CN117905581A - 储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统和发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统和发电系统。本发明的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，包括：燃气轮机，燃气轮机包括第一发电机、空气压缩机、燃烧室和透平；储能部，储能部包括电加热装置、蓄热装置和热端管路，电加热装置与可再生能源发电装置电连接，蓄热装置内设有用于与气体换热的蓄热材料，蓄热装置具有热端开口，热端开口通过热端管路与第二进口连通以使得储能部具有储能阶段、第一释能阶段和第二释能阶段。因此，根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统具有储存可再生能源并降低发电成本的优点。

Description

储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统和发电系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统和发电系统。

背景技术

随着能源低碳转型的推进，大型风光可再生能源得到了快速发展，可再生能源在电网中的渗透比例逐年提高，然而可再生能源的间歇性和波动性对电网供需平衡的维持提出了严峻挑战。

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储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统和发电系统。

本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，包括：

燃气轮机，所述燃气轮机包括第一发电机、空气压缩机、燃烧室和透平，所述空气压缩机具有第一进口和第一出口，所述第一进口用于向所述空气压缩机内通入空气，所述空气压缩机压缩后的空气可从第一出口排出，所述燃烧室用于燃烧燃料，所述燃烧室具有第二进口和第二出口，所述第二进口与所述第一出口连通，所述燃烧室产生的烟气可从所述第二出口排出，所述透平与所述空气压缩机和所述第一发电机通过转轴相连，所述透平具有第三进口和第三出口，所述第三进口与所述第二出口连通，通入所述透平内的烟气可从所述第三出口排出；

储能部，所述储能部包括电加热装置、蓄热装置和热端管路，所述电加热装置与可再生能源发电装置电连接，所述蓄热装置内设有用于与气体换热的蓄热材料，所述蓄热装置具有热端开口，所述热端开口通过所述热端管路与所述第二进口连通以使得所述储能部具有储能阶段、第一释能阶段和第二释能阶段，在所述储能阶段，所述电加热装置加热所述蓄热装置内的蓄热材料，在所述第一释能阶段，被所述蓄热材料加热后的气体依次通过所述热端管路和所述燃烧室后通入所述透平做功，在所述第二释能阶段，被所述蓄热材料加热后的气体通过所述热端管路进入所述燃烧室内并与所述燃烧室内的燃烧混合后燃烧，以便燃烧产生的烟气可通过所述透平做功。

因此，根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统具有储存可再生能源并降低发电成本的优点。

在一些实施例中，所述储能部还包括冷端管路，所述蓄热装置具有冷端开口，所述冷端管路的两端分别与所述第一出口和所述冷端开口连通，所述冷端管路上设有冷端开关阀，所述热端管路设有热端开关阀。

在一些实施例中，所述电加热装置的进口通过第一连接管与所述冷端开口连通，所述电加热装置的出口通过第二连接管与所述热端开口连通，所述第一连接管和所述第二连接管上均设有加热开关阀。

在一些实施例中，所述第一连接管与所述冷端管路相连，所述第一连接管在所述冷端管路的延伸方向上位于所述冷端开口和所述冷端开关阀之间，所述冷端开口、所述冷端管路和所述第一连接管依次连通；

所述第二连接管与所述热端管路相连，所述第二连接管在所述热端管路的延伸方向上位于所述热端开口和所述热端开关阀之间，所述热端开口、所述热端管路和所述第二连接管依次连通。

在一些实施例中，所述第二连接管上设有风机，所述风机的出口与所述电加热装置的进口连通。

在一些实施例中，所述蓄热装置为多个，每个所述蓄热装置的所述热端开口与所述热端管路连通，每个所述蓄热装置的所述冷端开口与所述冷端管路连通。

本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统还包括余热锅炉、汽轮机和第二发电机，所述余热锅炉具有第四进口、第四出口和蒸汽出口，所述第四进口与所述第三出口连通，烟气可从所述第四进口通入所述余热锅炉内进行换热，所述余热锅炉内的烟气可从所述第四出口排出，所述蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽进口连通，所述汽轮机与所述第二发电机相连。

本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统还包括凝汽器和第一泵体，所述汽轮机的排汽口、所述凝汽器、所述第一泵体和所述余热锅炉的进水口依次连通。

在一些实施例中，在所述第二释能阶段，所述蓄热装置完成释热后，所述燃气轮机停止运行，或者，所述燃气轮机增加通入所述燃烧室内的燃料量并继续运行。

本发明还提出了一种发电系统，包括：

可再生能源发电装置；

储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，所述储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统为上述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，所述储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的电加热装置与可再生能源发电装置电连接。

附图说明

图1是根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的示意图。

附图标记：

第一发电机1；

空气压缩机2，第一进口21，第一出口22；

燃烧室3，第二进口31，第二出口32；

透平4，第三进口41，第三出口42，转轴43；

余热锅炉5，第四进口51，第四出口52，蒸汽出口53，汽轮机54，第二发电机55，凝汽器56，第一泵体57；

蓄热装置6，热端开口61，冷端开口62，电加热装置63，风机64；

热端管路71，冷端管路72，第一连接管73，第二连接管74；

热端开关阀81，冷端开关阀82，加热开关阀83。

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。

下面参考附图描述本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统。如图1所示，根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统包括燃气轮机和储能部。

燃气轮机包括第一发电机1、空气压缩机2、燃烧室3和透平4。

空气压缩机2具有第一进口21和第一出口22，第一进口21用于向空气压缩机2内通入空气，空气压缩机2压缩后的空气可从第一出口22排出。燃烧室3用于燃烧燃料，燃烧室3具有第二进口31和第二出口32，第二进口31与第一出口22连通，从而可使得压缩空气可从第二进口31通入燃烧室3内，燃烧室3产生的烟气可从第二出口32排出。透平4与空气压缩机2和第一发电机1通过转轴43相连，透平4具有第三进口41和第三出口42，第三进口41与第二出口32连通，从而可使得烟气可通入透平4内做功，通入透平4内的烟气可从第三出口42排出。

储能部包括电加热装置63、蓄热装置6和热端管路71。

电加热装置与可再生能源发电装置电连接，可再生能源发电装置包括风发电装置和光发电装置。蓄热装置6内设有用于与气体换热的蓄热材料，蓄热装置6具有热端开口61，热端开口61通过热端管路71与第二进口31连通以使得储能部具有储能阶段、第一释能阶段和第二释能阶段。在储能阶段，电加热装置63加热蓄热装置6内的蓄热材料；在第一释能阶段，被蓄热材料加热后的气体依次通过热端管路71和燃烧室3后通入透平4做功；在第二释能阶段，被蓄热材料加热后的气体通过热端管路71进入燃烧室3内并与燃烧室3内的燃烧混合后燃烧，以便燃烧产生的烟气可通过透平4做功。

根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统通过设置储能部，且热端开口61通过热端管路71与燃烧室3的第二进口31连通。在风电、光伏等可再生能源富余的时段进行储能，可使得储能部进入储能阶段，可利用电加热装置63消耗电能以便加热蓄热装置6内的蓄热材料，从而便于利用蓄热装置6进行储能。在需要发电时，可使得储能部进入第一释能阶段，即被蓄热材料加热后的气体通过和燃烧室3后通入透平4内以便带动透平4进行做功。也可使得储能部进入第二释能阶段，即被蓄热材料加热后的气体通入燃烧室3内和燃料燃烧，以便增加产生的烟气的热量，进而便于高温烟气通入透平4内做功。从而可使得根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统可利用储能部进行储能，在风电、光伏等可再生能源富余的时段进行储能。且需要发电对电网调峰时，可根据实际情况实施不同的释能阶段(第一释能阶段或第二释能阶段)，从而便于满足发电要求，在负荷峰值时段释能以替代一部分燃料消耗，既可以实现可再生能源的消纳，又可以降低储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的发电燃料成本。

因此，根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统具有储存可再生能源并降低发电成本的优点。

如图1所示，根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统还包括余热锅炉5、汽轮机54、第二发电机55、凝汽器56和第一泵体57。

余热锅炉5具有第四进口51、第四出口52和蒸汽出口53，第四进口51与第三出口42连通，(透平4排出的)烟气可从第四进口51通入余热锅炉5内进行换热，以便余热锅炉5可将冷凝水加热为蒸汽，余热锅炉5内的烟气可从第四出口52排出。蒸汽出口53与汽轮机54的蒸汽进口连通，汽轮机54与第二发电机55相连。从余热锅炉5排出的蒸汽可通入汽轮机54内做功，以便带动第二发电机55发电。也就是说，从透平4排出的烟气可通过余热锅炉5进行换热，以便将热能转化为电能，进一步降低能源浪费。

汽轮机54的排汽口、凝汽器56、第一泵体57和余热锅炉5的进水口依次连通。由此，可使得汽轮机54排出的蒸汽可在凝汽器56内冷凝，冷凝水可通过第一泵体57再次通入余热锅炉5内作为原料。

如图1所示，在一些实施例中，储能部还包括冷端管路72，蓄热装置6具有冷端开口62，冷端管路72的两端分别与第一出口22和冷端开口62连通，冷端管路72上设有冷端开关阀82，热端管路71设有热端开关阀81。由此，可使得在释能阶段，冷端开关阀82和热端开关阀81开启，空气压缩机2启动，压缩空气可从第一出口22依次通入冷端管路72和冷端开口62后与蓄热装置6内的蓄热材料进行换热，换热后的气体可通过热端管路71通入燃烧室3。例如，第一出口22通过两个连接支管分别与第二进口31和冷端管路72连通，两个连接支管上设有控制流量的流量阀。

如图1所示，在一些实施例中，电加热装置63的进口通过第一连接管73与冷端开口62连通。具体地，第一连接管73(进口)与冷端管路72相连，第一连接管73在冷端管路72的延伸方向上位于冷端开口62和冷端开关阀82之间，冷端开口62、冷端管路72和第一连接管73依次连通。

电加热装置63的出口通过第二连接管74与热端开口61连通。具体地，第二连接管74与热端管路71相连，第二连接管74在热端管路71的延伸方向上位于热端开口61和热端开关阀81之间，热端开口61、热端管路71和第二连接管74依次连通。

第一连接管73和第二连接管74上均设有加热开关阀83。第二连接管74上设有风机64，风机64的出口与电加热装置63的进口连通。由此，在储能阶段，关闭热端开关阀81和冷端开关阀82，开启第一连接管73和第二连接管74上的加热开关阀83。开启风机64，从而可使得风机64排出的气体通入电加热装置63加热后，被加热的气体依次经过第二连接管74和热端管路71后通入蓄热装置6内加热蓄热材料，换热后的气体可通过冷端管路72和第一连接管73再次回到电加热装置64内加热，即可在电加热装置64和蓄热装置6之间建立起空气循环。待蓄热装置6斜温层即将抵达蓄热装置冷端(冷端开口62)，关闭电加热装置64，随后关闭风机64，关闭第一连接管73和第二连接管74上的加热开关阀83，完成储热。

在一些实施例中，蓄热装置6为多个，每个蓄热装置6的热端开口61与热端管路71连通，每个蓄热装置6的冷端开口62与冷端管路72连通。多个蓄热装置6可增加储能量，且可使得多个蓄热装置6同时储能和释能。例如，蓄热装置6为两个。

在一些实施例中，每个蓄热装置6的热端开口61通过第三连接管与热端管路71连通，每个蓄热装置6的冷端开口62通过第四连接管与冷端管路72连通。第三连接管与第四连接管上均设有开关阀，从而可使得多个蓄热装置6的全部或一部分可同时储能或释能。

在第一释能阶段，启动燃气轮机，开启热端开关阀81和冷端开关阀82，环境空气经空气压缩机2压缩后送入蓄热装置6，与蓄热材料换热吸收热量后进入燃烧室3的第二进口31。热空气流经燃烧室3进入透平4做功，带动第一发电机1输出电能。透平4的第三出口42的排气进入余热锅炉5产生蒸汽推动汽轮机54做功，对外输出电能。待蓄热装置6斜温层即将抵达蓄热装置热端，停运燃气轮机，完成释热。在第二释能阶段，启动燃气轮机，开启热端开关阀81和冷端开关阀82，环境空气经空气压缩机2压缩后送入蓄热装置6，与蓄热材料换热吸收热量后进入燃烧室3的第二进口31。通入燃烧室3内的热空气与燃料混合后燃烧产生高温烟气进入透平4做功，带动发电机输出电能。透平4的第三出口42的排气进入余热锅炉5产生蒸汽推动汽轮机54做功，对外输出电能。待蓄热装置6斜温层即将抵达蓄热装置6热端完成释热。

其中，在第二释能阶段，蓄热装置6完成释热后，燃气轮机停止运行。

或者，在第二释能阶段，蓄热装置6完成释热后，燃气轮机增加通入燃烧室3内的燃料量并继续运行。此刻可关闭热端开关阀81和冷端开关阀82，空气压缩机2的第一出口22排出的压缩空气可直接通入燃烧室3的第二进口31。例如，蓄热装置6完成释热后，燃气轮机增加通入燃烧室3内的燃料量并继续运行，以便满足发电要求。

本发明还提出了一种发电系统，根据本发明实施例的发电系统包括可再生能源发电装置和根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统。根据本发明实施例的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的电加热装置与可再生能源发电装置电连接。可再生能源发电装置包括风发电装置和光发电装置，可再生能源发电装置通过与储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的储能部集成，在风电、光伏等可再生能源富余的时段进行储能，在负荷峰值时段释能以替代一部分燃料消耗，既可以实现可再生能源的消纳，又可以降低储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的发电燃料成本，丰富储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的盈利模式。

因此，根据本发明实施例的发电系统具有储存可再生能源并降低发电成本的优点。

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)

1.一种储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，包括：

燃气轮机，所述燃气轮机包括第一发电机、空气压缩机、燃烧室和透平，所述空气压缩机具有第一进口和第一出口，所述第一进口用于向所述空气压缩机内通入空气，所述空气压缩机压缩后的空气可从第一出口排出，所述燃烧室用于燃烧燃料，所述燃烧室具有第二进口和第二出口，所述第二进口与所述第一出口连通，所述燃烧室产生的烟气可从所述第二出口排出，所述透平与所述空气压缩机和所述第一发电机通过转轴相连，所述透平具有第三进口和第三出口，所述第三进口与所述第二出口连通，通入所述透平内的烟气可从所述第三出口排出；

储能部，所述储能部包括电加热装置、蓄热装置和热端管路，所述电加热装置与可再生能源发电装置电连接，所述蓄热装置内设有用于与气体换热的蓄热材料，所述蓄热装置具有热端开口，所述热端开口通过所述热端管路与所述第二进口连通以使得所述储能部具有储能阶段、第一释能阶段和第二释能阶段，在所述储能阶段，所述电加热装置加热所述蓄热装置内的蓄热材料，在所述第一释能阶段，被所述蓄热材料加热后的气体依次通过所述热端管路和所述燃烧室后通入所述透平做功，在所述第二释能阶段，被所述蓄热材料加热后的气体通过所述热端管路进入所述燃烧室内并与所述燃烧室内的燃烧混合后燃烧，以便燃烧产生的烟气可通过所述透平做功。

2.根据权利要求1所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，所述储能部还包括冷端管路，所述蓄热装置具有冷端开口，所述冷端管路的两端分别与所述第一出口和所述冷端开口连通，所述冷端管路上设有冷端开关阀，所述热端管路设有热端开关阀。

3.根据权利要求2所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，所述电加热装置的进口通过第一连接管与所述冷端开口连通，所述电加热装置的出口通过第二连接管与所述热端开口连通，所述第一连接管和所述第二连接管上均设有加热开关阀。

4.根据权利要求3所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，

所述第一连接管与所述冷端管路相连，所述第一连接管在所述冷端管路的延伸方向上位于所述冷端开口和所述冷端开关阀之间，所述冷端开口、所述冷端管路和所述第一连接管依次连通；

所述第二连接管与所述热端管路相连，所述第二连接管在所述热端管路的延伸方向上位于所述热端开口和所述热端开关阀之间，所述热端开口、所述热端管路和所述第二连接管依次连通。

5.根据权利要求4所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，所述第二连接管上设有风机，所述风机的出口与所述电加热装置的进口连通。

6.根据权利要求3所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，所述蓄热装置为多个，每个所述蓄热装置的所述热端开口与所述热端管路连通，每个所述蓄热装置的所述冷端开口与所述冷端管路连通。

7.根据权利要求1-6任一项所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，还包括余热锅炉、汽轮机和第二发电机，所述余热锅炉具有第四进口、第四出口和蒸汽出口，所述第四进口与所述第三出口连通，烟气可从所述第四进口通入所述余热锅炉内进行换热，所述余热锅炉内的烟气可从所述第四出口排出，所述蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽进口连通，所述汽轮机与所述第二发电机相连。

8.根据权利要求7所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，还包括凝汽器和第一泵体，所述汽轮机的排汽口、所述凝汽器、所述第一泵体和所述余热锅炉的进水口依次连通。

9.根据权利要求7所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，其特征在于，在所述第二释能阶段，所述蓄热装置完成释热后，所述燃气轮机停止运行，或者，所述燃气轮机增加通入所述燃烧室内的燃料量并继续运行。

10.一种发电系统，其特征在于，包括：

可再生能源发电装置；

储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，所述储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统为权利要求1-9任一项所述的储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统，所述储能与燃气和蒸汽联合循环集成系统的电加热装置与可再生能源发电装置电连接。