CN114465254A - 燃煤电站储能调峰系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃煤电站储能调峰系统，包括发电单元和调节单元，发电单元与第二发电机连接，调节单元包括储能模块和释能模块；储能模块包括依次连通的第一储罐、压缩机和第二储罐，还包括第一换热器；第一换热器分别与压缩机和发电单元连接，以发电单元中的冷凝水对经过压缩机压缩的二氧化碳降温；释能模块包括依次连接的第二储罐、膨胀机和第一储罐，还包括第二换热器，膨胀机的输出轴与第一发电机连接；第二换热器分别与膨胀机和发电单元连接，以发电单元中的热蒸汽使经过膨胀机膨胀的二氧化碳升温。本发明提供的燃煤电站储能调峰系统，旨在实现减少压缩气体储能中低压储气室的体积，简化储能结构，减少储能过程中的能耗。

Description

燃煤电站储能调峰系统

技术领域

本发明属于技术领域，更具体地说，是涉及一种燃煤电站储能调峰系统。

背景技术

目前，火发电机组仍然承担着电网主要的调峰任务，现有的储能调峰方式主要有抽水储能、飞轮储能、电化学储能和压缩空气储能等。

其中，抽水储能是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库时，将电能转化为重力势能储存起来的形式，综合效率在70％-80％之间，但抽水储能对地理条件要求较高，应用环境受限；电化学储能包括铅酸电池、离子电池、液流电池和钠硫电池等，具有效率高、响应快的特点，但能量密度低、寿命短；飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转换为动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式，但飞轮储能具有能力密度不够高、自放电率高的缺点，能量在几到几十个小时内就会自动耗尽，适用于电网调频和电能质量保障；压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，但空气的临界温度和压力分别为-140.74℃和3.77MPa,物理性能较差，这种低温对组件材料要求较高，导致实现低温液态储存等方面存在一定的困难。而且低压储气室体积过大，不宜寻找合适的容器储存。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃煤电站储能调峰系统，旨在实现减少压缩气体储能中低压储气室的体积，简化储能结构，减少储能过程中的能耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种燃煤电站储能调峰系统，包括发电单元和调节单元，所述发电单元与第二发电机连接，用于驱动第二发电机工作，所述调节单元包括储能模块和释能模块；

所述储能模块包括依次连通的第一储罐、压缩机和第二储罐，还包括第一换热器，所述第二储罐内二氧化碳的气压高于所述第一储罐内二氧化碳的气压；所述第一换热器分别与所述压缩机和所述发电单元连接，以所述发电单元中的冷凝水使经过所述压缩机压缩的二氧化碳降温；

所述释能模块包括依次连接的第二储罐、膨胀机和第一储罐，还包括第二换热器，所述膨胀机的输出轴与第一发电机连接；所述第二换热器分别与所述膨胀机和所述发电单元连接，以所述发电单元中的热蒸汽使经过膨胀机膨胀的二氧化碳升温。

在一种可能的实现方式中，所述压缩机设有多个，且多个所述压缩机依次串联，每个所述压缩机的出气管处均通过所述第一换热器实现与所述发电单元产生的冷凝水的热交换。

在一种可能的实现方式中，所述膨胀机设有多个，且多个所述膨胀机依次串联，每个所述膨胀机的出气管处均通过所述第二换热器实现与所述发电单元产生的热蒸汽的热交换。

在一种可能的实现方式中，所述发电单元包括锅炉模块、高压缸模块、中压缸模块、低压缸模块、冷凝模块、低压加热模块、除氧模块和高压加热模块，所述锅炉模块内的蒸汽依次通过所述高压缸模块、所述中压缸模块、所述低压缸模块、所述冷凝模块、所述低压加热模块、所述除氧模块和所述高压加热模块后回流至所述锅炉模块，所述低压缸模块的输出端与所述第二发电机连接；

其中，所述冷凝模块中排出的冷凝水还被分流，经过所述第一换热器后回流至所述低压加热模块，所述中压缸模块中的热蒸汽被分流经过所述第二换热器后回流至所述低压加热模块。

在一种可能的实现方式中，所述储能模块还包括与所述压缩机的驱动部连接的汽轮机，所述汽轮机的进汽端与所述中压缸模块连通，所述汽轮机的排汽端与所述冷凝模块连通。

在一种可能的实现方式中，所述储能模块还包括设于所述第一储罐和所述压缩机之间的蒸发器。

在一种可能的实现方式中，所述释能模块还包括设于所述膨胀机与所述第一储罐之间的制冷器。

在一种可能的实现方式中，所述除氧模块包括依次连通的除氧器和第二水泵，所述除氧器与所述低压加热模块连通，所述第二水泵与所述高压加热模块连通，所述中压缸模块还与所述除氧器连通。

在一种可能的实现方式中，所述高压缸模块还与所述高压加热模块连通，所述高压缸模块用于向所述高压加热模块通入热蒸汽。

在一种可能的实现方式中，所述中压缸模块的排汽端还分别与所述高压加热模块、所述低压加热模块和所述除氧器连通。

本发明提供的燃煤电站储能调峰系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过发电单元中的冷凝水与压缩的二氧化碳换热使其降温，通过发电单元产生的热蒸汽与膨胀的二氧化碳换热使其升温，实现等温压缩和等温膨胀，避免了采用机械换热产生额外能耗。二氧化碳相对于空气具有密度高、导热性好、临界参数低等优点，容易达到临界状态。利用二氧化碳作为储能工质不仅能有效提高系统的热性能，减小第一储罐的体积，而且能充分利用二氧化碳达到减少碳排放的目标。通过实现等温压缩和等温膨胀，可以降低压缩机功耗，增加膨胀机输出功率，从而显著提高储能系统的循环效率。在发电单元的产能过剩时，将多余的能量通过储能模块储存；在发电量不能满足正常需要时，通过释能模块驱动第一电机工作，增加发电量，可以有效调节发电量，减少能量损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的燃煤电站储能调峰系统的结构示意图。

图中：

1、调节单元；

10、储能模块；101、第一储罐；102、蒸发器；103、压缩机；104、第一换热器；105、汽轮机；

11、释能模块；111、第二储罐；112、第二换热器；113、膨胀机；114、制冷器；115、第一发电机；

2、发电单元；

20、锅炉模块；

21、高压缸模块；

22、中压缸模块；

23、低压缸模块；

24、第二发电机；

25、冷凝模块；251、凝汽器；252、第一水泵；

26、低压加热模块；261、低压加热器；

27、除氧模块；271、除氧器；272、第二水泵；

28、高压加热模块；281、高压加热器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的燃煤电站储能调峰系统进行说明。燃煤电站储能调峰系统，包括发电单元2和调节单元1，发电单元2与第二发电机24连接，用于驱动第二发电机24工作，调节单元1包括储能模块10和释能模块11；

储能模块10包括依次连通的第一储罐101、压缩机103和第二储罐111，还包括第一换热器104，第二储罐111内二氧化碳的气压高于第一储罐101内二氧化碳的气压；第一换热器104分别与压缩机103和发电单元2连接，以发电单元2中的冷凝水对经过压缩机103压缩的二氧化碳降温；

释能模块11包括依次连接的第二储罐111、膨胀机113和第一储罐101，还包括第二换热器112，膨胀机113的输出轴与第一发电机115连接，第二换热器112分别与膨胀机113和发电单元2连接，以发电单元2中的热蒸汽使经过膨胀的二氧化碳升温。

本发明提供的燃煤电站储能调峰系统，与现有技术相比，发明燃煤电站储能调峰系统通过发电单元2中的冷凝水进入第一换热器104与压缩的二氧化碳换热使其降温，通过发电单元2产生的热蒸汽进入第二换热器112与膨胀的二氧化碳换热使其升温，避免了采用机械换热产生额外能耗。二氧化碳相对于空气具有密度高、导热性好、临界参数低等优点，容易达到临界状态。利用二氧化碳作为储能工质不仅能有效提高系统的热性能，减小第一储罐101的体积，而且能充分利用二氧化碳达到减少碳排放的目标。通过实现等温压缩和等温膨胀，系统可以降低压缩机103功耗，增加膨胀机113输出功率，从而显著提高储能系统的循环效率。在发电单元2的产能过剩时，将多余的能量通过储能模块10储存；在发电量不能满足正常需要时，通过释能模块11驱动第一电机工作，增加发电量，可以有效调节发电量，减少能量损失。

可选的，第一换热器104中的冷凝水与压缩后的二氧化碳换热后，再次回流至发电单元2，第一换热器104内的冷凝水换热后温度升高，可以减少发电单元2加热冷凝水所耗费的能量，提高发电单元2的热效率。

工作过程：

发电单元2产生的能量刚好满足需要时，发电单元2驱动第二发电机24运行，储能模块10和释能模块11均关闭。

当发电单元2的能量过剩时，开启储能模块10，关闭释能模块11，第一储罐101中的低压二氧化碳经过压缩机103后压力升高，二氧化碳在压缩过程中向外放热，第一换热器104与温度升高的二氧化碳换热后使二氧化碳温度降低，确保二氧化碳的压缩效率，压缩后的二氧化碳进入第二储罐111内储存。

当发电单元2的能量不足时，开启释能模块11，关闭储能模块10，第二储罐111中的高压二氧化碳进入膨胀机113内膨胀降压，二氧化碳膨胀过程中放热致使温度降低，第二换热器112与二氧化碳换热使其温度升高，保持恒温状态，确保二氧化碳的膨胀效率，二氧化碳膨胀降压后进入第一储罐101内储存，二氧化碳膨胀过程中产生的机械能驱动第一发电机115工作，第一发电机115和第二发电机24同时工作确保电能满足需求。

需要说明的是，在第一储罐101内储存液态二氧化碳，可以有效减小第一储罐101的体积。

在一些实施例中，请参阅图1，压缩机103设有多个，且多个压缩机103依次串联，每个压缩机103的出气管处均通过第一换热器104实现与发电单元2产生的冷凝水的热交换。

设置多个压缩机103可以实现多级压缩，第一换热器104对压缩机103压缩后的二氧化碳进行换热，实现逐级冷却，使之更接近等温压缩过程，减少了压缩过程中压缩机103的耗功。

可选的，多个压缩机103的驱动部依次连接，可以实现多个压缩机103同步工作。

在一些实施例中，请参阅图1，膨胀机113设有多个，且多个膨胀机113依次串联，每个膨胀机113的出气管处均通过第二换热器112实现与发电单元2产生的热蒸汽的热交换。

设置多个膨胀机113可以实现多级膨胀，第二换热器112与膨胀机113膨胀后的二氧化碳进行换热，实现逐级加热，使膨胀过程更加接近等温膨胀过程，大大提升了释能模块11的效率和经济性。

可选的，多个膨胀机113的驱动部依次连接，可以实现多个膨胀机113同步工作。

在一些实施例中，请参阅图1，发电单元2包括锅炉模块20、高压缸模块21、中压缸模块22、低压缸模块23、冷凝模块25、低压加热模块26、除氧模块27和高压加热模块28，锅炉模块20内的蒸汽依次通过高压缸模块21、中压缸模块22、低压缸模块23、冷凝模块25、低压加热模块26、除氧模块27和高压加热模块28后回流至锅炉模块20，低压加热模块26的输出端与第二发电机24连接；

其中，冷凝模块25中排出的冷凝水还被分流，经过第一换热器104、后回流至低压加热模块26，中压缸模块22中的热蒸汽被分流经过第二换热器112后回流至低压加热模块26。

本实施例中锅炉系统将热蒸汽依次通入高压缸模块21、中压缸模块22和低压缸模块23膨胀做功，驱动第二发电机24工作。低压缸模块23的排汽端向冷凝模块25通入高温蒸汽，蒸汽被冷凝为液体后进入低压加热模块26加热，再进入除氧模块27进行除氧，最后进入高压加热模块28加热后进入锅炉模块20，实现循环发电。冷凝模块25将低压缸模块23排出的气体冷凝为液体后，通入第一换热器104内与压缩机103中的二氧化碳换热，第一换热器104内的液体换热升温后通入低压加热模块26，实现冷凝水的循环利用，换热后的冷凝水温度升高，能够减少低压加热模块26对液体加热所需的能耗，提高热效率，节约了能源。中压缸模块22中的热蒸汽进入第二换热器112内与膨胀机113内的二氧化碳换热后温度降低，进入低压加热器261内进行加热，实现蒸汽的循环利用，无需外部加热器对膨胀机113内的二氧化碳，减少了能耗，实现了能量的循环利用。

作为冷凝模块25的一种具体实施方式，冷凝模块25包括依次连接的凝汽器251和第一水泵252，凝汽器251位于第一水泵252的上游。

可选的，低压加热模块26包括多个串联的低压加热器261，高压加热模块28包括多个串联的高压加热器281。

在一些实施例中，请参阅图1，储能模块10还包括与压缩机103的驱动部连接的汽轮机105，汽轮机105的进汽端与中压缸模块22连通，汽轮机105的排汽端与冷凝模块25连通。

中压缸模块22向汽轮机105通入高温蒸汽，高温蒸汽驱动汽轮机105工作，从而使汽轮机105控制压缩机103工作，汽轮机105排出的蒸汽进入冷凝模块25冷却液化后进入低温加热模块加热循环使用。本实施例中的结构通过中压缸模块22产生的高温蒸汽控制汽轮机105运行，从而驱动压缩机103工作，无需外接电源驱动压缩机103工作，减少了能耗，也减少了能量转换过程中的损耗，提高了热效率。

在一些实施例中，请参阅图1，储能模块10还包括设于第一储罐101和压缩机103之间的蒸发器102。

第一储罐101内储罐液态二氧化碳，液态二氧化碳通过蒸发器102与外接空气进行热交换后汽化形成二氧化碳气体，有利于压缩机103对其进行压缩增压。

在一些实施例中，请参阅图1，释能模块11还包括设于膨胀机113与第一储罐101之间的制冷器114。

制冷器114对膨胀机113处理后的二氧化碳气体降温液化，然后通入第一储罐101内，减小占用第一储罐101的体积。

在一些实施例中，请参阅图1，除氧模块27包括依次连通的除氧器271和第二水泵272，除氧器271与低压加热模块26连通，第二水泵272与高压加热模块28连通，中压缸模块22还与除氧器271连通。

除氧器271对低压加热模块26加热后的水进行除氧，第二水泵272将除氧后的水通入高压加热模块28中，避免对管道造成腐蚀，提高整个系统的使用寿命。

在一些实施例中，请参阅图1，高压缸模块21还与高压加热模块28连通，高压缸模块21用于向高压加热模块28通入热蒸汽。

高压缸模块21中的热蒸汽对高压加热模块28中的水进行加热，减少锅炉模块20加热耗费的能源。

在一些实施例中，请参阅图1，中压缸模块22的排汽端还分别与高压加热模块28、低压加热模块26和除氧器271连通。

中压缸模块22中的蒸汽与除氧器271中的水换热，提高除氧器271中水的温度，减少后续锅炉模块20加热所耗费的能源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，包括发电单元和调节单元，所述发电单元与第二发电机连接，用于驱动第二发电机工作，所述调节单元包括储能模块和释能模块；

所述储能模块包括依次连通的第一储罐、压缩机和第二储罐，还包括第一换热器，所述第二储罐内二氧化碳的气压高于所述第一储罐内二氧化碳的气压；所述第一换热器分别与所述压缩机和所述发电单元连接，以所述发电单元中的冷凝水使经过所述压缩机压缩的二氧化碳降温；

所述释能模块包括依次连接的第二储罐、膨胀机和第一储罐，还包括第二换热器，所述膨胀机的输出轴与第一发电机连接；所述第二换热器分别与所述膨胀机和所述发电单元连接，以所述发电单元中的热蒸汽使经过膨胀机膨胀的二氧化碳升温。

2.如权利要求1所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述压缩机设有多个，且多个所述压缩机依次串联，每个所述压缩机的出气管处均通过所述第一换热器实现与所述发电单元产生的冷凝水的热交换。

3.如权利要求1所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述膨胀机设有多个，且多个所述膨胀机依次串联，每个所述膨胀机的出气管处均通过所述第二换热器实现与所述发电单元产生的热蒸汽的热交换。

4.如权利要求1所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述发电单元包括锅炉模块、高压缸模块、中压缸模块、低压缸模块、冷凝模块、低压加热模块、除氧模块和高压加热模块，所述锅炉模块内的蒸汽依次通过所述高压缸模块、所述中压缸模块、所述低压缸模块、所述冷凝模块、所述低压加热模块、所述除氧模块和所述高压加热模块后回流至所述锅炉模块，所述低压缸模块的输出端与所述第二发电机连接；

其中，所述冷凝模块中排出的冷凝水还被分流，经过所述第一换热器后回流至所述低压加热模块，所述中压缸模块中的热蒸汽被分流经过所述第二换热器后回流至所述低压加热模块。

5.如权利要求4所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述储能模块还包括与所述压缩机的驱动部连接的汽轮机，所述汽轮机的进汽端与所述中压缸模块连通，所述汽轮机的排汽端与所述冷凝模块连通。

6.如权利要求1所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述储能模块还包括设于所述第一储罐和所述压缩机之间的蒸发器。

7.如权利要求1所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述释能模块还包括设于所述膨胀机与所述第一储罐之间的制冷器。

8.如权利要求4所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述除氧模块包括依次连通的除氧器和第二水泵，所述除氧器与所述低压加热模块连通，所述第二水泵与所述高压加热模块连通，所述中压缸模块还与所述除氧器连通。

9.如权利要求4所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述高压缸模块还与所述高压加热模块连通，所述高压缸模块用于向所述高压加热模块通入热蒸汽。

10.如权利要求8所述的燃煤电站储能调峰系统，其特征在于，所述中压缸模块的排汽端还分别与所述高压加热模块、所述低压加热模块和所述除氧器连通。

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