CN215057597U - 一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，煤电机组周边建设集中工业园区，并设置压缩空气储能系统。可将废弃煤矿井加以密封加固改造作为高压空气存储装置；本实用新型提出将钢制高压空气存储罐布置在地下。由煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。本实用新型提出将钢制高压空气存储罐布置在地下或将废弃煤矿井加以密封加固改造作为高压空气存储装置。由煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。

Description

一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统

技术领域

本实用新型属于综合能源供应系统技术领域，涉及一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统。

背景技术

随着电力构成及能源结构的优化调整及转型，煤电机组的定位由当前的电源、电量主体逐渐向提供有价值电量的主体转型，在通过技术改造及运行调整提升运行灵活性之外，增设储能是解决新能源高比例消纳问题的有效途径；同时以高参数、高效率、大容量的热电联产集中供热的方式，承担社会低成本的用热、用冷及用能需求。

现阶段，煤电机组灵活性调峰和宽负荷稳定供热(汽)的强耦合特性，导致电网对煤电机组调峰调频需求和用户对热的品质及量的稳定需求难以有效兼顾，煤电机组低电负荷供热(汽)能力不足问题是制约煤电可持续发展以及供热市场健康有序发展的关键因素之一。现有方案有高低旁联合供热技术改造以及设置热水储罐，前者旁路原应进入高压缸和中压缸做功发电的锅炉出口蒸汽，经减温减压后用于对外供热，保热调电能力大为提升，但存在较为明显的蒸汽高频低用现象，能量损失较为严重，经济性极差；后者在高电-热负荷阶段将富裕热能以热水的形式存储在钢制罐体内，低电负荷供热能力不足阶段作为补充，但存在电网长期连续调峰条件的适应性差、功能受限等缺点。目前尚未有兼顾经济性、功能连续稳定性的电、热双向宽域调节技术。

再者，现阶段“煤电机组+工业园区”的组合中，工业园区企业所需的不同等级的蒸汽由煤电机组供给，但工业用冷、工业用带压空气等多为各企业分散独立建设，系统复杂，缺乏整体统筹规划。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，本系统在煤电机组周边建设集中工业园区，并设置压缩空气储能系统，向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，包括：

煤电机组，所述煤电机组包括锅炉，锅炉的蒸汽依次高压缸、中压缸和低压缸进入凝汽器，凝汽器的凝结水依次经凝结水泵、低压加热器组、高压加热器组后进入锅炉吸热；高压缸、中压缸和低压缸同轴连接，驱动发电机发电；

高压缸，所述高压缸的排汽经锅炉二次提温后，一部分进入中压缸做功，第一部分输送至用户、第二部分输送至第一级蒸汽透平、第三部分输送至第二级蒸汽透平；

第一级蒸汽透平，所述第一级蒸汽透平的排汽一部分输送至用户，第二部分输送至汽水换热器进行换热，第三部分输送至空气加热器进行换热；第一级蒸汽透平用于驱动电机发电和驱动第一级空气压缩机；

第二级蒸汽透平，所述第二级蒸汽透平的排汽与第一级蒸汽透平的排汽汇合；第二级蒸汽透平用于驱动第二级空气压缩机；

第一级空气压缩机，所述第一级空气压缩机的压缩空气经第一级空气冷却器换热后进入第二级空气压缩机；

第二级空气压缩机，所述第二级空气压缩机的压缩空气经第二级空气冷却器后进入空气存储装置；

空气存储装置，所述空气存储装置中的空气经空气加热器输送至空气透平发电机组发电。

本实用新型进一步的改进在于：

所述低压加热器组于高压加热器组之间还设置有除氧器和给水泵组。

所述凝汽器上还连接有除盐水补水泵，用于补充除盐水。

所述用户处设置有换热站和换冷站，第一级空气冷却器和第二级空气冷却器冷侧出口的循环水汇合后输送至汽水换热器中，汽水换热器的一部分循环水输送至换热站换热，另一部分进入制冷热泵换热；换热站和制冷热泵换热后的循环水经循环水泵分别返回第一级空气冷却器和第二级空气冷却器的冷侧入口。

所述空气加热器的热源来自第一级蒸汽透平的部分排汽，换热后的疏水返回煤电机组。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在煤电机组周边建设集中工业园区，并设置压缩空气储能系统。可将废弃煤矿井加以密封加固改造作为高压空气存储装置；否则需建设钢制高压空气存储罐，为避免占地，本实用新型提出将钢制高压空气存储罐布置在地下。由煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统实施例的示意图。

其中：1-锅炉，2-高压缸，3-中压缸，4-低压缸，5-凝汽器，6-凝结水泵，7-低压加热器组，8-除氧器，9-给水泵组，10-高压加热器组，11-除盐水补水泵，12-第一级蒸汽透平，13-离合齿轮箱，14-电机，15-第一级空气压缩机，16-第一级空气冷却器，17-第二级空气压缩机，18-齿轮联轴器，19-第二级蒸汽透平，20-第二级空气冷却器，21-空气存储装置，22-空气加热器，23-空气透平发电机组，24-换热站，25-换冷站，26-汽水换热器，27-制冷热泵，28-循环水泵，29-中压缸进汽阀门组，30-46阀门组。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型实施例公开了一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，包括煤电机组，第一级蒸汽透平12，第二级蒸汽透平19，第一级空气压缩机15，第二级空气压缩机17和空气存储装置21。

煤电机组包括锅炉1，锅炉1的蒸汽依次高压缸2、中压缸3和低压缸4进入凝汽器5，凝汽器5的凝结水依次经凝结水泵6、低压加热器组7、高压加热器组10后进入锅炉1吸热；高压缸2、中压缸3和低压缸4同轴连接，驱动发电机发电；

高压缸2的排汽经锅炉1二次提温后，一部分进入中压缸3做功，第一部分输送至用户、第二部分输送至第一级蒸汽透平12、第三部分输送至第二级蒸汽透平19；第一级蒸汽透平12的排汽一部分输送至用户，第二部分输送至汽水换热器26进行换热，第三部分输送至空气加热器22进行换热。

第一级蒸汽透平12用于驱动电机14发电和拖动第一级空气压缩机15做功；第二级蒸汽透平19的排汽与第一级蒸汽透平12的排汽汇合；第二级蒸汽透平19用于驱动第二级空气压缩机17；第一级空气压缩机15的压缩空气经第一级空气冷却器16换热后进入第二级空气压缩机17；第二级空气压缩机17的压缩空气经第二级空气冷却器20后进入空气存储装置21；空气存储装置21中的空气经空气加热器22输送至空气透平发电机组23发电。低压加热器组7与高压加热器组10之间还设置有除氧器8和给水泵组9。凝汽器5上还连接有除盐水补水泵11，用于补充除盐水。

用户处设置有换热站24和换冷站25，第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20冷侧出口的循环水汇合后输送至汽水换热器26中，汽水换热器26的一部分循环水输送至换热站24换热，另一部分进入制冷热泵27放热，驱动制热泵做功制冷，冷水进入换冷站25换冷后的热水再进入制冷热泵27；换热站24和制冷热泵25换热后的循环水经循环水泵28分别返回第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20的冷侧入口。空气加热器22的热源来自第一级蒸汽透平12的部分排汽，换热后的疏水返回煤电机组。

本实用新型的原理：

煤电机组周边建设集中工业园区，并设置压缩空气储能系统。可将废弃煤矿井加以密封加固改造作为高压空气存储装置；否则需建设钢制高压空气存储罐，为避免占地，本实用新型提出将钢制高压空气存储罐布置在地下。由煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。

锅炉1出口新蒸汽经过高压缸2做功后返回锅炉1再热器，二次提温后，再进入中压缸3和低压缸4，做功驱动发电机发电，低压缸4排汽进入凝汽器5冷凝，依次流经凝结水泵6、低压加热器组7、除氧器8，再经过给水泵组9和高压加热器组10后进入锅炉1吸热，完成煤电机组汽水热力系统循环。高压空气储能发电系统包括依次连通的第一级空气压缩机15、第一级空气冷却器16、第二级空气压缩机17、第二级空气冷却器20、空气存储装置21、空气加热器22和空气透平发电机组23。

压缩储能系统由第一级空气压缩机15、第二级空气压缩机17和空气存储装置21组成。空气经第一级空气压缩机15加压后，在第一级空气冷却器16中将热能传递给循环水泵28出水，以中压低温的状态进入第二级空气压缩机17进一步加压，在第二级空气冷却器20中将热能传递给循环水泵28出水，以高压低温的状态进入空气存储装置21。第一级空气压缩机15由电机14和第一级蒸汽透平12共同汽动双动力驱动，第一级空气压缩机15、电机14和第一级蒸汽透平12之间设置有离合齿轮箱13。第二级空气压缩机17由第二级蒸汽透平19通过齿轮联轴器18同轴驱动。第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19的汽源取自煤电机组中压缸29进汽母管，排汽有三路：1路通过阀门组30进入低压供汽母管，1路通过阀门组36进入汽水换热器26，一路经阀门组45进入空气加热器22。

膨胀释能发电系统由空气加热器22和空气透平发电机组23组成。空气存储装置出口的高压低温空气经空气加热器22加热升温后，以高压高温的状态进入空气透平发电机组23膨胀做功，排气进入大气环境。

煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，向工业园区提供一条高压供汽管线和一条低压供汽管线，园区各企业根据自身压力需求进行汽源选择。其中高压供汽取自煤电机组中压缸3进汽母管，低压供汽取自第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19排汽母管。

煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，向工业园区提供一条高压空气管线和一条低压空气管线，园区各企业根据自身压力需求进行汽源选择。其中高压空气取自空气存储装置21，低压空气取自第一级空气冷却器16出口。

煤电机组耦合缩空气储能的综合能源供应系统，向工业园区提供热能。换热站24出口的低温循环水经循环水泵28加压后，以并联方式分别进入第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20吸收空气热量后混合，再进入汽水换热器26吸收第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19的排汽余热，再进入换热站24。

煤电机组耦合缩空气储能的综合能源供应系统，向工业园区提供冷能。制冷热泵27由汽水换热器26出口热水驱动，向换冷站25提供冷水。

本实用新型的工作过程：

1)压缩储能过程的运行方式：

阀门29、32、33、34、35、36、44开启。

阀门30、31、41、42开启与否以及开度大小，根据工业园区企业用气、用汽需求确定。

阀门37、38、39、40的开启与否以及开度大小，根据工业园区企业冷、热需求确定。

阀门43、45、46关闭。

第一级空气压缩机15由第一级蒸汽透平12和电机14双动力源共同驱动。

电网要求煤电机组降出力运行，参与深度调峰。煤电锅炉1维持最小稳定燃烧负荷运行，同时空气储能系统的压缩储能环节开启：中压缸3进汽母管抽汽，进入高压供汽管线、第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19，驱动第一级空气压缩机15和第二级空气压缩机17做功，排汽经通过阀门组30进入低压供汽母管，以及经阀门组36进入汽水换热器26，此时阀门组45关闭。中压缸进汽阀门组29参与调整以调节蒸汽压力。空气经第一级空气压缩机15和第二级空气压缩机17梯级加压后进入空气存储装置21。

向工业园区单一集中供热时，阀门组37、38关闭，阀门组39、40开启。换热站24出口的低温循环水经循环水泵28加压后，以并联方式分别进入第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20吸收空气热量后混合，再进入汽水换热器26吸收第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19的排汽余热，再进入换热站24。

向工业园区单一集中供冷时，阀门组37、38开启，阀门组39、40关闭。制冷热泵27出口低温水经循环水泵28加压后，以并联方式分别进入第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20吸收空气热量后混合，再进入汽水换热器26吸收第一级蒸汽透平12和第二级蒸汽透平19的排汽余热，再进入制冷热泵27。

向工业园区同时供热和供冷时，阀门组37、38、39和40开启，调整阀门38和40的开度以调节供热和供冷量。

2)膨胀释能发电过程的运行方式：

阀门29、32、33、36、43、45开启。

阀门31、30、41、46的开启与否以及开度大小，根据工业园区企业用气、用汽需求确定。

阀门37、38、39、40的开启与否以及开度大小，根据工业园区企业冷、热需求确定。

阀门34、35、42、44关闭。

空气存储装置21出口的高压常温空气经阀门组43进入空气加热器22升温后，进入空气透平发电机组22做功，排气进入大气环境。

第一级空气压缩机15、第二级空气压缩机17和第二级蒸汽透平19停运。

电机14转化为发电机状态，第一级蒸汽透平12运行，拖动电机14发电。

第一级蒸汽透平12排汽，1路经阀门组45进入空气加热器22，一路经阀门组30进入低压供汽母管，1路通过阀门组36进入汽水换热器26。

空气存储装置21出口的高压空气，部分经阀门组46进入低压空气管线。

向工业园区单一集中供热时，阀门组37、38关闭，阀门组39、40开启。换热站24出口的低温循环水经循环水泵28加压后，以并联方式分别进入第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20后，再进入汽水换热器26吸收第一级蒸汽透平12排汽余热，再进入换热站24。

向工业园区单一集中供冷时，阀门组37、38开启，阀门组39、40关闭。制冷热泵27出口热水经经循环水泵28加压后，以并联方式分别进入第一级空气冷却器16和第二级空气冷却器20后，再进入汽水换热器26吸收第一级蒸汽透平12排汽余热，再进入制冷热泵27。

向工业园区同时供热和供冷时，阀门组37、38、39和40开启，调整阀门38和40的开度以调节供热和供冷量。

本实用新型提出的一种基于煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，具体为在煤电机组周边建设集中工业园区，并设置压缩空气储能系统。可将废弃煤矿井加以密封加固改造作为高压空气存储装置；否则需建设钢制高压空气存储罐，为避免占地，本实用新型提出将钢制高压空气存储罐布置在地下。由煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统向工业园区全周期供给电力、不同压力和温度等级的蒸汽、不同压力等级的空气、热水、冷等多种服务。本实用新型提出的源网荷储一体化理念，满足工业园区对电、热、冷、汽、气等多种能源的时、域和量的差异化需求，通过整体统筹和规划，降低建设投资，避免了电、热、冷、汽、气等多种能源在传输及转化环节的能量浪费，有利于清洁绿色城市发展和全社会节能降耗。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，其特征在于，包括：

煤电机组，所述煤电机组包括锅炉(1)，锅炉(1)的蒸汽依次高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)进入凝汽器(5)，凝汽器(5)的凝结水依次经凝结水泵(6)、低压加热器组(7)、高压加热器组(10)后进入锅炉(1)吸热；高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)同轴连接，驱动发电机发电；

高压缸(2)，所述高压缸(2)的排汽经锅炉(1)二次提温后，一部分进入中压缸(3)做功，第一部分输送至用户、第二部分输送至第一级蒸汽透平(12)、第三部分输送至第二级蒸汽透平(19)；

第一级蒸汽透平(12)，所述第一级蒸汽透平(12)的排汽一部分输送至用户，第二部分输送至汽水换热器(26)进行换热，第三部分输送至空气加热器(22)进行换热；第一级蒸汽透平(12)用于驱动电机(14)发电和驱动第一级空气压缩机(15)；

第二级蒸汽透平(19)，所述第二级蒸汽透平(19)的排汽与第一级蒸汽透平(12)的排汽汇合；第二级蒸汽透平(19)用于驱动第二级空气压缩机(17)；

第一级空气压缩机(15)，所述第一级空气压缩机(15)的压缩空气经第一级空气冷却器(16)换热后进入第二级空气压缩机(17)；

第二级空气压缩机(17)，所述第二级空气压缩机(17)的压缩空气经第二级空气冷却器(20)后进入空气存储装置(21)；

空气存储装置(21)，所述空气存储装置(21)中的空气经空气加热器(22)输送至空气透平发电机组(23)发电。

2.根据权利要求1所述的一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，其特征在于，所述低压加热器组(7)于高压加热器组(10)之间还设置有除氧器(8)和给水泵组(9)。

3.根据权利要求1所述的一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，其特征在于，所述凝汽器(5)上还连接有除盐水补水泵(11)，用于补充除盐水。

4.根据权利要求1所述的一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，其特征在于，所述用户处设置有换热站(24)和换冷站(25)，第一级空气冷却器(16)和第二级空气冷却器(20)冷侧出口的循环水汇合后输送至汽水换热器(26)中，汽水换热器(26)的一部分循环水输送至换热站(24)换热，另一部分进入制冷热泵(27)换热；换热站(24)和制冷热泵(27)换热后的循环水经循环水泵(28)分别返回第一级空气冷却器(16)和第二级空气冷却器(20)的冷侧入口。

5.根据权利要求1所述的一种煤电机组耦合压缩空气储能的综合能源供应系统，其特征在于，所述空气加热器(22)的热源来自第一级蒸汽透平(12)的部分排汽，换热后的疏水返回煤电机组。

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