CN205478104U - 压缩空气储能与电解氢联合运行系统 - Google Patents
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Abstract
提出了一种压缩空气储能与电解氢联合运行系统，属于储能技术领域。该系统中，风力发电场一方面连接至压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括电动机、压气机以及压缩空气储气装置；所述风力发电场另一方面连接至电解氢系统，所述电解氢系统包括电解氢装置以及氢气储存装置；所述空气储气装置连接至一次燃烧室，所述氢气储存装置同样连接至一次燃烧室；所述一次燃烧室连接至透平的高压缸，透平的低压缸连接至发电系统，发电系统连接至电网。本方案将空气储能与电解氢结合，有效缓解电网的调峰难度，把限电时的电力充分利用起来，提高了风电消纳能力，减轻了电网外送压力。
Description
技术领域
本实用新型属于储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能与电解氢联合运行系统。
背景技术
近几年，我国部分地区多次发生了严重阴霾天气，如何利用清洁能源减少环境污染是目前急需解决的问题。新能源的出力间歇性、可再生能源的大规模入网、传统电力峰谷差值的增长，各种能源应用问题也随之出现，而储能技术的应用将为解决这些问题提供非常有效的途径。压缩空气储能优势明显，将是未来储能应用的重要形式之一。
电解氢技术发展缓慢，应用领域受限，主要原因是氢气的储存和运输都极具危险性，应用成本较大，因此就地消纳电解氢项目产生的氢气成为主要应用趋势。
东北地区(东北电网覆盖区)、西北地区(西北电网覆盖区)和华北地区(华北电网覆盖区)受电力负荷规模、电网的调峰能力及外送通道容量不足等因素的限制，风电的发展规模和运行都受到了影响，突出表现在电网负荷低谷时段，火电机组运行后，电网的调峰裕度小，风电无法上网运行。随着“三北”地区风电规模不断扩大，受这一特性影响，“三北”地区的大部分风电场出现了限制风电出力的问题，弃风限电现象严重。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，将空气储能与电解氢结合，有效缓解电网的调峰难度，把限电时的电力充分利用起来，提高风电消纳能力，减轻电网外送压力。
为实现以上目的，本实用新型提出一种一种压缩空气储能与电解氢联合运行系统，在所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统中：风力发电场一方面连接至压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括电动机、压气机以及压缩空气储气装置，所述风力发电场连接至所述电动机以向电动机提供电能，压气机具有接收空气的接口；所述风力发电场另一方面连接至电解氢系统，所述电解氢系统包括电解氢装置以及氢气储存装置，所述风力发电场连接至所述电解氢装置以向电解氢装置提供电能；所述空气储气装置连接至一次燃烧室，所述氢气储存装置同样连接至一次燃烧室；所述一次燃烧室连接至透平的高压缸，透平的低压缸连接至发电系统，发电系统连接至电网。
根据本实用新型的一个方面，所述压缩空气储能系统还包括储热换热装置，所述压气机连接至储热换热装置，所述空气储气装置连接至储热换热装置，并通过储热换热装置连接至一次燃烧室。
根据本实用新型的一个方面，所述压缩空气储能系统还包括储热换热装置，所述压气机连接至储热换热装置，所述空气储气装置连接至储热换热装置；所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括余热转换器，所述余热转换器连接至透平的低压缸的排气装置以获得涡轮排气中的废热；所述储热换热装置连接至所述余热转换器，空气储气装置通过储热换热装置以及所述余热转换器连接至一次燃烧室。
根据本实用新型的一个方面，所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括连接在透平的高压缸和低压缸之间的二次燃烧室，所述氢气储存装置还连接至所述二次燃烧室。
由此可见，本方案通过将负荷低谷和弃风限电时段的电力转换为压缩空气和电解氢，并在用电高峰将两者转换为电力，从而解决弃风限电问题，并能平稳电力输出。
附图说明
图1是本实用新型提出的压缩空气储能与电解氢联合运行系统的示意图。
具体实施方式
以下所述为本实用新型的较佳实施实例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。
参见图1，所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统，包括有风力发电场1、电动机2、压气机3、储热换热装置5、压缩空气储气装置4、余热转换器6、一次燃烧室7、二次燃烧室9、透平8、电解氢装置10、氢气储存装置11、发电系统12、电网13。
图1所示的压缩空气储能与电解氢联合运行系统其工作原理为：在负荷低谷和弃风限电时段，一是压缩空气储能系统中的电动机2耗用来自风力发电场1的电能，驱动压气机3压缩空气14并存于压缩空气储气装置4中；二是电解氢系统中的电解氢装置10耗用来自发电场1的电能，产生氢气并储存在氢气储存装置11中。在负荷高峰时段，放气发电，高压空气从压缩空气储气装置4释放，进入燃气轮机一次燃烧室7同来自氢气储存装置11的氢气一起燃烧后，驱动透平8带动发电系统12输出电能至电网13。
此外，为提高系统效率，增加了储热换热装置5，目的是将压气机3在空气压缩过程中产生的压缩热存储起来，在放气发电过程中，利用存储的压缩热加热压缩空气；还增加了余热转换器6，通过回收透平8的涡轮排气中的废热预热压缩空气，从而可以提高系统的热效率；此外，还增加了二次补燃系统，即在图1中位于透平8的高压缸和低压缸之间的二次燃烧室9中进行二次燃烧。
下面参考图1，详细描述该系统的结构。首先看由实线标识出的第一实施例。
所述风力发电场1一方面连接至压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括电动机2、压气机3以及压缩空气储气装置4，所述风力发电场1连接至所述电动机2以向电动机2提供电能，压气机3具有接收空气14的接口。这样，在负荷低谷和弃风限电时段，压缩空气储能系统中的电动机2耗用来自风力发电场1的电能，驱动压气机3压缩空气14并存于压缩空气储气装置4中。
所述风力发电场1另一方面连接至电解氢系统，所述电解氢系统包括电解氢装置10以及氢气储存装置11，所述风力发电场1连接至所述电解氢装置10以向电解氢装置10提供电能。这样，在负荷低谷和弃风限电时段，电解氢系统中的电解氢装置10耗用来自发电场1的电能，产生氢气并储存在氢气储存装置11中。
所述空气储气装置4连接至一次燃烧室7，所述氢气储存装置11同样连接至一次燃烧室7。这样，在负荷高峰时段，放气发电，高压空气从压缩空气储气装置4释放，进入燃气轮机一次燃烧室7同来自氢气储存装置11的氢气一起燃烧。
所述一次燃烧室7连接至透平8的高压缸，透平8的低压缸连接至发电系统12，发电系统12连接至电网13，从而利用一次燃烧室7中产生的驱动力驱动透平8带动发电系统12输出电能至电网13。
下面对虚线所标识出的其他各个实施例进行进一步介绍。
在另一实施例中，所述压缩空气储能系统还包括储热换热装置5，所述压气机3连接至储热换热装置5，所述空气储气装置4连接至储热换热装置5，并通过储热换热装置5连接至一次燃烧室7。这样，可在负荷低谷和弃风限电时段将压气机3在空气压缩过程中产生的压缩热存储起来，并在放气发电过程中，利用存储的压缩热加热压缩空气。
在另一实施例中，所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括余热转换器6，所述余热转换6器连接至透平8的低压缸的排气装置以获得涡轮排气中的废热；所述储热换热装置5连接至所述余热转换器6；空气储气装置4通过储热换热装置5以及所述余热转换器6连接至一次燃烧室7。这样，所述储热换热装置5以及所述余热转换器6可以共同对压缩空气进行加热。余热转换器6还会排出不用的废热15。
在另一实施例中，所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括连接在透平8的高压缸和低压缸之间的二次燃烧室9，所述氢气储存装置11还连接至所述二次燃烧室9。这样，可进行二次补燃。
上述多个实施例的任意两个或多个可组合在一起，可通过设置不同的阀门，并在多个阀门中每个阀门不同的打开或关闭状态的组合下实现上述单个实施例或组合的实施例，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
由此可见，本实用新型具有如下优点：该系统的技术性和经济性均可行，既解决了弃风限电问题，又缓解了电网调峰难度，最重要的是提出了一种利用弃电制备氢气，并能很好的运用到压缩空气储能系统中的方案，解决了氢气应用问题的同时，又给压缩空气储能系统的燃料提供了保障，提高了整体系统的发电效率。
应注意，本实用新型所提出的具体实施方式及应用领域仅为说明的目的，并不作为对本实用新型保护范围的限制，本领域技术人员可对本实用新型的具体实施方式进行修改以满足实际需要。
Claims (4)
1.一种压缩空气储能与电解氢联合运行系统，其特征在于：
在所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统中：
风力发电场一方面连接至压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括电动机、压气机以及压缩空气储气装置，所述风力发电场连接至所述电动机以向电动机提供电能，压气机具有接收空气的接口；
所述风力发电场另一方面连接至电解氢系统，所述电解氢系统包括电解氢装置以及氢气储存装置，所述风力发电场连接至所述电解氢装置以向电解氢装置提供电能；
所述空气储气装置连接至一次燃烧室，所述氢气储存装置同样连接至一次燃烧室；
所述一次燃烧室连接至透平的高压缸，透平的低压缸连接至发电系统，发电系统连接至电网。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能与电解氢联合运行系统，其特征在于：
所述压缩空气储能系统还包括储热换热装置，所述压气机连接至储热换热装置，所述空气储气装置连接至储热换热装置，并通过储热换热装置连接至一次燃烧室。
3.根据权利要求1所述的压缩空气储能与电解氢联合运行系统，其特征在于：
所述压缩空气储能系统还包括储热换热装置，所述压气机连接至储热换热装置，所述空气储气装置连接至储热换热装置；
所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括余热转换器，所述余热转换器连接至透平的低压缸的排气装置以获得涡轮排气中的废热；
所述储热换热装置连接至所述余热转换器，空气储气装置通过储热换热装置以及所述余热转换器连接至一次燃烧室。
4.根据权利要求1-3任一所述的压缩空气储能与电解氢联合运行系统，其特征在于：
所述压缩空气储能与电解氢联合运行系统还包括连接在透平的高压缸和低压缸之间的二次燃烧室，所述氢气储存装置还连接至所述二次燃烧室。
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