CN211900716U - 一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，该系统由第一汽轮机组、压缩机、空冷器、气液转换装置、液体空气储罐、加热器、膨胀机、填料式储热系统、锅炉、第二汽轮机组、凝汽器和控制阀门组成；该系统的运行方法包括包括储能模式和释能模式；本实用新型直接由蒸汽驱动的汽轮机带动压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，降低了能量损失，汽轮机出口乏汽的热量被储存起来，无须储存压缩空气过程中产生的热量，空气压缩机可以在小压比、中低温工况下工作，降低了功耗，提高了储能效率；填料式储热系统具有投资低、系统简洁的优点，用于存储第一汽轮机组出口乏汽的潜热和部分显热，提高了蒸汽的综合利用效率。
Description
技术领域
本实用新型属于储能调峰技术领域，具体涉及一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统及方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高燃煤机组的调峰能力和经济收益。
背景技术
目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。
目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等，电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖，调峰能力强，但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组，水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低，但调峰能力有限，也只适用于热电联产机组，电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但寿命短、平均成本很高、安全风险大，是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。
发明内容
为克服现有燃煤机组调峰技术的不足，本实用新型提出一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，储能过程中直接由蒸汽驱动的汽轮机带动压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，降低了能量损失，汽轮机出口乏汽的热量被储存起来，无须储存压缩空气过程中产生的热量，空气压缩机可以在小压比、中低温工况下工作，降低了功耗，提高了储能效率。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，由第一汽轮机组1、压缩机2、空冷器3、气液转换装置4、液体空气储罐5、加热器6、膨胀机7、填料式储热系统8、第一阀门9、锅炉10、第二汽轮机组11、凝汽器12、第二阀门13和第三阀门14组成；
所述第一汽轮机组1通过连接轴直接带动压缩机2转动，压缩机2级间出口依次连接空冷器3入口、空冷器3出口和压缩机2级间入口，压缩机2末级出口依次连接气液转换装置4降温液化侧入口、气液转换装置4降温液化侧出口和液体空气储罐5入口；液体空气储罐5出口依次连接气液转换装置4冷能回收侧入口、气液转换装置4冷能回收侧出口、加热器6低温侧入口、加热器6低温侧出口和膨胀机7；填料式储热系统8低温侧出口通过第一阀门9与加热器6高温侧入口连通，加热器6高温侧出口与填料式储热系统8低温侧入口连通；第二汽轮机组11中高压缸出口依次连通锅炉10和中压缸入口，锅炉10出口通过第二阀门13连通第一汽轮机组1入口，第一汽轮机组1出口依次连通填料式储热系统8高温侧入口、填料式储热系统8高温侧出口、第三阀门14、凝汽器12出口；第二汽轮机组11中低压缸出口与凝汽器12入口连通；该系统直接由蒸汽驱动的汽轮机带动压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，降低了能量损失，汽轮机出口乏汽的热量被储存起来，无须储存压缩空气过程中产生的热量，空气压缩机能够在小压比、中低温工况下工作，降低了功耗，提高了储能效率。
所述空冷器3采用多级级间冷却过程，空气经过压缩后进入空冷器3冷却，冷却后的空气重新进入压缩机提升压力。
所述加热器6和膨胀机7为一级或者多级，加热器6和膨胀机7数量一一对应，每级加热器后串联对应的膨胀机。
所述第二汽轮机组11包括依次相连的高压缸、中压缸和低压缸。
所述第二阀门13与锅炉10出口、第二汽轮机组11中的中压缸入口连通，也可根据发电机组情况与优化筛选其它的抽汽位置。
所述填料式储热系统8用于存储第一汽轮机组1出口乏汽的潜热和部分显热，提高了蒸汽的综合利用率，填料式储热系统具有投资低、系统简洁的优点。
该系统适用于热电联产机组和纯凝机组，能够降低空气压缩机的工作温度，从而提高储能效率，还能有效利用蒸汽的潜热，具有良好的经济性。
所述的一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统的运行方法，包括储能模式和释能模式，具体如下：
储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第二阀门13和第三阀门14，关闭第一阀门9；第二汽轮机组11中蒸汽由高压缸出口进入锅炉10提高温度，再进入中压缸，部分蒸汽通过第二阀门13进入第一汽轮机组1推动第一汽轮机组1高速转动，第一汽轮机组1出口低压乏汽进入填料式储热系统8释放热量，乏汽冷凝成水后通过第三阀门14进入凝汽器12出口，再继续进入燃煤机组热力系统，填料式储热系统8内储热介质吸收热量温度升高；第一汽轮机组1通过连接轴带动压缩机2压缩空气，提升温度和压力后的空气通过级间出口进入空冷器3被环境冷却，冷却后的空气通过级间入口重新进入压缩机2提升压力，压缩机2末级出口的常温高压空气经过气液转换装置4进行降温液化，低温液态空气进入液体空气储罐5储存；
释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第二阀门13和第三阀门14，打开第一阀门9；低温液态空气从液体空气储罐5流出，经气液转换装置4进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入加热器6，传热介质由填料式储热系统8通过第一阀门9进入加热器6加热空气，得到的低温传热介质进入填料式储热系统8重新加热，加热器6低温侧出口的高温高压空气进入膨胀机7膨胀作功输出电能，膨胀机7出口为常压常温空气，排入周围环境。
和现有技术相比较，本实用新型具备如下优点：
无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高燃煤机组的调峰能力和经济收益。该系统直接由蒸汽驱动的汽轮机带动压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，降低了能量损失，汽轮机出口乏汽的热量被储存起来，无须储存压缩空气过程中产生的热量，空气压缩机能够在小压比、中低温工况下工作，降低了功耗，提高了储能效率。
附图说明
图1是本实用新型的系统示意图。
图中：
1-第一汽轮机组 2-压缩机 3-空冷器 4-气液转换装置 5-液体空气储罐 6-加热器 7-膨胀机 8-填料式储热系统 9-第一阀门 10-锅炉 11-第二汽轮机组 12-凝汽器 13-第二阀门 14-第三阀门
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型专利作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，由第一汽轮机组1、压缩机2、空冷器3、气液转换装置4、液体空气储罐5、加热器6、膨胀机7、填料式储热系统8、第一阀门9、锅炉10、第二汽轮机组11、凝汽器12、第二阀门13和第三阀门14组成。
第一汽轮机组1通过连接轴直接带动压缩机2转动，压缩机2级间出口(图1中a口)依次连接空冷器3入口、空冷器3出口、压缩机2级间入口(图1中b口)，压缩机2末级出口(图1中c口)依次连接气液转换装置4降温液化侧入口、气液转换装置4降温液化侧出口和液体空气储罐5入口；液体空气储罐5出口依次连接气液转换装置4冷能回收侧入口、气液转换装置4冷能回收侧出口、加热器6低温侧入口、加热器6低温侧出口和膨胀机7；填料式储热系统8低温侧出口通过第一阀门9与加热器6高温侧入口连通，加热器6高温侧出口与填料式储热系统8低温侧入口连通；第二汽轮机组11中高压缸出口依次连通锅炉10和中压缸入口，锅炉10出口通过第二阀门13连通第一汽轮机组1入口，第一汽轮机组1出口依次连通填料式储热系统8高温侧入口、填料式储热系统8高温侧出口、第三阀门14、凝汽器12出口；第二汽轮机组11中低压缸出口与凝汽器12入口连通。本实用新型系统直接由蒸汽驱动的汽轮机带动压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，降低了能量损失，汽轮机出口乏汽的热量被储存起来，无须储存压缩空气过程中产生的热量，空气压缩机能够在小压比、中低温工况下工作，降低了功耗，提高了储能效率
本实用新型一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统可以按照以下储能模式和释能模式运行。
储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第二阀门13和第三阀门14，关闭第一阀门9；第二汽轮机组11中蒸汽由高压缸出口进入锅炉10提高温度，再进入中压缸，部分蒸汽通过第二阀门13进入第一汽轮机组1推动第一汽轮机组1高速转动，第一汽轮机组1出口低压乏汽进入填料式储热系统8释放热量，乏汽冷凝成水后通过第三阀门14进入凝汽器12出口，再继续进入燃煤机组热力系统，填料式储热系统8内储热介质吸收热量温度升高；第一汽轮机组1通过连接轴带动压缩机2压缩空气，提升温度和压力后的空气通过级间出口(图1中a口)进入空冷器3被环境冷却，冷却后的空气通过级间入口(图1中b口)重新进入压缩机2提升压力，压缩机2末级出口(图1中c口)的常温高压空气经过气液转换装置4进行降温液化，液化空气进入液体空气储罐5储存。
释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第二阀门13和第三阀门14，打开第一阀门9；低温液态空气从液体空气储罐5流出，经气液转换装置4进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入加热器6，传热介质由填料式储热系统8通过第一阀门9进入加热器6加热空气，得到的低温传热介质进入填料式储热系统8重新加热，加热器6低温侧出口的高温高压空气进入膨胀机7膨胀作功输出电能，膨胀机7出口为常压常温空气，排入周围环境。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (4)
1.一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，其特征在于：由第一汽轮机组(1)、压缩机(2)、空冷器(3)、气液转换装置(4)、液体空气储罐(5)、加热器(6)、膨胀机(7)、填料式储热系统(8)、第一阀门(9)、锅炉(10)、第二汽轮机组(11)、凝汽器(12)、第二阀门(13)和第三阀门(14)组成；
所述第一汽轮机组(1)通过连接轴连接压缩机(2)，直接带动压缩机(2)转动，压缩机(2)级间出口依次连接空冷器(3)入口、空冷器(3)出口和压缩机(2)级间入口，压缩机(2)末级出口依次连接气液转换装置(4)降温液化侧入口、气液转换装置(4)降温液化侧出口和液体空气储罐(5)入口；液体空气储罐(5)出口依次连接气液转换装置(4)冷能回收侧入口、气液转换装置(4)冷能回收侧出口、加热器(6)低温侧入口、加热器(6)低温侧出口和膨胀机(7)；填料式储热系统(8)低温侧出口通过第一阀门(9)与加热器(6)高温侧入口连通，加热器(6)高温侧出口与填料式储热系统(8)低温侧入口连通；第二汽轮机组(11)中高压缸出口依次连通锅炉(10)和中压缸入口，锅炉(10)出口通过第二阀门(13)连通第一汽轮机组(1)入口，第一汽轮机组(1)出口依次连通填料式储热系统(8)高温侧入口、填料式储热系统(8)高温侧出口、第三阀门(14)、凝汽器(12)出口；第二汽轮机组(11)中低压缸出口与凝汽器(12)入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，其特征在于：所述加热器(6)和膨胀机(7)为一级或者多级，加热器(6)和膨胀机(7)数量一一对应，每级加热器后串联对应的膨胀机。
3.根据权利要求1所述的一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，其特征在于：所述第二汽轮机组(11)包括依次相连的高压缸、中压缸和低压缸。
4.根据权利要求1所述的一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰系统，其特征在于：所述第二阀门(13)与锅炉(10)出口、第二汽轮机组(11)中的中压缸入口连通，或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。
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