CN113982893A - 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法 - Google Patents

可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113982893A
CN113982893A CN202111250915.4A CN202111250915A CN113982893A CN 113982893 A CN113982893 A CN 113982893A CN 202111250915 A CN202111250915 A CN 202111250915A CN 113982893 A CN113982893 A CN 113982893A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
heat
working medium
turbine
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111250915.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113982893B (zh
Inventor
谢永慧
黄丞明
孙磊
张荻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111250915.4A priority Critical patent/CN113982893B/zh
Publication of CN113982893A publication Critical patent/CN113982893A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113982893B publication Critical patent/CN113982893B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/14—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having both steam accumulator and heater, e.g. superheating accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0003—Exclusively-fluid systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法，所述系统包括压气机、第一换热器、第一储热罐、第二换热器、第二储热罐、储气罐、第三换热器、透平和燃烧器；其中，压气机与第一换热器、第二换热器的第一进口相连通；第一换热器的第一出口与储气罐的进口相连通；储气罐的出口和第二换热器的第一出口与第三换热器的第一进口相连通；第三换热器的第一出口与透平的进口相连通；透平用于驱动发电机发电；透平的出口与压气机的进口相连通；第一储热罐和第二储热罐用于储能；燃烧器用于提供高温燃气。本发明的燃气轮机循环系统，可以提升燃料适应性，并实现能量的综合利用和调峰储能功能。

Description

可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法
技术领域
本发明属于储能技术领域，涉及燃气轮机循环系统领域，特别涉及一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法。
背景技术
燃气轮机具有质量轻、体积小、功率大、启动快、热效率高、可靠性高和寿命长等优点，对保护国防与能源安全、改善能源结构和实现环境可持续发展具有重要意义。
现有的常规燃气轮机循环尚存在一些不足，具体包括：
1)对燃料清洁度要求较高，适应性低；
2)只能依赖于外界输入热量，而无法对外输出冷量实现能量的综合利用；
3)只能在用电高峰时提供电力支撑，无法在用电低谷时进行储能，帮助电网调峰。
基于上述分析，亟需开发一种新型的燃气轮机循环系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的燃气轮机循环系统，可以提升燃料适应性，并实现能量的综合利用和调峰储能功能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，包括：压气机、第一换热器、第一储热罐、第二换热器、第二储热罐、储气罐、第三换热器、透平和燃烧器；
其中，所述压气机的第一出口与所述第一换热器的第一进口相连通，所述压气机的第二出口与所述第二换热器的第一进口相连通；所述第一换热器的第一出口与所述储气罐的进口相连通；所述储气罐的出口和所述第二换热器的第一出口均通过第一连通管道与所述第三换热器的第一进口相连通；所述第三换热器的第一出口与所述透平的进口相连通；所述透平用于驱动发电机发电；所述透平的出口与所述压气机的进口相连通；
所述第一储热罐的进口与所述第一换热器的第二出口相连通，所述第一储热罐的出口与所述第一换热器的第二进口相连通；所述第二储热罐的进口与所述第二换热器的第二出口相连通，所述第二储热罐的出口与所述第二换热器的第二进口相连通；
所述燃烧器的进口用于通入燃料和空气，所述燃烧器的出口与所述第三换热器的第二进口相连通。
本发明的进一步改进在于，所述储气罐的出口和所述第二换热器的第一出口还通过第二连通管道与所述第三换热器的第一进口相连通；其中，所述第一连通管道上设置有第一控制阀，所述第二连通管道上设置有第二控制阀。
本发明的进一步改进在于，还包括：第一预热换热器模块，用于通过所述透平的排气对通入所述燃烧器的空气进行预热，将预热后的空气输入所述燃烧器，将换热后的排气输入所述压气机；第二预热换热器模块，用于将所述透平的排气预热后输入所述压气机。
本发明的进一步改进在于，所述第一预热换热器模块包括：第四换热器和第五换热器；
所述透平的出口经第三连通管道依次与所述第四换热器的热流通道、所述第五换热器的热流通道、所述压气机的进口相连通；
所述第五换热器的冷流通道经所述第四换热器的冷流通道与所述燃烧器的空气入口相连通。
本发明的进一步改进在于，所述第二预热换热器模块包括：第六换热器和第七换热器；
所述透平的出口经第四连通管道依次与所述第六换热器的冷流通道、所述第七换热器的冷流通道、所述压气机的进口相连通；
其中，所述第三连通管道设置有第三控制阀，第四连通管道设置有第四控制阀。
本发明的进一步改进在于，还包括：第八换热器；
所述压气机的进口经所述第八换热器分别与所述第七换热器的冷流通道及所述第五换热器的热流通道相连通。
本发明的进一步改进在于，还包括：发电机，用于在所述透平的驱动下发电。
本发明的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的操作方法，包括以下步骤：
(1)使用外界燃料对工质进行加热时：
当用户处于用电低谷时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质一部分进入第一换热器，热量存储于第一储热罐，冷却后的工质进入储气罐储存；增压后的工质另一部分进入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的热源；
当用户处于用电高峰时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，储存于储气罐中的工质排入第三换热器进行换热；升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的热源；
(2)不使用外界燃料对工质进行加热时：
当用户处于用电低谷时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质一部分进入第一换热器，热量存储于第一储热罐，冷却后的工质进入储气罐储存；增压后的工质另一部分进入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的冷源；
当用户处于用电高峰时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，储存于储气罐中的工质排入第三换热器进行换热；升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的冷源。
其中，使用外界燃料对工质进行加热时，压气机压比为2～6，透平进口温度为600℃～1000℃；不使用外界燃料对工质进行加热时，压气机压比为2～6，透平进口温度为25℃～30℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，可以提升燃料适应性，并实现能量的综合利用和调峰储能功能。具体的，本发明通过采用闭式燃气轮机循环，将燃料燃烧与工质换热分离，燃料在燃烧器中燃烧后产生高温燃气再进入换热器中加热工质，由此对燃料的清洁度要求降低，使得燃料的选用多样化，提升了燃料的适应性。本发明通过利用储气罐，在用电低谷时将部分高压空气存储起来，在用电高峰时使用存储的高压空气增加系统出力，实现调峰储能功能。
本发明通过耦合制冷循环，当不使用燃料对工质加热时使用制冷循环，可为外界系统提供冷量，实现能量的综合利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的示意图；
图1中，1、压气机；2、第一换热器；3、第一储热罐；4、第二换热器；5、第二储热罐；6、储气罐；7、第三换热器；8、透平；9、发电机；10、第四换热器；11、第五换热器；12、燃烧器；13、第六换热器；14、第七换热器；15、第八换热器；
16、第一控制阀；17、第二控制阀；18、第三控制阀；19、第四控制阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
请参阅图1所述，本发明实施例公开的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，包括：压气机1、第一换热器2、第一储热罐3、第二换热器4、第二储热罐5、储气罐6、第三换热器7、透平8、发电机9、第四换热器10、第五换热器11、燃烧器12、第六换热器13、第七换热器14、第八换热器15、第一控制阀16、第二控制阀17、第三控制阀18和第四控制阀19。
具体的，本发明实施例的可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统包括闭式燃气轮机循环子系统、储能子系统、制冷循环子系统以及燃烧供热子系统。
本发明实施例中，所述闭式燃气轮机循环子系统由压气机1、第二换热器4、第二储热罐5、第三换热器7、透平8、发电机9、第四换热器10、第五换热器11、第八换热器15、第一控制阀16和第三控制阀18组成。其中，压气机1的第一出口与第二换热器4(解释性的，第二换热器的第一进口与第一出口相连通，为热流通道)的第一进口相连，第二换热器4(解释性的，第二换热器的第二进口与第二出口相连通，为冷流通道)的第二进口与第二储热罐5的出口相连，第二换热器4的第二出口与第二储热罐5的进口相连，第二换热器4的第一出口与第一控制阀16的进口相连，第一控制阀16的出口与第三换热器7的第一进口相连，第三换热器7(解释性的，第三换热器的第一进口与第一出口相连通，第二进口与第二出口相连通)的第一出口与透平8的进口相连，透平8的主轴与发电机9相连，以驱动其发电，透平8的出口与第三控制阀18的进口相连，第三控制阀18的出口与第四换热器10(解释性的，第四换热器的第一进口与第一出口相连通，第二进口与第二出口相连通)的第一进口相连，第四换热器10的第一出口与第五换热器11(解释性的，第五换热器的第一进口与第一出口相连通，第二进口与第二出口相连通)的第一进口相连，第五换热器11的第一出口与第八换热器15的进口相连，第八换热器15的出口与压气机1的进口相连。
本发明实施例中的第二储热罐5所储存的热量可用于外界用户供热，提高系统热量利用的多样性。
本发明实施例中，储能子系统由压气机1、第一换热器2、第一储热罐3和储气罐6组成。其中，压气机1的第二出口与第一换热器2(解释性的，第一换热器的第一进口与第一出口相连通，第二进口与第二出口相连通)的第一进口相连，第一换热器2的第二进口与第一储热罐3的出口相连，第一换热器2的第二出口与储热罐3的进口相连，第一换热器2的第一出口与储气罐6的进口相连。
本发明实施例中的第一储热罐3所储存的热量可用于外界用户供热，提高系统热量利用的多样性。
本发明实施例中，制冷循环子系统由压气机1、第二换热器4、第二储热罐5、透平8、发电机9、第六换热器13、第七换热器14、第八换热器15、第二控制阀17和第四控制阀19组成。其中，压气机1的第一出口与第二换热器4的第一进口相连，第二换热器4的第二进口与第二储热罐5的出口相连，第二换热器4的第二出口与第二储热罐5的进口相连，第二换热器4的第一出口与第二控制阀17的进口相连，第二控制阀17的出口与透平8的进口相连，透平8的主轴与发电机9相连，以驱动其发电，透平8的出口与第四控制阀19的进口相连，第四控制阀19的出口与第六换热器13的第一进口相连，第六换热器13的第一出口与第七换热器14的第一进口相连，第七换热器14的第一出口与第八换热器15的进口相连，第八换热器15的出口与压气机1的进口相连。作为解释性的，其中所有换热器的第一进口与第一出口相连通，第二进口与第二出口相连通。
本发明实施例中，燃烧子系统由第四换热器10、第五换热器11、燃烧器12和第三换热器7组成。第五换热器11的第二进口与大气相连，第五换热器11的第二出口与第四换热器10的第二进口相连，第四换热器10的第二出口与燃烧器12的第一进口相连，燃烧器12的第二进口与外界相连，燃烧器12的出口与第二换热器7的第二进口相连。
本发明实施例提供的可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，可以提升燃料适应性，并实现能量的综合利用和调峰储能功能。具体的，本发明通过采用闭式燃气轮机循环，将燃料燃烧与工质换热分离，燃料在燃烧器中燃烧后产生高温燃气再进入换热器中加热工质，由此对燃料的清洁度要求降低，使得燃料的选用多样化，提升了燃料的适应性；本发明通过耦合制冷循环，当不使用燃料对工质加热时使用制冷循环，为外界系统提供冷量，实现能量的综合利用；本发明通过利用储气罐，在用电低谷时将部分高压空气存储起来，在用电高峰时使用存储的高压空气增加系统出力，实现调峰储能功能。
本发明实施例的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的工作流程，包括以下步骤：
初始状态下，所有控制阀为关闭状态。
当系统使用外界燃料对工质进行加热时，打开第一控制阀16和第三控制阀18。
当用户处于用电低谷时，由第八换热器15排出的常压工质进入压气机1中进行增压，增压后的工质部分进入第一换热器2，将部分热量存储于第一储热罐3，冷却后的工质进入储气罐6储存，部分进入第二换热器4，并将部分热量存储于第二储热罐4，冷却后的工质进入第三换热器7，与来自燃烧器12的高温燃气进行换热，升温后的工质进入透平8膨胀做功，透平8的主轴与发电机9相连，驱动其发电。透平8出口后的工质依次经过第四换热器10和第五换热器11进行换热，该部分热量用于预热提供给燃料燃烧的空气，空气经加热后进入燃烧器12与燃料混合燃烧，燃烧升温后的高温燃气进入第三换热器7中充当热源，而经第四换热器10和第五换热器11冷却后的工质进入第八换热器15进一步冷却，接着进入压气机1，完成闭式燃气轮机循环与储能过程。
当用户处于用电高峰时，由第八换热器15排出的常压工质进入压气机1中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器4，并将部分热量存储于第二储热罐4，冷却后的工质进入第三换热器7，与来自燃烧器12的高温燃气进行换热。与此同时，储存于储气罐6中的工质也排入第三换热器7进行换热。升温后的两部分工质进入透平8膨胀做功，透平8的主轴与发电机9相连，驱动其发电，由此工质流量增大，从而增加了系统出力，实现削峰填谷的功能。透平8出口后的工质依次经过第四换热器10和第五换热器11进行换热，该部分热量用于预热提供给燃料燃烧的空气，空气经加热后进入燃烧器12与燃料混合燃烧，燃烧升温后的高温燃气进入第三换热器7中充当热源，而经第四换热器10和第五换热器11冷却后的工质进入第八换热器15进一步冷却，接着进入压气机1，完成闭式燃气轮机循环与释能过程。
当系统不使用外界燃料对工质进行加热时，关闭第一控制阀16和第三控制阀18，打开第二控制阀17和第四控制阀19。
当用户处于用电低谷时，由第八换热器15排出的常压工质进入压气机1中进行增压，增压后的工质部分进入第一换热器2，将部分热量存储于第一储热罐3，冷却后的工质进入储气罐6储存，部分进入第二换热器4，并将部分热量存储于第二储热罐4，冷却后的工质进入透平8膨胀做功，透平8的主轴与发电机9相连，驱动其发电。透平8出口后的工质依次经过第六换热器13和第七换热器14进行换热，充当外界系统的冷源，经加热后的工质进入第八换热器15进一步加热，接着进入压气机1，完成制冷循环与储能过程。
当用户处于用电高峰时，由第八换热器15排出的常压工质进入压气机1中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器4，并将部分热量存储于第二储热罐4，冷却后的工质进入同储存于储气罐6中的工质一起进入透平8膨胀做功，透平8的主轴与发电机9相连，驱动其发电，由此工质流量增大，从而增加了系统出力，实现削峰填谷的功能。透平8出口后的工质依次经过第六换热器13和第七换热器14进行换热，充当外界系统的冷源，经加热后的工质进入第八换热器15进一步加热，接着进入压气机1，完成制冷循环与释能过程。
本发明实施例可选的，储能过程中进入储气罐6中储存的空气量应视电网负荷而定，当电网负荷降低时，储气量可相应提高，当电网负荷提高时，储气量可相应降低。
本发明实施例可选的，制冷循环过程中透平出口的换热器数量与温度范围可根据用户需求进行选取，实现冷量利用的最优化。
本发明实施例优选的，采用微型燃气轮机循环，存储的压力和温度等级低，储气罐等设备的成本降低，系统经济性得到提高。
本发明实施例优选的，可根据不同的应用场景选配不同等级的储气罐，适应储能需求，提升系统灵活性。
本发明中，考虑到经济性，采用闭式燃气轮机循环时，系统的主要循环参数可取值如下：压气机压比为2～6，透平进口温度为600℃～1000℃，在给定参数范围下，系统储能效率为30％～45％左右；
本发明中，考虑到经济性，采用制冷循环时，系统的主要循环参数可取值如下：压气机压比为2～6，透平进口温度为25℃～30℃左右，在给定参数范围下，系统储能效率为50％～60％左右。
综上所述，本发明提出了一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及方法，可以提升燃料适应性，并实现能量的综合利用和调峰储能功能。具体的，本发明通过采用闭式燃气轮机循环，将燃料燃烧与工质换热分离，燃料在燃烧器中燃烧后产生高温燃气再进入换热器中加热工质，由此对燃料的清洁度要求降低，使得燃料的选用多样化，提升了燃料的适应性；本发明通过耦合制冷循环，当不使用燃料对工质加热时使用制冷循环，为外界系统提供冷量，实现能量的综合利用；本发明通过利用储气罐，在用电低谷时将部分高压空气存储起来，在用电高峰时使用存储的高压空气增加系统出力，实现调峰储能功能。本发明中，采用微型燃气轮机循环，存储的压力和温度等级低，储气罐等设备的成本降低，系统经济性得到提高；本发明中，可根据不同的应用场景选配不同等级的储气罐，适应储能需求，提升系统灵活性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，包括：压气机(1)、第一换热器(2)、第一储热罐(3)、第二换热器(4)、第二储热罐(5)、储气罐(6)、第三换热器(7)、透平(8)和燃烧器(12)；
其中，所述压气机(1)的第一出口与所述第一换热器(2)的第一进口相连通，所述压气机(1)的第二出口与所述第二换热器(4)的第一进口相连通；所述第一换热器(2)的第一出口与所述储气罐(6)的进口相连通；所述储气罐(6)的出口和所述第二换热器(4)的第一出口均通过第一连通管道与所述第三换热器(7)的第一进口相连通；所述第三换热器(7)的第一出口与所述透平(8)的进口相连通；所述透平(8)用于驱动发电机(9)发电，所述透平(8)的排气用于作为热源或冷源；所述透平(8)的出口与所述压气机(1)的进口相连通；
所述第一储热罐(3)的进口与所述第一换热器(2)的第二出口相连通，所述第一储热罐(3)的出口与所述第一换热器(2)的第二进口相连通；所述第二储热罐(5)的进口与所述第二换热器(4)的第二出口相连通，所述第二储热罐(5)的出口与所述第二换热器(4)的第二进口相连通；
所述燃烧器(12)的进口用于通入燃料和空气，所述燃烧器(12)的出口与所述第三换热器(7)的第二进口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，
所述储气罐(6)的出口和所述第二换热器(4)的第一出口还通过第二连通管道与所述第三换热器(7)的第一进口相连通；
其中，所述第一连通管道上设置有第一控制阀(16)，所述第二连通管道上设置有第二控制阀(17)。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，还包括：
第一预热换热器模块，用于通过所述透平(8)的排气对通入所述燃烧器(12)的空气进行预热，将预热后的空气输入所述燃烧器(12)，将换热后的排气输入所述压气机(1)；
第二预热换热器模块，用于将所述透平(8)的排气预热后输入所述压气机(1)。
4.根据权利要求3所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，所述第一预热换热器模块包括：第四换热器(10)和第五换热器(11)；
所述透平(8)的出口经第三连通管道依次与所述第四换热器(10)的热流通道、所述第五换热器(11)的热流通道、所述压气机(1)的进口相连通；
所述第五换热器(11)的冷流通道经所述第四换热器(10)的冷流通道与所述燃烧器(12)的空气入口相连通。
5.根据权利要求4所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，所述第二预热换热器模块包括：第六换热器(13)和第七换热器(14)；
所述透平(8)的出口经第四连通管道依次与所述第六换热器(13)的冷流通道、所述第七换热器(14)的冷流通道、所述压气机(1)的进口相连通；
其中，所述第三连通管道设置有第三控制阀(18)，第四连通管道设置有第四控制阀(19)。
6.根据权利要求5所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，还包括：第八换热器(15)；
所述压气机(1)的进口经所述第八换热器(15)分别与所述第七换热器(14)的冷流通道及所述第五换热器(11)的热流通道相连通。
7.根据权利要求1所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统，其特征在于，还包括：
发电机(9)，用于在所述透平(8)的驱动下发电。
8.一种权利要求1所述的可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用外界燃料对工质进行加热时：
当用户处于用电低谷时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质一部分进入第一换热器，热量存储于第一储热罐，冷却后的工质进入储气罐储存；增压后的工质另一部分进入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的热源；
当用户处于用电高峰时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，储存于储气罐中的工质排入第三换热器进行换热；升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的热源；
(2)不使用外界燃料对工质进行加热时：
当用户处于用电低谷时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质一部分进入第一换热器，热量存储于第一储热罐，冷却后的工质进入储气罐储存；增压后的工质另一部分进入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的冷源；
当用户处于用电高峰时，常压工质进入压气机中进行增压，增压后的工质全部排入第二换热器，热量存储于第二储热罐，冷却后的工质进入第三换热器，与来自燃烧器的燃气进行换热，储存于储气罐中的工质排入第三换热器进行换热；升温后的工质进入透平膨胀做功，用于驱动发电机发电；其中，所述透平的出口排出的工质用于充当外界系统的冷源。
9.根据权利要求8所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的操作方法，其特征在于，使用外界燃料对工质进行加热时，压气机压比为2～6，透平进口温度为600℃～1000℃。
10.根据权利要求8所述的一种可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统的操作方法，其特征在于，不使用外界燃料对工质进行加热时，压气机压比为2～6，透平进口温度为25℃～30℃。
CN202111250915.4A 2021-10-26 2021-10-26 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法 Active CN113982893B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111250915.4A CN113982893B (zh) 2021-10-26 2021-10-26 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111250915.4A CN113982893B (zh) 2021-10-26 2021-10-26 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113982893A true CN113982893A (zh) 2022-01-28
CN113982893B CN113982893B (zh) 2022-10-25

Family

ID=79741993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111250915.4A Active CN113982893B (zh) 2021-10-26 2021-10-26 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113982893B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55142916A (en) * 1979-04-25 1980-11-07 Toshiba Corp Recovery device of waste heat from electrical equipment
US5379589A (en) * 1991-06-17 1995-01-10 Electric Power Research Institute, Inc. Power plant utilizing compressed air energy storage and saturation
CN104675680A (zh) * 2014-12-16 2015-06-03 西安交通大学 一种冷热电联供的压缩空气储能系统
CN108779711A (zh) * 2016-03-10 2018-11-09 株式会社神户制钢所 压缩空气贮藏发电装置
CN109826708A (zh) * 2018-12-29 2019-05-31 东莞理工学院 一种先进分布式多联供的压缩空气储能系统及应用方法
CN111396162A (zh) * 2020-04-20 2020-07-10 贵州电网有限责任公司 一种高效率的先进压缩空气储能系统及方法
CN112254561A (zh) * 2020-10-19 2021-01-22 中国科学院理化技术研究所 利用lng冷能和燃气调峰发电余热的液态空气储能系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55142916A (en) * 1979-04-25 1980-11-07 Toshiba Corp Recovery device of waste heat from electrical equipment
US5379589A (en) * 1991-06-17 1995-01-10 Electric Power Research Institute, Inc. Power plant utilizing compressed air energy storage and saturation
CN104675680A (zh) * 2014-12-16 2015-06-03 西安交通大学 一种冷热电联供的压缩空气储能系统
CN108779711A (zh) * 2016-03-10 2018-11-09 株式会社神户制钢所 压缩空气贮藏发电装置
CN109826708A (zh) * 2018-12-29 2019-05-31 东莞理工学院 一种先进分布式多联供的压缩空气储能系统及应用方法
CN111396162A (zh) * 2020-04-20 2020-07-10 贵州电网有限责任公司 一种高效率的先进压缩空气储能系统及方法
CN112254561A (zh) * 2020-10-19 2021-01-22 中国科学院理化技术研究所 利用lng冷能和燃气调峰发电余热的液态空气储能系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113982893B (zh) 2022-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108316981B (zh) 天然气余压与燃气轮机耦合联供系统、管网系统及方法
MX2014011923A (es) Sistema, metodo y aparato para inyeccion de aire comprimido para motores de turbina de combustion interna.
CN113090507B (zh) 一种基于压缩空气储能和有机朗肯循环的冷热电联供系统与方法
CN113153473A (zh) 一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统及其运行方法
CN112412561B (zh) 压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法
CN108798898B (zh) 质子交换膜燃料电池与燃气轮机联合供应蒸汽和热水的系统及方法
CN109915345A (zh) 一种带喷射器多级优化的压缩空气储能系统及方法
CN212685887U (zh) 一种绿色船舶综合供能系统
CN114001398A (zh) 超临界二氧化碳发电背景下的冬季供热与发电切换系统及方法
CN109915219B (zh) 集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统及方法
CN111271143A (zh) 一种提高电力灵活性的系统及方法
CN114483233A (zh) 一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法
CN113279830A (zh) 一种热电联供的船舶柴油机蒸汽朗肯系统
CN113982893B (zh) 可调峰储能的闭式微型燃气轮机循环系统及其操作方法
CN114991895B (zh) 一种耦合压缩空气储能的燃煤发电机组及其运行方法
CN216282169U (zh) 一种带蓄冷的lng电站联合循环机组进气冷却系统
CN113309612B (zh) 耦合压力能、压缩空气储能和太阳能的冷热电联供系统
CN114961906A (zh) 一种燃气-蒸汽联合循环机组快速启动的系统及运行方法
CN113958374A (zh) 一种部分抽气的多级换热液化空气储能系统及方法
CN220791326U (zh) 一种应用于ccpp发电的储热调峰系统
CN114483307B (zh) 一种氢燃料燃气轮机的效率提升系统及控制方法
CN110905611B (zh) 一种基于有机朗肯循环和超临界二氧化碳循环的联供系统
CN114813186B (zh) 一种热泵-热机双向循环试验平台及其运行方法
CN221220579U (zh) 一种补燃式储能系统
CN113982871A (zh) 一种可调峰储能的太阳能热发电系统及其操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant