CN212054837U - 一种提高电力灵活性的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高电力灵活性的系统，该系统由多级压缩机、多级冷却器、气液转换装置、液体空气储罐、多级加热器、多级膨胀机、储热系统、发电机组、灵活性控制装置和控制阀门所组成；该系统的运行方法包括包括储能模式和释能模式；本实用新型应用于燃煤电厂时可提高机组的调峰能力和响应速度，并且改善机组的调频性能，应用于光伏电厂和风电厂时可提高电输出功率的稳定性，提高电网对新能源的消纳能力。

Description

一种提高电力灵活性的系统

技术领域

本实用新型属于储能调峰技术领域，具体涉及一种提高电力灵活性的系统，适用于燃煤机组等具有灵活性需求的电厂，也适用于光伏、风电等需要稳定输出的电厂，能够改善电厂的电能品质，提高电力系统的稳定性。

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。

针对上述问题，提出了一种提高电力灵活性的系统和方法，适用于热电联产机组和纯凝机组，也适用于光伏电厂和风电厂，该方法可以显著提高电厂的发电灵活性和电网的稳定性，增强电网对新能源发电的消纳能力。

发明内容

为提高电厂发电的灵活性和稳定性，本实用新型提出一种提高电力灵活性的系统，适用于燃煤机组等具有灵活性需求的电厂，也适用于光伏、风电等需要稳定输出的电厂，能够改善电厂的电能品质，提高电力系统的稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种提高电力灵活性的系统，由多级压缩机、多级冷却器、气液转换装置5、液体空气储罐6、多级加热器、多级膨胀机、储热系统冷罐11、储热系统热罐12、第一阀门13、第二阀门14、发电机组 15和灵活性控制装置16所组成；

所述多级压缩机和多级冷却器一一对应，每级压缩机后串联对应的冷却器；所述多级加热器和多级膨胀机一一对应，每级加热器后串联对应的膨胀机；第一级压缩机出口依次连通第一级冷却器高温侧入口、第一级冷却器高温侧出口、第二级压缩机、第二级冷却器高温侧入口、二级冷却器高温侧出口、直至末级压缩机、末级冷却器高温侧入口、末级冷却器高温侧出口、气液转换装置5降温液化侧入口、气液转换装置5降温液化侧出口和液体空气储罐6入口；液体空气储罐 6出口依次连通气液转换装置5冷能回收侧入口、气液转换装置5冷能回收侧出口、第一级加热器低温侧入口、第一级加热器低温侧出口、第一级膨胀机、第二级加热器低温侧入口、第二级加热器低温侧出口、第二级膨胀机、直至末级加热器低温侧入口、末级加热器低温侧出口和末级膨胀机；储热系统冷罐11出口通过第一阀门13与第一级冷却器低温侧入口、第二级冷却器低温侧入口、直至末级冷却器低温侧入口连通，第一级冷却器低温侧出口、第二级冷却器低温侧出口、直至末级冷却器低温侧出口与储热系统热罐12入口连通，储热系统热罐 12出口通过第二阀门14与第一级加热器高温侧入口、第二级加热器高温侧入口、直至末级加热器高温侧入口连通，第一级加热器高温侧出口、第二级加热器高温侧出口、直至末级加热器高温侧出口与储热系统冷罐11入口连接；灵活性控制装置16接受需求信号，并与发电机组15、外部电网、多级压缩机、和多级膨胀机设有电路连接；该系统适用于具有灵活性需求的电厂，也适用于需要稳定输出的电厂，能够改善电厂的电能品质，提高电力系统的稳定性。

所述灵活性控制装置16根据需求信号选择使用发电机组15发电量或外部电网电量驱动压缩机，或者同时使用这两部分电量驱动压缩机。

所述灵活性控制装置16根据需求信号控制膨胀机的启停，并将膨胀机发电量输送至外部电网。

优选地，所述多级压缩机为两级，分别为一级压缩机1和二级压缩机3，所述多级冷却器为两级，分别为一级冷却器2和二级冷却器 4。

优选地，所述多级加热器为两级，分别为一级加热器7和二级加热器9，所述多级膨胀机为两级，分别为一级膨胀机8和二级膨胀机 10。

所述储热系统冷罐11和储热系统热罐12将压缩空气过程中产生的热量储存起来，在释能模式下用于加热低温空气然后推动膨胀机发电。

应用于燃煤电厂时能够提高机组的调峰能力和响应速度，并且改善机组的调频性能，应用于光伏电厂和风电厂时能够提高电输出功率的稳定性，提高电网对新能源的消纳能力。

所述的一种提高电力灵活性的系统的运行方法，包括储能模式和释能模式，具体如下：

储能模式：发电机组15需要降低电输出功率时，开启储能模式，打开第一阀门13，关闭第二阀门14；灵活性控制装置16根据需求信号选择使用发电机组15发电量或外部电网电量驱动多级压缩机，或者同时使用这两部分电量，常温常压空气经第一级压缩机压缩后进入第一级冷却器，再经第二级压缩机压缩后进入第二级冷却器，直至经末级压缩机压缩后进入末级冷却器成为常温高压空气，储热介质由储热系统冷罐11经第一阀门13进入第一级冷却器2、第二级冷却器4、直至末级冷却器冷却空气，得到的高温储热介质储存在储热系统热罐 12中，常温高压空气经过气液转换装置5进行降温液化，低温液态空气进入液体空气储罐6储存；

释能模式：发电机组15需要提高电输出功率时开启释能模式，关闭第一阀门13，打开第二阀门14；低温液态空气从液体空气储罐 6流出，经气液转换装置5进行冷能回收后生成的常温高压空气进入第一级加热器加热，加热后的空气进入第一级膨胀机发电，再进入第二级加热器加热，加热后的空气进入第二级膨胀机发电，直至进入末级加热器加热，加热后的空气进入末级膨胀机发电，末级膨胀机出口为常压常温空气，排入周围环境，电量通过灵活性控制装置16输送至外部电网，高温储热介质由储热系统热罐12经第二阀门14进入第一级加热器7、第二级加热器9、直至末级加热器加热空气，得到的低温储热介质随后储存在储热系统冷罐11中。

和现有技术相比较，本实用新型具备如下优点：

本发明通过灵活性控制装置将空气压缩机、空气膨胀机与发电设备耦合起来，通过“电能—压缩机—空气分子势能—膨胀机—电能”的工作过程完成电能的储存，储电效率较高，避免了电锅炉由电转化为热所造成的能级损耗，与水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术相比，扩大了调节能力和应用场景，与电化学电池储能技术相比，提高了使用寿命、降低了成本和安全风险。

附图说明

图1是本实用新型的系统示意图。

图中：

1-一级压缩机 2-一级冷却器 3-二级压缩机 4-二级冷却器 5-气液转换装置 6-液体空气储罐 7-一级加热器 8-一级膨胀机 9-二级加热器 10-二级膨胀机 11-储热系统冷罐 12-储热系统热罐 13-第一阀门 14-第二阀门 15-发电机组 16-灵活性控制装置

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，本实施例一种提高电力灵活性的系统，由一级压缩机1、一级冷却器2、二级压缩机3、二级冷却器4、气液转换装置5、液体空气储罐6、一级加热器7、一级膨胀机8、二级加热器9、二级膨胀机10、储热系统冷罐11、储热系统热罐12、第一阀门13、第二阀门14、发电机组15和灵活性控制装置16组成。

一级压缩机1出口依次连通一级冷却器2高温侧入口、一级冷却器2高温侧出口、二级压缩机3、二级冷却器4高温侧入口、二级冷却器4高温侧出口、气液转换装置5降温液化侧入口、气液转换装置 5降温液化侧出口和液体空气储罐6入口；液体空气储罐6出口依次连通气液转换装置5冷能回收侧入口、气液转换装置5冷能回收侧出口、一级加热器7低温侧入口、一级加热器7低温侧出口、一级膨胀机8、二级加热器9低温侧入口、二级加热器9低温侧出口和二级膨胀机10；储热系统冷罐11出口通过第一阀门13与一级冷却器2低温侧入口和二级冷却器4低温侧入口连通，一级冷却器2低温侧出口和二级冷却器4低温侧出口与储热系统热罐12入口连通，储热系统热罐12出口通过第二阀门14与一级加热器7高温侧入口和二级加热器9高温侧入口连通，一级加热器7高温侧出口和二级加热器9高温侧出口与储热系统冷罐11入口连接；灵活性控制装置16接受需求信号，并与发电机组15、外部电网、一级压缩机1、二级压缩机3、一级膨胀机8和二级膨胀机10设有电路连接。

本实施例一种提高电力灵活性的系统可以按照以下储能模式和释能模式运行。

储能模式：发电机组15需要降低电输出功率时，开启储能模式，打开第一阀门13，关闭第二阀门14；灵活性控制装置16根据需求信号选择使用发电机组15发电量或外部电网电量驱动一级压缩机1和二级压缩机3，或者同时使用这两部分电量，常温常压空气经一级压缩机1压缩后进入一级冷却器2，再经二级压缩机3压缩后进入二级冷却器4成为常温高压空气，储热介质由储热系统冷罐11经第一阀门13进入一级冷却器2和二级冷却器4冷却空气，得到的高温储热介质储存在储热系统热罐12中，常温高压空气经过气液转换装置5 进行降温液化，低温液态空气进入液体空气储罐6储存。

释能模式：发电机组15需要提高电输出功率时开启释能模式，关闭第一阀门13，打开第二阀门14；低温液态空气从液体空气储罐 6流出，经气液转换装置5进行冷能回收后生成的常温高压空气进入一级加热器7加热，加热后的空气进入一级膨胀机8发电，再进入二级加热器9加热，加热后的空气进入二级膨胀机10发电，二级膨胀机10出口为常压常温空气，排入周围环境，电量通过灵活性控制装置16输送至外部电网，高温储热介质由储热系统热罐12经第二阀门 14进入一级加热器7和二级加热器9加热空气，得到的低温储热介质随后储存在储热系统冷罐11中。

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 (3)

1.一种提高电力灵活性的系统，其特征在于：由多级压缩机、多级冷却器、气液转换装置(5)、液体空气储罐(6)、多级加热器、多级膨胀机、储热系统冷罐(11)、储热系统热罐(12)、第一阀门(13)、第二阀门(14)、发电机组(15)和灵活性控制装置(16)所组成；

所述多级压缩机和多级冷却器一一对应，每级压缩机后串联对应的冷却器；所述多级加热器和多级膨胀机一一对应，每级加热器后串联对应的膨胀机；第一级压缩机出口依次连通第一级冷却器高温侧入口、第一级冷却器高温侧出口、第二级压缩机、第二级冷却器高温侧入口、二级冷却器高温侧出口、直至末级压缩机、末级冷却器高温侧入口、末级冷却器高温侧出口、气液转换装置(5)降温液化侧入口、气液转换装置(5)降温液化侧出口和液体空气储罐(6)入口；液体空气储罐(6)出口依次连通气液转换装置(5)冷能回收侧入口、气液转换装置(5)冷能回收侧出口、第一级加热器低温侧入口、第一级加热器低温侧出口、第一级膨胀机、第二级加热器低温侧入口、第二级加热器低温侧出口、第二级膨胀机、直至末级加热器低温侧入口、末级加热器低温侧出口和末级膨胀机；储热系统冷罐(11)出口通过第一阀门(13)与第一级冷却器低温侧入口、第二级冷却器低温侧入口、直至末级冷却器低温侧入口连通，第一级冷却器低温侧出口、第二级冷却器低温侧出口、直至末级冷却器低温侧出口与储热系统热罐(12)入口连通，储热系统热罐(12)出口通过第二阀门(14)与第一级加热器高温侧入口、第二级加热器高温侧入口、直至末级加热器高温侧入口连通，第一级加热器高温侧出口、第二级加热器高温侧出口、直至末级加热器高温侧出口与储热系统冷罐(11)入口连接；灵活性控制装置(16)接受需求信号，并与发电机组(15)、外部电网、多级压缩机、和多级膨胀机设有电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种提高电力灵活性的系统，其特征在于：所述多级压缩机为两级，分别为一级压缩机(1)和二级压缩机(3)，所述多级冷却器为两级，分别为一级冷却器(2)和二级冷却器(4)。

3.根据权利要求1所述的一种提高电力灵活性的系统，其特征在于：所述多级加热器为两级，分别为一级加热器(7)和二级加热器(9)，所述多级膨胀机为两级，分别为一级膨胀机(8)和二级膨胀机(10)。

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