CN115492682A - 储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能发电系统，所述储能发电系统包括：电网、一级储能发电装置、LNG储能装置、ORC循环发电装置、二级储能发电装置和跨临界CO2循环发电装置。一级储能发电装置与电网和LNG储能装置相连，一级储能发电装置可燃烧天然气进行发电，还可储存电网的闲余电能。ORC循环发电装置与一级储能发电装置和电网相连，ORC循环发电装置利用热能进行发电。二级储能发电装置与ORC循环发电装置和电网相连，二级储能发电装置可利用存储的能量进行发电，还可储存电网的闲余电能。跨临界CO2循环发电装置与二级储能发电装置相连，跨临界CO2循环发电装置利用热能进行发电。由此，以达到电网“削峰填谷”的效果，回收发电过程产生的余热，提高系统的经济效益。

Description

储能发电系统

技术领域

本发明涉及储能与热力系统技术领域，尤其涉及一种储能发电系统。

背景技术

当前的电力生产主要来源于大型发电机组构成的大型发电厂，再通过统一建设的国家电网，使用高压电的方式将集中式、单一式的电力输送到各个用电终端。随着能源需求不断提升，输电网的整体规模也在不断膨胀，因此供电安全性和稳定性问题变得越来越复杂。

由于用电客户的电力需求会随着时间以及季节变化，因此大型供电网络中存在着越来越严重的峰谷电问题。而为了应对供电网络中出现的峰谷电问题，满足用户在用电高峰时期对于电力的需求，电力系统每年需要新增大量投资用于为电网扩充容量的基本建设，但收效甚微。并且，热力系统在运行过程中，会产生大量的废弃热量。常见的处理方法是利用冷却循环水将此部分热量直接带入环境中，这会造成大量热能的浪费。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种稳定、节能的储能发电系统，该系统输出功率调节具有快速、高精度的特点，并且，该系统的传热温差较低，从而提高了系统的总效率。

本发明实施例的储能发电系统包括：电网、一级储能发电装置、LNG储能装置、ORC循环发电装置、二级储能发电装置和跨临界CO2循环发电装置，所述一级储能发电装置与所述电网相连，所述LNG储能装置经管路与所述一级储能发电装置相连以向所述一级储能发电装置输送天然气，所述一级储能发电装置可燃烧天然气进行发电并向所述电网输送电能，所述一级储能发电装置还可储存所述电网的闲余电能，所述ORC循环发电装置与所述一级储能发电装置和所述电网相连，所述ORC循环发电装置用于利用所述一级储能发电装置产生的热能进行发电并向所述电网输送电能，所述二级储能发电装置与所述ORC循环发电装置相连以利用所述ORC循环发电装置产生的电能进行储能，所述二级储能发电装置与所述电网相连，所述二级储能发电装置可利用存储的能量进行发电并所述电网输送电能，所述二级储能发电装置还可储存所述电网的闲余电能，所述跨临界CO2循环发电装置与所述二级储能发电装置相连，所述跨临界CO2循环发电装置用于利用所述二级储能发电装置产生的热能进行发电。

本发明实施例的储能发电系统，在用电低谷时，通过一级储能发电装置和二级储能发电装置存储电网闲余的电能，以在用电高峰时期反馈输出平抑，从而达到电网“削峰填谷”的效果。并且，利用ORC循环发电装置回收一级储能发电装置发电过程中产生的低温余热，利用跨临界CO2循环发电装置回收二级储能发电装置发电过程中产生的低温余热，避免热能损失，从而提高整个供电系统的经济效益。

由此，本发明实施例的储能发电系统解决了峰谷电和热能浪费的问题。

在一些实施例中，所述LNG储能装置与所述跨临界CO2循环发电装置相连以输送低温天然气并对所述跨临界CO2循环发电装置中的CO2循环工质进行冷凝，所述跨临界CO2循环发电装置与所述ORC循环发电装置相连以输送冷凝后的CO2循环工质并对所述ORC循环发电装置中的循环工质进行冷凝。

在一些实施例中，所述一级储能发电装置包括一级压气机组、一级储罐、燃烧器、一级透平、第一主发电机和第二主发电机，所述一级压气机组经管路与所述一级储罐和所述燃烧器相连，所述一级储罐经管路与所述燃烧器相连，所述LNG储能装置经管路与所述燃烧器相连，所述燃烧器经管路与所述一级透平相连，所述一级透平与所述第一主发电机相连，所述第二主发电机经联轴器与所述一级压气机组和所述一级透平相连，所述第一主发电机和所述第二主发电机分别与所述电网相连。

在一些实施例中，所述一级压气机组包括第一主压气机、第二主压气机、第三主压气机、第一主间冷器和第二主间冷器；所述第一主压气机的转轴与所述第二主压气机的转轴相连，所述第一主压气机的排气口经管路和所述第一主间冷器与所述第二主压气机的进气口相连；所述第二主压气机的转轴与所述第三主压气机的转轴相连，所述第二主压气机的排气口经管路和所述第二主间冷器与所述第三主压气机的进气口相连；所述第三主压气机的转轴经联轴器与所述第二主发电机的转轴相连，所述第三主压气机经管路与所述燃烧器和所述一级储罐相连，所述一级储罐经管路和所述第二主间冷器与所述燃烧器相连；所述第三主压气机与所述一级储罐之间的管路上设有一级空压机出口阀，第三主压气机与所述燃烧器之间的管路上设有空气阀门，所述一级储罐与所述燃烧器之间的管路上设有一级空气流量阀。

在一些实施例中，所述ORC循环发电装置包括ORC透平、ORC冷凝器、ORC循环泵和ORC发电机，所述ORC透平的排气口经管路与所述ORC冷凝器的循环工质进口相连，所述跨临界CO2循环发电装置与所述ORC冷凝器相连以对所述ORC冷凝器中的循环工质进行冷凝，所述ORC冷凝器的循环工质出口经管路与所述ORC循环泵的进口相连，所述ORC循环泵的出口经管路和所述第一主间冷器与所述ORC透平的进气口相连，所述ORC透平与所述ORC发电机相连，所述ORC发电机与所述电网相连。

在一些实施例中，所述二级储能发电装置包括二级压气机组、二级储罐、二级透平、第一副发电机和第二副发电机，所述ORC发电机经联轴器与所述二级压气机组相连，所述二级压气机组经管路与所述二级储罐相连，所述二级储罐经管路与所述二级透平相连，所述二级透平与所述第一副发电机相连，所述第二副发电机经联轴器与所述二级压气机组和所述二级透平相连，所述第一副发电机和所述第二副发电机分别与所述电网相连。

在一些实施例中，所述二级压气机组包括第一副压气机、第二副压气机、第三副压气机、第一副间冷器和第二副间冷器；所述ORC发电机的转轴经联轴器与所述第一副压气机的转轴相连，所述第一副压气机的转轴与所述第二副压气机的转轴相连，所述第一副压气机的排气口经管路和所述第一副间冷器与所述第二副压气机的进气口相连；所述第二副压气机的转轴与所述第三副压气机的转轴相连，所述第二副压气机的排气口经管路和所述第二副间冷器与所述第三副压气机的进气口相连；所述第三副压气机的转轴经联轴器与所述第二副发电机的转轴相连，所述第三副压气机的排气口经管路与所述二级储罐相连，所述二级储罐经管路与所述二级透平相连；所述第三副压气机与所述二级储罐之间的管路上设有二级空压机出口阀，所述二级储罐与所述二级透平之间的管路上设有二级空气流量阀。

在一些实施例中，所述跨临界CO2循环发电装置包括CO2透平、CO2冷凝器、CO2循环泵和CO2发电机，所述CO2透平的排气口经管路与所述CO2冷凝器的循环工质进口相连，所述LNG储能装置与所述CO2冷凝器相连以对所述CO2冷凝器中的循环工质进行冷凝，所述CO2冷凝器的循环工质出口经管路与所述CO2循环泵的进口相连，所述CO2循环泵的出口经管路与所述ORC冷凝器的冷源进口相连，所述ORC冷凝器的冷源出口经管路和所述第二副间冷器与所述CO2透平的进气口相连，所述CO2透平与所述CO2发电机相连。

在一些实施例中，所述LNG储能装置包括LNG储罐、用户冷库和鼓风式加热器；所述LNG储罐经管路与用户冷库相连，所述用户冷库经管路与所述CO2冷凝器的冷源进口相连，所述CO2冷凝器的冷源出口经管路和所述第一副间冷器与所述鼓风式加热器的进气口相连，所述鼓风式加热器的出气口经管路与所述燃烧器相连；所述LNG储罐与所述用户冷库之间的管路上设有LNG出口阀，所述用户冷库与所述CO2冷凝器之间的管路上设有LNG调节阀。

在一些实施例中，还包括蒸汽循环发电装置，所述蒸汽循环发电装置包括余热锅炉、蒸汽透平、蒸汽冷凝器、循环水泵和蒸汽发电机，所述一级透平的排气口经管路与所述余热锅炉相连，所述余热锅炉的蒸发汽包经管路与所述蒸汽透平的蒸汽进口相连，所述蒸汽透平的蒸汽出口经管路与所述蒸汽冷凝器的循环介质进口相连，所述蒸汽冷凝器的循环介质出口经管路与所述循环水泵的进口相连，所述循环水泵的出口经管路与所述余热锅炉的蒸发汽包相连，所述蒸汽透平与所述蒸汽发电机相连，所述蒸汽发电机与所述电网相连。

附图说明

图1是本发明实施例的储能发电系统的示意图。

图2是本发明实施例的储能发电系统的一级储能发电装置的示意图。

图3是本发明实施例的储能发电系统的ORC循环发电装置的示意图。

图4是本发明实施例的储能发电系统的二级储能发电装置的示意图。

图5是本发明实施例的储能发电系统的跨临界CO2循环发电装置的示意图。

图6是本发明实施例的储能发电系统的LNG储能装置的示意图。

图7是本发明实施例的储能发电系统的蒸汽循环发电装置的示意图。

附图标记：

电网100、

一级储能发电装置1、一级压气机组11、第一主压气机111、第二主压气机112、第三主压气机113、第一主间冷器114、第二主间冷器115、一级储罐12、燃烧器13、一级透平14、第一主发电机15、第二主发电机16、第一主联轴器161、第二主联轴器162、一级空压机出口阀17、空气阀门18、一级空气流量阀19、

LNG储能装置2、LNG储罐21、用户冷库22、鼓风式加热器23、LNG出口阀24、LNG调节阀25、

ORC循环发电装置3、ORC透平31、ORC冷凝器32、ORC循环泵33、ORC发电机34、ORC联轴器341、

二级储能发电装置4、二级压气机组41、第一副压气机411、第二副压气机412、第三副压气机413、第一副间冷器414、第二副间冷器415、二级储罐42、二级透平43、第一副发电机44、第二副发电机45、第一副联轴器451、第二副联轴器451、二级空压机出口阀46、二级空气流量阀47、

跨临界CO2循环发电装置5、CO2透平51、CO2冷凝器52、CO2循环泵53、CO2发电机54、

蒸汽循环发电装置6、余热锅炉61、蒸汽透平62、蒸汽冷凝器63、循环水泵64、蒸汽发电机65。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的储能发电系统。

如图1至图7所示，本发明实施例的储能发电系统包括：电网100、一级储能发电装置1、LNG储能装置2、ORC循环发电装置3、二级储能发电装置4和跨临界CO2循环发电装置5。一级储能发电装置1与电网100相连，LNG储能装置2经管路与一级储能发电装置1相连以向一级储能发电装置1输送天然气，一级储能发电装置1可燃烧天然气进行发电并向电网100输送电能，一级储能发电装置1还可储存电网100的闲余电能。ORC循环发电装置3与一级储能发电装置1和电网100相连，ORC循环发电装置3用于利用一级储能发电装置1产生的热能进行发电并向电网100输送电能。二级储能发电装置4与ORC循环发电装置3相连以利用ORC循环发电装置3产生的电能进行储能，二级储能发电装置4与电网100相连，二级储能发电装置4可利用存储的能量进行发电并电网100输送电能，二级储能发电装置4还可储存电网100的闲余电能。跨临界CO2循环发电装置5与二级储能发电装置4相连，跨临界CO2循环发电装置5用于利用二级储能发电装置4产生的热能进行发电。

其中，电网100将电力输送至各个用电终端。在用电高峰时，一级储能发电装置1通过燃烧LNG储能装置2输送的天然气进行发电，并将产生的电能输送至电网100。ORC循环发电装置3利用一级储能发电装置1在发电过程中产生的热能进行发电，并将产生的电能输送至电网100。二级储能发电装置4利用存储的能量进行发电，并将产生的电能输送至电网100。

在用电低谷时，一级储能发电装置1在满足电网100基本的电力需求的前提下，将电网100闲余的电能进行存储。ORC循环发电装置3将产生的电能一部分输出至电网100以满足电网100基本的电力需求，另一部分电能用于二级储能发电装置4进行储能运作，并且，电网100闲余的电能也通过二级储能发电装置4进行存储。此时，跨临界CO2循环发电装置5利用二级储能发电装置4在储能过程中产生的热能进行发电，跨临界CO2循环发电装置5产生的电能可用作厂用电或为本系统的设备提供电能。

可选地，如图1至图7所示，一级储能发电装置1与电网100和LNG储能装置2相连。在用电高峰期时，一级储能发电装置1通过燃烧LNG储能装置2输送的天然气进行发电，并将燃烧发电产生的电能输送至电网100，还将一级储能发电装置1储存的能量也用于燃烧发电。在用电低谷时，一级储能发电装置1通过燃烧LNG储能装置2输送的天然气进行发电，在满足电网100基本电力需求的前提下，电网100将闲余电能输送至一级储能发电装置1进行存储。

ORC循环发电装置3与一级储能发电装置1和二级储能发电装置4相连，ORC循环发电装置3用于利用一级储能发电装置1发电过程中产生的热能进行发电。在用电高峰期时，ORC循环发电装置3将产生的电能输送至电网100。在用电低谷时，ORC循环发电装置3将一部分电能输送至电网100，另一部分电能用于二级储能发电装置4储能运作。也可以理解为，ORC循环发电装置3将电能输送至电网100，以满足电网100基本的电力需求，然后电网100将闲余的电能输送至二级储能发电装置4进行存储。

二级储能发电装置4与电网100相连，在用电低谷时，二级储能发电装置4进行储能运行，以将电网100闲余的电能进行储存。在用电高峰期时，二级储能发电装置4不进行储能运行，二级储能发电装置4利用存储的能量进行发电，并将产生的电能输送至电网100。

跨临界CO2循环发电装置5与二级储能发电装置4相连，在用电低谷时，跨临界CO2循环发电装置5利用二级储能发电装置4储能运行过程中产生的热能进行发电，该部分电能用作厂用电或为本系统的设备提供电能。

因此，本发明实施例的储能发电系统，在用电低谷时，通过一级储能发电装置1和二级储能发电装置4存储电网100闲余的电能，以在用电高峰时期反馈输出平抑，从而达到电网100“削峰填谷”的效果。并且，利用ORC循环发电装置3回收一级储能发电装置1发电过程中产生的低温余热，利用跨临界CO2循环发电装置5回收二级储能发电装置4发电过程中产生的低温余热，避免热能损失，从而提高整个供电系统的经济效益。

在一些实施例中，如图1至图7所示，LNG储能装置2与跨临界CO2循环发电装置5相连以输送低温天然气并对跨临界CO2循环发电装置5中的CO2循环工质进行冷凝。跨临界CO2循环发电装置5与ORC循环发电装置3相连以输送冷凝后的CO2循环工质并对ORC循环发电装置3中的循环工质进行冷凝。

需要理解的是，天然气作为发电装置的清洁发电燃料。天然气在运输发电装置的过程中，通常是将其进行降温增压变成液态LNG，在需要使用时再升温降压，是分布式燃机系统一种常用的天然气输送形式。但在这个过程中若无其它装置对输送过程中的冷能进行回收，LNG的冷能就会白白浪费掉，对整个系统而言都是巨大的损失。

因此，将LNG储能装置2与跨临界CO2循环发电装置5相连，由于CO2的沸点较低，利用LNG作为跨临界CO2循环发电装置5的冷源，以实现CO2在低温区的跨临界热力循环，从而对LNG的冷能进行回收。

可选地，如图1至图7所示，LNG储能装置2与跨临界CO2循环发电装置5相连，在用电低谷，跨临界CO2循环发电装置5运行时，LNG储能装置2在向一级储能发电装置1输送低温天然气过程中流经跨临界CO2循环发电装置5，以对跨临界CO2循环发电装置5中的CO2循环工质进行冷凝，不仅实现CO2在低温区的跨临界热力循环，还为低温天然气进行初步升温，降低了传热温差，提高了系统的总效率。

跨临界CO2循环发电装置5与ORC循环发电装置3相连，以使与低温天然气换热后的CO2循环工质作为ORC循环发电装置3的冷源，以对ORC循环发电装置3中的循环工质进行冷凝。由此，降低了系统的

损失。

在一些实施例中，如图1和图2所示，一级储能发电装置1包括一级压气机组11、一级储罐12、燃烧器13、一级透平14、第一主发电机15和第二主发电机16。一级压气机组11经管路与一级储罐12和燃烧器13相连，一级储罐12经管路与燃烧器13相连，LNG储能装置2经管路与燃烧器13相连。燃烧器13经管路与一级透平14相连，一级透平14与第一主发电机15相连，第二主发电机16经联轴器与一级压气机组11和一级透平14相连，第一主发电机15和第二主发电机16分别与电网100相连。

可以理解的是，如图1和图2所示，为方便描述，将第二主发电机16与一级压气机组11之间的联轴器命名为第一主联轴器161，第二主发电机16与一级透平14之间的联轴器命名为第二主联轴器162。

可选地，如图1和图2所示，一级压气机组11、一级储罐12以及燃烧器13三者之间相互连接，以使一级压气机组11可将外界空气压缩后输送至一级储罐12和燃烧器13内，还能使一级储罐12可将一级储罐12内存储的压缩空气输送至燃烧器13内。LNG储能装置2与燃烧器13相连，以使LNG储能装置2将天然气输送至燃烧器13内进行燃烧。燃烧器13与一级透平14相连，一级透平14与第一主发电机15相连，一级透平14经第二主联轴器162与第二主发电机16相连，以使燃烧器13内燃烧后产生的高温高压烟气进入一级透平14内做功，驱动第一主发电机15和第二主发电机16进行发电。第一主发电机15和第二主发电机16分别与电网100相连，以将两者产生的电能输送至电网100。第二主发电机16经第一主联轴器161与一级压气机组11相连。

进一步地，如图1和图2所示，一级压气机组11包括第一主压气机111、第二主压气机112、第三主压气机113、第一主间冷器114和第二主间冷器115。第一主压气机111的转轴与第二主压气机112的转轴相连，第一主压气机111的排气口经管路和第一主间冷器114与第二主压气机112的进气口相连。第二主压气机112的转轴与第三主压气机113的转轴相连，第二主压气机112的排气口经管路和第二主间冷器115与第三主压气机113的进气口相连。第三主压气机113的转轴经联轴器与第二主发电机16的转轴相连，第三主压气机113经管路与燃烧器13和一级储罐12相连，一级储罐12经管路和第二主间冷器115与燃烧器13相连。第三主压气机113与一级储罐12之间的管路上设有一级空压机出口阀17，第三主压气机113与燃烧器13之间的管路上设有空气阀门18，一级储罐12与燃烧器13之间的管路上设有一级空气流量阀19。

其中，如图1和图2所示，第一主压气机111的排气口经管路和第一主间冷器114与第二主压气机112的进气口相连，换言之，第一主压气机111的排气口经管路与第一主间冷器114的进气口相连，第一主间冷器114的排气口经管路与第二主压气机112的进气口相连。第二主压气机112的排气口经管路和第二主间冷器115与第三主压气机113的进气口相连，换言之，第二主压气机112的排气口经管路与第二主间冷器115的进气口相连，第二主间冷器115的排气口经管路与第三主压气机113的进气口相连。一级储罐12经管路和第二主间冷器115与燃烧器13相连，换言之，一级储罐12的出口经管路与第二主间冷器115的换热进口相连，第二主间冷器115的换热出口经管路与燃烧器13相连。

因此，在用电高峰期时，一级空压机出口阀17、空气阀门18以及一级空气流量阀19均处于开启状态，一级储罐12中的压缩气体经一级空气流量阀19和第二主间冷器115加热后进入燃烧器13内。外界空气经第一主压气机111、第二主压气机112以及第三主压气机113依次压缩后，通过空气阀门18进入燃烧器13内。LNG储能装置2将天然气经冷用输送至进入燃烧器13内，与压缩空气混合后燃烧。此时，第一主联轴器161和第二主联轴器162均处于闭合状态，燃烧后产生的高温高压烟气进入一级透平14内做功，带动第一主发电机15和第二主发电机16为电网100供电。

在用电低谷时，一级空气流量阀19关闭，一级空压机出口阀17开启，第一主联轴器161闭合。此时第二主发电机16接受来自电网100的电能开始运转，带动第一主压气机111、第二主压气机112和第三主压气机113运行，将外界空气压缩后存入一级储罐12中。并且，为了维持电网100基本的电力需求，空气阀门18仍处于部分开启状态(也即是未全部打开的状态)，为燃烧器13提供基本的氧气供给，使第一主发电机15进行发电并输送至电网100。

在一些实施例中，如图1和图3所示，ORC循环发电装置3包括ORC透平31、ORC冷凝器32、ORC循环泵33和ORC发电机34。ORC透平31的排气口经管路与ORC冷凝器32的循环工质进口相连，跨临界CO2循环发电装置5与ORC冷凝器32相连以对ORC冷凝器32中的循环工质进行冷凝。ORC冷凝器32的循环工质出口经管路与ORC循环泵33的进口相连，ORC循环泵33的出口经管路和第一主间冷器114与ORC透平31的进气口相连，ORC透平31与ORC发电机34相连，ORC发电机34与电网100相连。

其中，如图1和图3所示，ORC循环泵33的出口经管路和第一主间冷器114与ORC透平31的进气口相连，换言之，ORC循环泵33的出口经管路与第一主间冷器114的换热进口相连，第一主间冷器114的换热出口经管路与ORC透平31的进气口相连。

可以理解的是，由于一级储能发电装置1中的空气经多级压缩的过程中，会有大量机械能转化为空气的内能，空气温度升高，故流经第一主间冷器114的压缩空气温度较高。为了能够充分利用此部分热能，在系统内耦合ORC循环发电装置3，该循环使用有机工质，经第一主间冷器114加热后，有机工质蒸发产生蒸汽进入ORC透平31做功，带动ORC发电机34进行发电，并将电能输送至电网100。

在一些实施例中，如图1和图4所示，二级储能发电装置4包括二级压气机组41、二级储罐42、二级透平43、第一副发电机44和第二副发电机45。ORC发电机34经联轴器与二级压气机组41相连，二级压气机组41经管路与二级储罐42相连。二级储罐42经管路与二级透平43相连，二级透平43与第一副发电机44相连，第二副发电机45经联轴器与二级压气机组41和二级透平43相连，第一副发电机44和第二副发电机45分别与电网100相连。

可以理解的是，如图1至图4所示，为方便描述，将ORC发电机34与二级压气机组41之间的联轴器命名为ORC联轴器341，将第二副发电机45与二级压气机组41之间的联轴器命名为第一副联轴器451，第二副发电机45与二级透平43之间的联轴器命名为第二副联轴器452。

可选地，如图1和图4所示，二级压气机组41与二级储罐42相连，以使二级压气机组41将外界空气进行压缩并储存至二级储罐42内。二级储罐42与二级透平43相连，二级透平43与第一副发电机44相连，二级透平43经第二副联轴器452与第二副发电机45相连，以使压缩空气进入二级透平43内做功，驱动第一副发电机44和第二副发电机45进行发电。第一副发电机44和第二副发电机45分别与电网100相连，以将两者产生的电能输送至电网100。第二副发电机45经第一副联轴器451与二级压气机组41相连。

进一步地，如图1和图4所示，二级压气机组41包括第一副压气机411、第二副压气机412、第三副压气机413、第一副间冷器414和第二副间冷器415。ORC发电机34的转轴经联轴器与第一副压气机411的转轴相连，第一副压气机411的转轴与第二副压气机412的转轴相连，第一副压气机411的排气口经管路和第一副间冷器414与第二副压气机412的进气口相连。第二副压气机412的转轴与第三副压气机413的转轴相连，第二副压气机412的排气口经管路和第二副间冷器415与第三副压气机413的进气口相连。第三副压气机413的转轴经联轴器与第二副发电机45的转轴相连，第三副压气机413的排气口经管路与二级储罐42相连，二级储罐42经管路与二级透平43相连。第三副压气机413与二级储罐42之间的管路上设有二级空压机出口阀46，二级储罐42与二级透平43之间的管路上设有二级空气流量阀47。

其中，如图1和图4所示，第一副压气机411的排气口经管路和第一副间冷器414与第二副压气机412的进气口相连，换言之，第一副压气机411的排气口经管路与第一副间冷器414的进气口相连，第一副间冷器414的排气口经管路与第二副压气机412的进气口相连。第二副压气机412的排气口经管路和第二副间冷器415与第三副压气机413的进气口相连，换言之，第二副压气机412的排气口经管路与第二副间冷器415的进气口相连，第二副间冷器415的排气口经管路与第三副压气机413的进气口相连。

因此，在用电高低谷时，ORC循环发电装置3的循环工质在经过第一主间冷器114时吸热蒸发，进入ORC透平31做功，透平对外做功，ORC联轴器341闭合，并ORC发电机34接受来自电网100的电能，向第一副压气机411、第二副压气机412以及第三副压气机413做功。同时，第二副发电机45也接受电网100的电能，第一副联轴器451闭合，第二副联轴器452断开，同步第一副压气机411、第二副压气机412以及第三副压气机413运转，以对外界空气进行压缩做功。此时，二级空压机出口阀46开启，二级空气流量阀47关闭，空气经多级压气机逐级压缩后，压缩空气经二级空压机出口阀46进入二级储罐42，并且二级透平43暂停运行。

在用电高峰期时，ORC联轴器341和第一副联轴器451断开，第二副联轴器452闭合，二级储能发电装置4暂不进行空气压缩。为了能够向电网100输送更多电功，此时二级空压机出口阀46关闭，二级空气流量阀47打开，二级储罐42内的压缩空气进入二级透平43内做功，驱动第一副发电机44和第二副发电机45为电网100供电。

因此，二级储能发电装置4为开式布雷顿循环，用来对系统输出或电网100波动进行调控。压缩空气经第一副间冷器414和第二副间冷器415后进入二级储罐42，通过ORC联轴器341、第一副联轴器451和第二副联轴器452的组合开断与连接，二级空气流量阀47控制进入二级透平43的流量，达到对整个系统和电网100能量的动态消耗与补充的作用，维持整个系统的输出稳定。

在一些实施例中，如图1和图5所示，跨临界CO2循环发电装置5包括CO2透平51、CO2冷凝器52、CO2循环泵53和CO2发电机54。CO2透平51的排气口经管路与CO2冷凝器52的循环工质进口相连，LNG储能装置2与CO2冷凝器52相连以对CO2冷凝器52中的循环工质进行冷凝。CO2冷凝器52的循环工质出口经管路与CO2循环泵53的进口相连，CO2循环泵53的出口经管路与ORC冷凝器32的冷源进口相连，ORC冷凝器32的冷源出口经管路和第二副间冷器415与CO2透平51的进气口相连，CO2透平51与CO2发电机54相连。

其中，如图1和图5所示，ORC冷凝器32的冷源出口经管路和第二副间冷器415与CO2透平51的进气口相连，换言之，ORC冷凝器32的冷源出口经管路与第二副间冷器415的换热进口相连，第二副间冷器415的换热出口经管路与CO2透平51的进气口相连。

可以理解的是，由于第二副间冷器415内流动的压缩空气具有较高的温度，故可用来向低温端供热。在用电低谷，二级储能发电装置4储能运行时，开启跨临界CO2循环发电装置5。CO2工质经第二副间冷器415加热后，进入CO2透平51做功，带动CO2发电机54发电，产生的电力可用作厂用电或为压缩空气电机提供电能。CO2经CO2透平51的排气口排出后，进入CO2冷凝器52与LNG储能装置2输送的低温天然气进行换热，以将CO2冷凝为液态，再经CO2循环泵53进入ORC冷凝器32，与ORC循环发电装置3的循环工质进行换热，作为ORC循环发电装置3的冷源，并初步升温后，再次进入第二副间冷器415，开始下一个循环。

因此，本发明实施例的储能发电系统中通过耦合跨临界CO2循环发电装置5，用来利用深冷LNG的冷能对CO2循环进行冷凝，进一步降低了传热温差，提高了系统的效率。

在一些实施例中，如图1和图6所示，LNG储能装置2包括LNG储罐21、用户冷库22和鼓风式加热器23。LNG储罐21经管路与用户冷库22相连，用户冷库22经管路与CO2冷凝器52的冷源进口相连，CO2冷凝器52的冷源出口经管路和第一副间冷器414与鼓风式加热器23的进气口相连，鼓风式加热器23的出气口经管路与燃烧器13相连。LNG储罐21与用户冷库22之间的管路上设有LNG出口阀24，用户冷库22与CO2冷凝器52之间的管路上设有LNG调节阀25。

其中，如图1和图6所示，CO2冷凝器52的冷源出口经管路和第一副间冷器414与鼓风式加热器23的进气口相连，换言之，CO2冷凝器52的冷源出口经管路与第一副间冷器414的换热进口相连，第一副间冷器414的换热出口经管路与鼓风式加热器23的进气口相连。

可以理解的是，在用电高峰期时，二级储能发电装置4的压气机处于停机状态，第一副间冷器414内没有高温的压缩空气加热，跨临界CO2循环发电装置5不运行。LNG储罐21内的LNG首先进入用户冷库22，经初步吸热转变为低温天然气后流出，由于流经CO2冷凝器52和第二副间冷器415时未进行加热，无高温辅助加热单元，因此需要鼓风式加热器23进行升温，使其接近环境温度，然后再输送至燃烧器13内与压缩空气进行混合燃烧。

在用电低谷时，LNG储罐21内的LNG首先进入用户冷库22，经初步吸热转变为低温天然气后，依次经过CO2冷凝器52和第二副间冷器415进行加热，然后输送至燃烧器13内，此时鼓风式加热器23停止工作。

因此，LNG自LNG储罐21流出后经LNG出口阀24首先进入用户冷库22，用户冷库22一般为化工等工业系统，将LNG温度提升至适宜温度并转变为低温天然气。低温天然气在经LNG调节阀25后进入CO2冷凝器52以对CO2透平51排气进行冷凝。此时CO2温度又有所增加，再经第一副间冷器414进行第三次升温后，进入燃烧器13与压缩空气混合进行燃烧，产生的高温烟气进入一级透平14做功，从而实现LNG冷能的梯级利用，降低系统的

损失。

在一些实施例中，如图1和图7所示，还包括蒸汽循环发电装置6，蒸汽循环发电装置6包括余热锅炉61、蒸汽透平62、蒸汽冷凝器63、循环水泵64和蒸汽发电机65。一级透平14的排气口经管路与余热锅炉61相连，余热锅炉61的蒸发汽包经管路与蒸汽透平62的蒸汽进口相连，蒸汽透平62的蒸汽出口经管路与蒸汽冷凝器63的循环介质进口相连，蒸汽冷凝器63的循环介质出口经管路与循环水泵64的进口相连，循环水泵64的出口经管路与余热锅炉61的蒸发汽包相连，蒸汽透平62与蒸汽发电机65相连，蒸汽发电机65与电网100相连。

可以理解的是，通过设置蒸汽循环发电装置6以利用一级储能发电装置1发电产生的高温烟气中的热能，进一步提高能源利用效率。

可选地，如图1和图7所示，一级透平14的排气口经管路与余热锅炉61相连，以使一级透平14排出的高温烟气进入余热锅炉61内，加热余热锅炉61的蒸发汽包内的循环水并将其转换为循环蒸汽，而低温烟气经余热锅炉61的烟囱排出。

余热锅炉61的蒸发汽包经管路与蒸汽透平62的蒸汽进口相连，蒸汽透平62与蒸汽发电机65相连，蒸汽发电机65与电网100相连，以使蒸汽过热后进入蒸汽透平62内，带动蒸汽发电机65做功发电，并将产生的电能输送至电网100。

蒸汽透平62的蒸汽出口经管路与蒸汽冷凝器63的循环介质进口相连，以使蒸汽透平62排出的乏汽进入蒸汽冷凝器63进行冷凝，蒸汽冷凝器63外接冷却水源以进行冷凝。

蒸汽冷凝器63的循环介质出口经管路与循环水泵64的进口相连，循环水泵64的出口经管路与余热锅炉61的蒸发汽包相连，冷凝后的水进入循环水泵64进行加压并泵入余热锅炉61的蒸发汽包内，开始下一个循环。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能发电系统，其特征在于，包括：

电网；

一级储能发电装置，所述一级储能发电装置与所述电网相连；

LNG储能装置，所述LNG储能装置经管路与所述一级储能发电装置相连以向所述一级储能发电装置输送天然气，所述一级储能发电装置可燃烧天然气进行发电并向所述电网输送电能，所述一级储能发电装置还可储存所述电网的闲余电能；

ORC循环发电装置，所述ORC循环发电装置与所述一级储能发电装置和所述电网相连，所述ORC循环发电装置用于利用所述一级储能发电装置产生的热能进行发电并向所述电网输送电能；

二级储能发电装置，所述二级储能发电装置与所述ORC循环发电装置相连以利用所述ORC循环发电装置产生的电能进行储能，所述二级储能发电装置与所述电网相连，所述二级储能发电装置可利用存储的能量进行发电并所述电网输送电能，所述二级储能发电装置还可储存所述电网的闲余电能；

跨临界CO2循环发电装置，所述跨临界CO2循环发电装置与所述二级储能发电装置相连，所述跨临界CO2循环发电装置用于利用所述二级储能发电装置产生的热能进行发电。

2.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述LNG储能装置与所述跨临界CO2循环发电装置相连以输送低温天然气并对所述跨临界CO2循环发电装置中的CO2循环工质进行冷凝，所述跨临界CO2循环发电装置与所述ORC循环发电装置相连以输送冷凝后的CO2循环工质并对所述ORC循环发电装置中的循环工质进行冷凝。

3.根据权利要求2所述的储能发电系统，其特征在于，所述一级储能发电装置包括一级压气机组、一级储罐、燃烧器、一级透平、第一主发电机和第二主发电机，所述一级压气机组经管路与所述一级储罐和所述燃烧器相连，所述一级储罐经管路与所述燃烧器相连，所述LNG储能装置经管路与所述燃烧器相连，所述燃烧器经管路与所述一级透平相连，所述一级透平与所述第一主发电机相连，所述第二主发电机经联轴器与所述一级压气机组和所述一级透平相连，所述第一主发电机和所述第二主发电机分别与所述电网相连。

4.根据权利要求3所述的储能发电系统，其特征在于，所述一级压气机组包括第一主压气机、第二主压气机、第三主压气机、第一主间冷器和第二主间冷器；

所述第一主压气机的转轴与所述第二主压气机的转轴相连，所述第一主压气机的排气口经管路和所述第一主间冷器与所述第二主压气机的进气口相连；

所述第二主压气机的转轴与所述第三主压气机的转轴相连，所述第二主压气机的排气口经管路和所述第二主间冷器与所述第三主压气机的进气口相连；

所述第三主压气机的转轴经联轴器与所述第二主发电机的转轴相连，所述第三主压气机经管路与所述燃烧器和所述一级储罐相连，所述一级储罐经管路和所述第二主间冷器与所述燃烧器相连；

所述第三主压气机与所述一级储罐之间的管路上设有一级空压机出口阀，第三主压气机与所述燃烧器之间的管路上设有空气阀门，所述一级储罐与所述燃烧器之间的管路上设有一级空气流量阀。

5.根据权利要求4所述的储能发电系统，其特征在于，所述ORC循环发电装置包括ORC透平、ORC冷凝器、ORC循环泵和ORC发电机，所述ORC透平的排气口经管路与所述ORC冷凝器的循环工质进口相连，所述跨临界CO2循环发电装置与所述ORC冷凝器相连以对所述ORC冷凝器中的循环工质进行冷凝，所述ORC冷凝器的循环工质出口经管路与所述ORC循环泵的进口相连，所述ORC循环泵的出口经管路和所述第一主间冷器与所述ORC透平的进气口相连，所述ORC透平与所述ORC发电机相连，所述ORC发电机与所述电网相连。

6.根据权利要求5所述的储能发电系统，其特征在于，所述二级储能发电装置包括二级压气机组、二级储罐、二级透平、第一副发电机和第二副发电机，所述ORC发电机经联轴器与所述二级压气机组相连，所述二级压气机组经管路与所述二级储罐相连，所述二级储罐经管路与所述二级透平相连，所述二级透平与所述第一副发电机相连，所述第二副发电机经联轴器与所述二级压气机组和所述二级透平相连，所述第一副发电机和所述第二副发电机分别与所述电网相连。

7.根据权利要求6所述的储能发电系统，其特征在于，所述二级压气机组包括第一副压气机、第二副压气机、第三副压气机、第一副间冷器和第二副间冷器；

所述ORC发电机的转轴经联轴器与所述第一副压气机的转轴相连，所述第一副压气机的转轴与所述第二副压气机的转轴相连，所述第一副压气机的排气口经管路和所述第一副间冷器与所述第二副压气机的进气口相连；

所述第二副压气机的转轴与所述第三副压气机的转轴相连，所述第二副压气机的排气口经管路和所述第二副间冷器与所述第三副压气机的进气口相连；

所述第三副压气机的转轴经联轴器与所述第二副发电机的转轴相连，所述第三副压气机的排气口经管路与所述二级储罐相连，所述二级储罐经管路与所述二级透平相连；

所述第三副压气机与所述二级储罐之间的管路上设有二级空压机出口阀，所述二级储罐与所述二级透平之间的管路上设有二级空气流量阀。

8.根据权利要求7所述的储能发电系统，其特征在于，所述跨临界CO2循环发电装置包括CO2透平、CO2冷凝器、CO2循环泵和CO2发电机，所述CO2透平的排气口经管路与所述CO2冷凝器的循环工质进口相连，所述LNG储能装置与所述CO2冷凝器相连以对所述CO2冷凝器中的循环工质进行冷凝，所述CO2冷凝器的循环工质出口经管路与所述CO2循环泵的进口相连，所述CO2循环泵的出口经管路与所述ORC冷凝器的冷源进口相连，所述ORC冷凝器的冷源出口经管路和所述第二副间冷器与所述CO2透平的进气口相连，所述CO2透平与所述CO2发电机相连。

9.根据权利要求8所述的储能发电系统，其特征在于，所述LNG储能装置包括LNG储罐、用户冷库和鼓风式加热器；

所述LNG储罐经管路与用户冷库相连，所述用户冷库经管路与所述CO2冷凝器的冷源进口相连，所述CO2冷凝器的冷源出口经管路和所述第一副间冷器与所述鼓风式加热器的进气口相连，所述鼓风式加热器的出气口经管路与所述燃烧器相连；

所述LNG储罐与所述用户冷库之间的管路上设有LNG出口阀，所述用户冷库与所述CO2冷凝器之间的管路上设有LNG调节阀。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的储能发电系统，其特征在于，还包括蒸汽循环发电装置，所述蒸汽循环发电装置包括余热锅炉、蒸汽透平、蒸汽冷凝器、循环水泵和蒸汽发电机，所述一级透平的排气口经管路与所述余热锅炉相连，所述余热锅炉的蒸发汽包经管路与所述蒸汽透平的蒸汽进口相连，所述蒸汽透平的蒸汽出口经管路与所述蒸汽冷凝器的循环介质进口相连，所述蒸汽冷凝器的循环介质出口经管路与所述循环水泵的进口相连，所述循环水泵的出口经管路与所述余热锅炉的蒸发汽包相连，所述蒸汽透平与所述蒸汽发电机相连，所述蒸汽发电机与所述电网相连。

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