CN114856735A - 一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统 - Google Patents

一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，包括：压缩子系统、储气库、余热锅炉、空气透平和燃气轮机；所述压缩子系统的输入端连接大气，输出端连接储气库的进气口，电价低时工作将压缩空气存储在储气库中；所述储气库的出气口连接余热锅炉进气口，储气库中的空气经余热锅炉加热后通过空气透平输入燃气轮机，燃气轮机吸入天然气进行燃烧发电。本发明能够在电价低时将压缩空气储存于储气库，在白天/用电高峰时供给空气透平及燃气轮机耦合发电，起到了削峰填谷的作用，减少了能量浪费，同时余热锅炉产生的蒸汽可继续用于供热或发电，提高了能源综合利用率，实现了节能提效的目的。

Description

一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统
技术领域
本发明涉及一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，属于储能技术领域。
背景技术
压缩空气储能是一种间接性、大型储能技术，在电网负荷低谷期间，通过压缩机压缩空气存储电能，并将压缩空气运输至岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井或者其它压力容器中；在电网高负荷期间，放出储气库内高压气体，经过燃烧室或换热器加热，升高至一定温度后输送至涡轮膨胀机，将压缩空气的势能转变为膨胀机的机械功输出，驱动发电机发电。
盐穴是一种较为典型的储气库，深埋于地下数百米至上千米，其力学性能稳定，承压能力强，能够适应储存压力的交替变化。同时，盐岩在高压下具有一定的塑性，具备自我修复损伤的能力，渗透率较低，能够保证储存溶腔的气密性。此外，盐穴的开采及使用技术成熟，具有储气容量大、寿命长、造价及运行维护费用低等优点，目前广泛应用于储存压缩天然气、石油以及高压空气等相关产品。
我国盐穴资源丰富，现有盐穴约1.3×108 m3，其中大部分经过造腔后密封性良好，适宜于储存石油、天然气等重要战略物资。我国东部地区主要盐穴资源分布情况有，江苏金坛拥有储气容量14.3×106 m3，江苏淮安拥有储气容量10×106m3，河南平顶山拥有储气容量4×106 m3。虽然我国盐穴资源丰富，但是目前已利用的盐穴仅有40多个，仅占总量的0.2%，绝大多数的盐穴资源处于闲置状态，可利用的空间巨大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，能够在电价低时将压缩空气储存于储气库，在白天/用电高峰时供给空气透平及燃气轮机耦合发电，起到了削峰填谷的作用，减少了能量浪费，同时余热锅炉产生的蒸汽可继续用于供热或发电，提高了能源综合利用率，实现了节能提效的目的。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种级联型混合直流低频振荡控制方法，包括：压缩子系统、储气库、余热锅炉、空气透平和燃气轮机；
所述压缩子系统的输入端连接大气，输出端连接储气库的进气口，电价低时工作将压缩空气存储在储气库中；
所述储气库的出气口连接余热锅炉进气口，储气库中的空气经余热锅炉加热后通过空气透平输入燃气轮机，燃气轮机吸入天然气进行燃烧发电。
进一步地，所述压缩子系统包括：空气压缩机A、空气压缩机B和空气压缩机C；
所述空气压缩机A的进口连接大气，第一出口连接空气压缩机B的进口，空气压缩机B的出口连接空气压缩机C的进口，空气压缩机C的出口连接储气库；
所述空气压缩机A的第二出口连接燃气轮机的空气吸入口，用于在空气透平出口空气量无法满足燃气轮机天然气燃烧需求时，将空气压缩机A产生的压缩空气补入燃气轮机，以保证天然气的完全燃烧。
进一步地，所述空气压缩机A的第二出口与燃气轮机的空气吸入口之间设有隔断阀，所述隔断阀的入口与空气压缩机A的第二出口连通，隔断阀的出口与燃气轮机的空气吸入口连通。
进一步地，所述空气压缩机A、空气压缩机B和空气压缩机C由电动机驱动。
进一步地，还包括与压缩子系统进行换热的换热子系统，所述换热子系统包括气水换热器A、气水换热器B、冷水储罐和热水储罐，气水换热器A和气水换热器B的进水口连接冷水储罐，出水口连接热水储罐；
所述气水换热器A 的进气口连通空气压缩机A出口，出气口连接空气压缩机B进口，所述气水换热器B 的进气口连通空气压缩机B出口，出气口连接空气压缩机C进口。
进一步地，所述储气库为岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井、压力容器中的任一种。
进一步地，所述燃气轮机出口与所述余热锅炉的烟气进口连通，回收所述燃气轮机产生的高温烟气。
进一步地，所述热水储罐出口与所述余热锅炉热水进口连通，使用回收的高温烟气加热来自热水储罐的热水，产生蒸汽。
进一步地，所述余热锅炉产生的蒸汽进行能量梯级利用，用于发电或对外供蒸汽。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统所达到的有益效果包括：
本发明包括：压缩子系统、储气库、余热锅炉、空气透平和燃气轮机；压缩子系统的输入端连接大气，输出端连接储气库的进气口，电价低时工作将压缩空气存储在储气库中，本发明能够在电价低时将压缩空气储存于储气库；储气库的出气口连接余热锅炉进气口，储气库中的空气经余热锅炉加热后通过空气透平输入燃气轮机，燃气轮机吸入天然气进行燃烧发电。本发明在白天/用电高峰时供给空气透平及燃气轮机耦合发电，起到了削峰填谷的作用，减少了能量浪费，同时余热锅炉产生的蒸汽可继续用于供热或发电，提高了能源综合利用率，实现了节能提效的目的。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统的示意图。
图中：1、空气压缩机A；2、空气压缩机B；3、空气压缩机C；4、空气透平；5、燃气轮机；6、气水换热器A；7、气水换热器B；8、冷水储罐；9、热水储罐；10、储气库；11、余热锅炉；12、隔断阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1，本发明实施例提供了一种基于压缩空气储能的空气透平4耦合燃气轮机5发电系统，包括：压缩子系统、储气库10、余热锅炉11、空气透平4、燃气轮机5、换热子系统和隔断阀12。压缩子系统包括：空气压缩机A1、空气压缩机B2和空气压缩机C3。换热子系统包括气水换热器A6、气水换热器B7、冷水储罐8和热水储罐9。
具体的，空气压缩机A1、空气压缩机B2和空气压缩机C3由电动机驱动。
空气压缩机A1的进口连接大气，第一出口连接空气压缩机B2的进口，空气压缩机B2的出口连接空气压缩机C3的进口，空气压缩机C3的出口连接储气库10的进口，在电价低时将压缩空气储存于储气库10。
储气库10的出气口连接余热锅炉11进气口，储气库10中的空气经余热锅炉11加热后通过空气透平4输入燃气轮机5，燃气轮机5吸入天然气进行燃烧发电。空气透平4及燃气轮机5耦合发电，在用电高峰段以有偿调峰的形式优先发电，以高峰电价卖出。
空气压缩机A1的第二出口连接燃气轮机5的空气吸入口，连接管道上设有隔断阀12，隔断阀12的入口与空气压缩机A1的第二出口连通，隔断阀12的出口与燃气轮机5的空气吸入口连通。当空气透平4出口空气量无法满足燃气轮机5中天然气燃烧需求时，通过自动控制打开所述隔断阀12，直接将空气压缩机A1产生的空气补充入燃气轮机5以实现燃气轮机5中天然气的完全燃烧。
气水换热器A6和气水换热器B7的进水口连接冷水储罐8，出水口连接热水储罐9。气水换热器A6的进气口连通空气压缩机A1出口，出气口连接空气压缩机B2进口，气水换热器B7的进气口连通空气压缩机B2出口，出气口连接空气压缩机C3进口。气水换热器A6和气水换热器B7使用冷水储罐8中的冷水冷却压缩后的空气。
燃气轮机5出口与余热锅炉11的烟气进口连通，回收所述燃气轮机5产生的高温烟气。热水储罐9出口与余热锅炉11热水进口连通，使用回收的高温烟气加热来自热水储罐9的热水，产生蒸汽。余热锅炉11产生的蒸汽进行能量梯级利用，用于发电或对外供蒸汽。
储气库10为岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井、压力容器中的任一种。优先选用处于闲置状态的废弃盐洞。
实施例二：
本实施例采用实施例一提供的一种基于压缩空气储能的空气透平4耦合燃气轮机5发电系统进行发电。
在夜间用电低谷时，电价较低，通过电动机驱动空气压缩机A1、空气压缩机B2、空气压缩机C3将空气压缩后储存于储气库10中。空气压缩机间设置气水换热器A6和气水换热器B7，其中从冷水储罐8来的冷水将压缩后的空气冷却，冷水升温后进入热水储罐9储存备用。
在白天用电高峰时，系统参加有偿调峰，释放储气库10中的压缩空气进入空气透平4发电，空气透平4出口的空气进入燃气轮机5参与燃烧天然气发电，燃气轮机5产生的高温烟气，高温烟气加热来自热水储罐9的热水，产生蒸汽，进一步用于发电或对外供蒸汽。在用电高峰发的电均以高峰电价卖出，获得峰谷电价差的盈利，同时，由于参加有偿调峰，全部发电量还可获得有偿调峰补偿，经济效益显著，实现了能量的综合利用，达到了节能提效的目的。
此外，在空气压缩机A1出口与燃气轮机5进口前设置隔断阀12，将空气压缩机A1出口的部分空气补充进入燃气轮机5，以保证燃气轮机5中天然气的完全燃烧，实现调节燃气轮机5的出力调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，包括：压缩子系统、储气库、余热锅炉、空气透平和燃气轮机；
所述压缩子系统的输入端连接大气，输出端连接储气库的进气口，电价低时工作将压缩空气存储在储气库中；
所述储气库的出气口连接余热锅炉进气口，储气库中的空气经余热锅炉加热后通过空气透平输入燃气轮机，燃气轮机吸入天然气进行燃烧发电。
2.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述压缩子系统包括：空气压缩机A、空气压缩机B和空气压缩机C；
所述空气压缩机A的进口连接大气，第一出口连接空气压缩机B的进口，空气压缩机B的出口连接空气压缩机C的进口，空气压缩机C的出口连接储气库；
所述空气压缩机A的第二出口连接燃气轮机的空气吸入口，用于在空气透平出口空气量无法满足燃气轮机天然气燃烧需求时，将空气压缩机A产生的压缩空气补入燃气轮机，以保证天然气的完全燃烧。
3.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述空气压缩机A的第二出口与燃气轮机的空气吸入口之间设有隔断阀，所述隔断阀的入口与空气压缩机A的第二出口连通，隔断阀的出口与燃气轮机的空气吸入口连通。
4.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述空气压缩机A、空气压缩机B和空气压缩机C由电动机驱动。
5.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，还包括与压缩子系统进行换热的换热子系统，所述换热子系统包括气水换热器A、气水换热器B、冷水储罐和热水储罐，气水换热器A和气水换热器B的进水口连接冷水储罐，出水口连接热水储罐；
所述气水换热器A的进气口连通空气压缩机A出口，出气口连接空气压缩机B进口，所述气水换热器B的进气口连通空气压缩机B出口，出气口连接空气压缩机C进口。
6.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述储气库为岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井、压力容器中的任一种。
7.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述燃气轮机出口与所述余热锅炉的烟气进口连通，回收所述燃气轮机产生的高温烟气。
8.根据权利要求7所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述热水储罐出口与所述余热锅炉热水进口连通，使用回收的高温烟气加热来自热水储罐的热水，产生蒸汽。
9.根据权利要求8所述的基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，其特征在于，所述余热锅炉产生的蒸汽进行能量梯级利用，用于发电或对外供蒸汽。
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