CN114483233B - 一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法 - Google Patents

一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法，储释能系统包括电能存储系统、热能储释系统、电能释放系统及三角闪蒸循环系统；电能存储系统包括压缩机、级间冷却器及高压储气罐；热能储释系统包括储热罐与第一工质泵，在储能阶段，储热罐内的储热工质在第一工质泵的驱动下流经级间冷却器再回到储热罐，在释能阶段，储热罐内的储热工质在第一工质泵的驱动下流经三角闪蒸循环系统的预热器再回到储热罐；电能释放系统包括燃烧室和燃气轮机，燃烧室与高压储气罐相连，燃气轮机带动发电机发电；三角闪蒸循环系统包括预热器、换热器、两相膨胀机、冷凝器及第二工质泵。本发明通过三角闪蒸循环回收储能和释能阶段的废热，换热效率高，结构简单。

Description

一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法。
背景技术
压缩空气储能系统可以在用电低谷期，用富余的低价电能驱动压缩机，将空气压缩到储气装置中储存起来；而在用电高峰期，将压缩空气从储气装置中释放，然后通过高压空气带动膨胀机做功，输出高品质电能，进而起到“削峰填谷”的作用。
但是压缩空气储能技术在压缩空气阶段会产生大量废热，导致热能浪费。而且在补燃型空气压缩系统中，燃气轮机出口处的废气温度高，直接排放会导致大量余热浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种补燃型压缩空气储释能系统及其控制方法，通过三角闪蒸循环对压缩空气阶段产生余热和燃气轮机废气余热进行回收发电。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
第一方面，提供一种补燃型压缩空气储释能系统，包括电能存储系统、热能储释系统、电能释放系统以及三角闪蒸循环系统；所述电能存储系统包括压缩机、级间冷却器以及高压储气罐，所述压缩机由电动机驱动，压缩机的排气口与级间冷却器的热侧进口连接，级间冷却器的热侧出口与高压储气罐连接；所述热能储释系统包括储热罐与第一工质泵，在储能阶段，储热罐内的储热工质在第一工质泵的驱动下流经级间冷却器再回到储热罐，在释能阶段，储热罐内的储热工质在第一工质泵的驱动下流经三角闪蒸循环系统的预热器再回到储热罐；所述电能释放系统包括燃烧室和燃气轮机，燃烧室与高压储气罐相连，燃料在燃烧室内与空气接触后被点燃，形成高温高压烟气，再通入燃气轮机，推动燃气轮机做功，带动发电机发电；所述三角闪蒸循环系统包括预热器、换热器、两相膨胀机、冷凝器和第二工质泵，有机工质在所述预热器中被储热工质加热，换热器连接燃气轮机，流经换热器的有机工质被燃气轮机出口的高温烟气加热到饱和液状态，再进入两相膨胀机，推动两相膨胀机对外做功，做功后的有机工质进入冷凝器冷凝，最后通过第二工质泵加压回到预热器。
作为本发明补燃型压缩空气储释能系统的一种优选方案，所述压缩机包括同轴连接在一起的低压压缩机、中压压缩机以及高压压缩机，低压压缩机与电动机连接；所述级间冷却器包括低压级间冷却器、中压级间冷却器以及高压级间冷却器；所述低压级间冷却器设置在低压压缩机与中压压缩机之间，所述中压级间冷却器设置在中压压缩机与高压压缩机之间，所述高压级间冷却器设置在高压压缩机与高压储气罐之间；所述低压压缩机、中压压缩机以及高压压缩机的排气口分别与低压级间冷却器、中压级间冷却器以及高压级间冷却器的热侧进口连接，所述低压级间冷却器与中压级间冷却器的热侧出口分别与中压压缩机以及高压压缩机的进气口连接。
作为本发明补燃型压缩空气储释能系统的一种优选方案，所述高压级间冷却器的热侧出口经过第一截止阀与高压储气罐连接。
作为本发明补燃型压缩空气储释能系统的一种优选方案，所述热能储释系统在储能阶段，所述储热罐内的储热工质在第一工质泵的驱动下分别流经高压级间冷却器、中压级间冷却器以及低压级间冷却器再回到储热罐。
作为本发明补燃型压缩空气储释能系统的一种优选方案，所述热能储释系统还包括多个控制阀，其中，第一控制阀、第二控制阀以及第三控制阀分别设置在第一工质泵与高压级间冷却器、中压级间冷却器以及低压级间冷却器储热工质入口之间的管路上，第四控制阀设置在高压级间冷却器、中压级间冷却器以及低压级间冷却器储热工质出口与储热罐之间的管路上；第五控制阀设置在第一工质泵与预热器储热工质入口之间的管路上，第六控制阀设置在预热器储热工质出口与储热罐之间的管路上。
作为本发明补燃型压缩空气储释能系统的一种优选方案，所述电能释放系统还包括设置在高压储气罐与燃烧室之间管路上的第二截止阀。
第二方面，提供一种所述补燃型压缩空气储释能系统的控制方法，包括：
热能储释系统在储能阶段，打开第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀以及第四控制阀，关闭第五控制阀以及第六控制阀，并且，所述高压级间冷却器、中压级间冷却器以及低压级间冷却器内储热工质的流量分别通过调节第一控制阀、第二控制阀以及第三控制阀进行调节；
热能储释系统在释能阶段，关闭第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀以及第四控制阀，打开第五控制阀以及第六控制阀，并且，所述预热器内储热工质的流量分别通过调节第五控制阀以及第六控制阀进行调节。
第三方面，提供一种所述补燃型压缩空气储释能系统的控制方法，包括：
电能释放系统在释能阶段，打开第二截止阀，释能结束关闭第二截止阀。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
本发明补燃型压缩空气储释能系统通过三角闪蒸循环，实现对压缩空气阶段产生余热和燃气轮机废气余热进行回收发电，热能储释系统在释能阶段，储热罐内的储热工质流经三角闪蒸循环系统的预热器，在三角闪蒸循环系统中，有机工质在预热器中被储热工质加热，流经换热器的有机工质被燃气轮机出口的高温烟气加热到饱和液状态，再进入两相膨胀机，推动两相膨胀机对外做功，做功后的有机工质进入冷凝器冷凝，最后回到预热器。本发明的系统通过三角闪蒸循环回收了储能和释能阶段的废热，三角闪蒸循环中有机工质和热源的换热不存在相变，有机工质与热源的跟随性好，可以有效提高换热效率，降低了/>损。
进一步的，本发明的热能储释系统还包括多个控制阀，且高压级间冷却器的热侧出口经过第一截止阀与高压储气罐连接，电能释放系统还包括设置在高压储气罐与燃烧室之间管路上的第二截止阀，系统结构简单，能够实现流量调节，储能和释能分布运行。
进一步的，本发明压缩机包括同轴连接在一起的低压压缩机、中压压缩机以及高压压缩机，低压压缩机与电动机连接，同时级间冷却器包括低压级间冷却器、中压级间冷却器以及高压级间冷却器，使用多级压缩和级间冷却器，使压缩过程更接近等温压缩。
附图说明
图1本发明实施例补燃型压缩空气储释能系统的结构示意图；
附图中：1-低压压缩机；2-低压级间冷却器；3-中压压缩机；4-中压级间冷却器；5-高压压缩机；6-高压级间冷却器；7-第一截止阀；8-高压储气罐；9-第二截止阀；10-燃烧室；11-燃气轮机；21-储热罐；22-第一工质泵；23-第一控制阀；24-第二控制阀；25-第三控制阀；26-第四控制阀；27-第五控制阀；28-第六控制阀；31-预热器；32-换热器；33-两相膨胀机；34-冷凝器；35-第二工质泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明的一种补燃型压缩空气储释能系统包括电能存储系统、热能储释系统、电能释放系统以及三角闪蒸循环系统。
其中，电能存储系统包括压缩机、级间冷却器以及高压储气罐8，在具体的工作过程当中，所述压缩机由电动机驱动，压缩机的排气口与级间冷却器的热侧进口连接，级间冷却器的热侧出口与高压储气罐8连接。在压缩机的工作过程中，空气被压缩至高温高压状态，通过级间冷却器进行冷却，空气达到高压低温状态被压入高压储气罐8完成储存。
在本实施例中，压缩机包括同轴连接在一起的低压压缩机1、中压压缩机3以及高压压缩机5，低压压缩机1与电动机连接，低价电能带动电动机。级间冷却器包括低压级间冷却器2、中压级间冷却器4以及高压级间冷却器6；低压级间冷却器2设置在低压压缩机1与中压压缩机3之间，中压级间冷却器4设置在中压压缩机3与高压压缩机5之间，高压级间冷却器6设置在高压压缩机5与高压储气罐8之间。低压压缩机1、中压压缩机3以及高压压缩机5的排气口分别与低压级间冷却器2、中压级间冷却器4以及高压级间冷却器6的热侧进口连接，低压级间冷却器2与中压级间冷却器4的热侧出口分别与中压压缩机3及高压压缩机5的进气口连接，高压级间冷却器6的热侧出口经过第一截止阀7与高压储气罐8连接。
热能储释系统包括储热罐21与第一工质泵22，在储能阶段，储热罐21内的储热工质在第一工质泵22的驱动下流经级间冷却器再回到储热罐21，在释能阶段，储热罐21内的储热工质在第一工质泵22的驱动下流经三角闪蒸循环系统的预热器31再回到储热罐21。按照本实施例的方案，热能储释系统在储能阶段，储热罐21内的储热工质在第一工质泵22的驱动下分别流经高压级间冷却器6、中压级间冷却器4以及低压级间冷却器2再回到储热罐21。
本实施例的热能储释系统还包括多个控制阀，其中，第一控制阀23、第二控制阀24及第三控制阀25分别设置在第一工质泵22与高压级间冷却器6、中压级间冷却器4以及低压级间冷却器2储热工质入口之间的管路上，第四控制阀26设置在高压级间冷却器6、中压级间冷却器4以及低压级间冷却器2储热工质出口与储热罐21之间的管路上；第五控制阀27设置在第一工质泵22与预热器31储热工质入口之间的管路上，第六控制阀28设置在预热器31储热工质出口与储热罐21之间的管路上。储热工质流量可由控制阀进行调节。
在一种可能的实施例中，储热工质可以选择水或油等液态储热介质。
本实施例的电能释放系统包括燃烧室10、第二截止阀9以及燃气轮机11，燃烧室10与高压储气罐8相连，打开第二截止阀9，压缩空气进入燃烧室10，同时注入燃料，燃料在燃烧室10内与空气接触后被点燃，形成高温高压烟气，再通入燃气轮机11，推动燃气轮机11做功，带动发电机发电。第二截止阀9设置在高压储气罐8与燃烧室10之间管路上。
本实施例的三角闪蒸循环系统包括预热器31、换热器32、两相膨胀机33、冷凝器34及第二工质泵35，具体的连接关系包括：使有机工质在所述预热器31中被储热工质加热，换热器32连接燃气轮机11，流经换热器32的有机工质被燃气轮机11出口的高温烟气加热到饱和液状态，由于在此换热过程中不存在相变，有机工质与热源的跟随性好，可以有效提高换热效率。被加热后的饱和液，再进入两相膨胀机33，推动两相膨胀机33对外做功，做功之后的有机工质进入冷凝器34冷凝，最后通过第二工质泵35加压回到预热器31。
结合以上实施例提出的补燃型压缩空气储释能系统，有以下控制方法：
关于热能储释系统，本发明补燃型压缩空气储释能系统的控制方法包括：
热能储释系统在储能阶段，打开第一控制阀23、第二控制阀24、第三控制阀25以及第四控制阀26，关闭第五控制阀27以及第六控制阀28，并且，高压级间冷却器6、中压级间冷却器4以及低压级间冷却器2内储热工质的流量分别通过调节第一控制阀23、第二控制阀24以及第三控制阀25进行调节；
热能储释系统在释能阶段，关闭第一控制阀23、第二控制阀24、第三控制阀25以及第四控制阀26，打开第五控制阀27以及第六控制阀28，并且，所述预热器31内储热工质的流量分别通过调节第五控制阀27以及第六控制阀28进行调节。
关于电能释放系统，本发明补燃型压缩空气储释能系统的控制方法，包括：
电能释放系统在释能阶段，打开第二截止阀9，释能结束关闭第二截止阀9。
本发明由于使用多级压缩和级间冷却器，使压缩过程更接近等温压缩；并且通过三角闪蒸循环回收了储能和释能阶段的废热；三角闪蒸循环中有机工质和热源的换热不存在相变，提高了换热效率，降低了损；本系统结构简单，可实现流量调节，储能和释能分布运行。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种补燃型压缩空气储释能系统，其特征在于，包括电能存储系统、热能储释系统、电能释放系统以及三角闪蒸循环系统；所述电能存储系统包括压缩机、级间冷却器以及高压储气罐(8)，所述压缩机由电动机驱动，压缩机的排气口与级间冷却器的热侧进口连接，级间冷却器的热侧出口与高压储气罐(8)连接；所述热能储释系统包括储热罐(21)与第一工质泵(22)，在储能阶段，储热罐(21)内的储热工质在第一工质泵(22)的驱动下流经级间冷却器再回到储热罐(21)，在释能阶段，储热罐(21)内的储热工质在第一工质泵(22)的驱动下流经三角闪蒸循环系统的预热器(31)再回到储热罐(21)；所述电能释放系统包括燃烧室(10)和燃气轮机(11)，燃烧室(10)与高压储气罐(8)相连，燃料在燃烧室(10)内与空气接触后被点燃，形成高温高压烟气，再通入燃气轮机(11)，推动燃气轮机(11)做功，带动发电机发电；所述三角闪蒸循环系统包括预热器(31)、换热器(32)、两相膨胀机(33)、冷凝器(34)以及第二工质泵(35)，有机工质在所述预热器(31)中被储热工质加热，换热器(32)连接燃气轮机(11)，流经换热器(32)的有机工质被燃气轮机(11)出口的高温烟气加热到饱和液状态，再进入两相膨胀机(33)，推动两相膨胀机(33)对外做功，做功后的有机工质进入冷凝器(34)冷凝，最后通过第二工质泵(35)加压回到预热器(31)；
所述压缩机包括同轴连接在一起的低压压缩机(1)、中压压缩机(3)以及高压压缩机(5)，低压压缩机(1)与电动机连接；所述级间冷却器包括低压级间冷却器(2)、中压级间冷却器(4)以及高压级间冷却器(6)；所述低压级间冷却器(2)设置在低压压缩机(1)与中压压缩机(3)之间，所述中压级间冷却器(4)设置在中压压缩机(3)与高压压缩机(5)之间，所述高压级间冷却器(6)设置在高压压缩机(5)与高压储气罐(8)之间；所述低压压缩机(1)、中压压缩机(3)以及高压压缩机(5)的排气口分别与低压级间冷却器(2)、中压级间冷却器(4)以及高压级间冷却器(6)的热侧进口连接，所述低压级间冷却器(2)与中压级间冷却器(4)的热侧出口分别与中压压缩机(3)以及高压压缩机(5)的进气口连接；
所述热能储释系统在储能阶段，所述储热罐(21)内的储热工质在第一工质泵(22)的驱动下分别流经高压级间冷却器(6)、中压级间冷却器(4)以及低压级间冷却器(2)再回到储热罐(21)；
所述热能储释系统还包括多个控制阀，其中，第一控制阀(23)、第二控制阀(24)以及第三控制阀(25)分别设置在第一工质泵(22)与高压级间冷却器(6)、中压级间冷却器(4)以及低压级间冷却器(2)储热工质入口之间的管路上，第四控制阀(26)设置在高压级间冷却器(6)、中压级间冷却器(4)以及低压级间冷却器(2)储热工质出口与储热罐(21)之间的管路上；第五控制阀(27)设置在第一工质泵(22)与预热器(31)储热工质入口之间的管路上，第六控制阀(28)设置在预热器(31)储热工质出口与储热罐(21)之间的管路上。
2.根据权利要求1所述的补燃型压缩空气储释能系统，其特征在于，所述高压级间冷却器(6)的热侧出口经过第一截止阀(7)与高压储气罐(8)连接。
3.根据权利要求1所述的补燃型压缩空气储释能系统，其特征在于，所述电能释放系统还包括设置在高压储气罐(8)与燃烧室(10)之间管路上的第二截止阀(9)。
4.一种如权利要求1所述补燃型压缩空气储释能系统的控制方法，其特征在于，包括：
热能储释系统在储能阶段，打开第一控制阀(23)、第二控制阀(24)、第三控制阀(25)以及第四控制阀(26)，关闭第五控制阀(27)以及第六控制阀(28)，并且，所述高压级间冷却器(6)、中压级间冷却器(4)以及低压级间冷却器(2)内储热工质的流量分别通过调节第一控制阀(23)、第二控制阀(24)以及第三控制阀(25)进行调节；
热能储释系统在释能阶段，关闭第一控制阀(23)、第二控制阀(24)、第三控制阀(25)以及第四控制阀(26)，打开第五控制阀(27)以及第六控制阀(28)，并且，所述预热器(31)内储热工质的流量分别通过调节第五控制阀(27)以及第六控制阀(28)进行调节。
5.一种如权利要求1所述补燃型压缩空气储释能系统的控制方法，其特征在于，包括：电能释放系统在释能阶段，打开第二截止阀(9)，释能结束关闭第二截止阀(9)。
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