入级间冷却器冷，从级间冷却器出来的水进入热水罐中用以作为溴化锂制冷机组的热源。
4.根据权利要求1所述的压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统，其特征在于：所述燃气发电模块包括燃气涡轮机、燃气轮机压缩机、燃气发电机和燃烧器，其中燃气涡轮机、燃气轮机压缩机和燃气发电机同轴布置，所述燃烧器的空气取自于大气，所述燃气涡轮机排气进入气气换热器加热储气装置出来的压缩空气。
5.根据权利要求1所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述高压空气透平机发电模块包括高压空气透平机和空气发电机、所述低压空气透平发电模块包括低压空气透平机和发电机；所述高压空气透平机和低压空气透平机共轴布置或者采用分轴布置，所述储气装置出口经过气气换热器模块连接所述高压空气透平机，所述高压空气透平机的排气口经过空气再热器连接所述低压空气透平机，所述低压空气透平机的排气口连接排放烟囱。
6.根据权利要求1所述的压缩空气-燃气再热型联合循环压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述空气再热器的换热介质入口连接所述燃气涡轮机排气口。
7.一种用上述压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统进行压缩空气-燃气再热型联合循环发电的方法，其特征在于：该方法为：
（1）压缩空气储能模块经过2-4级对空气的压缩，使得末端压缩机出口压缩空气压力6-14MPa，并通过级间冷却器的冷却使得压缩空气温度不高于50℃，进入储气装置存储；
（2）储气装置出口的压缩空气流量为600-1800t/h，压力为6-14MPa，温度30-50℃，输送至高压空气透平机发电模块的过程中经过3-5级气气换热器吸收燃气涡轮机排气热量后，温度升高至300-550℃进入高压空气透平机做功，空气压力降至0.8-2.2MPa、温度降至100-200℃后，进入空气再热器吸热后温度升至300-550℃，后进入低压空气透平机继续膨胀做功，压力降至大气压、温度降至100℃以下后通过排放烟囱排放；
（3）燃气轮机压缩机的入口空气取自大气，流量为800-2000t/h，燃气轮机压缩机出口压力1.0-3.0 MPa，温度300-400℃，燃烧室补燃天然气流量为10-30t/h，燃烧室出口燃气温度1000-1500℃，燃气轮机输出做功50-300MW，涡轮机排气排气温度500-650℃，燃气涡轮机排气进入气气换热器模块和空气再热器加热储气装置出来的压缩空气以及高压空气透平出来的压缩空气。
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