CN217582258U - 一种火电机组耦合二氧化碳储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种火电机组耦合二氧化碳储能系统，属于储能发电技术领域，包括：火电机组、储能系统和释能系统；火电机组包括除氧器、凝结水泵和给水泵；储能系统包括低压储罐、压缩机、电动机和高压储罐；释能系统包括透平和发电机。本实用新型提供的火电机组耦合二氧化碳储能系统，以二氧化碳的气液相变为基础，平滑了火电机组的发电负荷曲线，将电网负荷低谷期的火电发电量储存起来，在用电高峰期释放出来，实现了电网侧的削峰填谷、灵活发电，同时可大幅减少可再生能源发电中的“弃风弃光”现象，提升可再生能源发电的利用率，减少碳排放。

Description

一种火电机组耦合二氧化碳储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能发电技术领域，具体涉及一种火电机组耦合二氧化碳储能系统。

背景技术

新能源发电受环境影响较大，发电量不稳定给电网的安全运行带来隐患。在光照较足、风力较大的天气下，新能源发电量充足，传统燃煤发电需要深度调峰以保证新能源发电量的充分利用；在云层较厚、风力较小的天气下，新能源发电量较少，传统燃煤发电需要保持高负荷发电以满足用户侧需求。因此，燃煤机组每日的发电负荷存在较大波动，且峰谷差越来越大，而燃煤机组频繁调峰将严重影响机组运行安全性和经济性，造成叶片水蚀甚至断裂、运行能耗大幅提高等问题。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中受新能源发电不稳定影响，燃煤机组频繁调峰影响机组运行安全性和经济性，造成叶片水蚀甚至断裂、运行能耗大幅提高等缺陷，从而提供一种火电机组耦合二氧化碳储能系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种火电机组耦合二氧化碳储能系统，包括：

火电机组、储能系统和释能系统；

所述火电机组包括除氧器、凝结水泵和给水泵，所述凝结水泵的出口与除氧器的进口连通，所述除氧器出口与给水泵的进口连通；

所述储能系统包括低压储罐、压缩机、电动机和高压储罐，所述压缩机安装在所述电动机的驱动端上，所述电动机适于与所述火电机组连接，所述压缩机的进口与低压储罐连通，所述压缩机的出口与高压储罐连通；

所述释能系统包括透平和发电机，所述透平与发电机同轴连接，所述透平进口与高压储罐连通，所述透平出口与低压储罐连通。

可选的，还包括有压缩换热器，位于所述压缩机的出口与高压储罐之间的管路上；

所述压缩机的出口与压缩换热器的热源侧入口连通，所述压缩换热器的热源侧出口与所述高压储罐连通。

可选的，所述凝结水泵的出口与所述压缩换热器冷源侧入口连通，所述压缩换热器冷源侧出口与所述除氧器进口连通。

可选的，还包括膨胀换热器，位于所述高压储罐与透平进口之间的管路上；

所述高压储罐与所述膨胀换热器冷源侧入口连通，所述膨胀换热器冷源侧出口与所述透平进口连通。

可选的，还包括有四段抽汽管路，与所述膨胀换热器热源侧入口连通，所述膨胀换热器热源侧出口与所述给水泵进口连通。

可选的，还包括有冷却换热器，位于所述低压储罐与压缩机进口之间的管路上；

所述低压储罐与所述冷却换热器冷源侧入口连通，所述冷却换热器冷源侧出口与所述压缩机进口连通。

可选的，所述透平出口与低压储罐之间的管路穿过所述冷却换热器热源侧。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的火电机组耦合二氧化碳储能系统，储能状态时，低压储罐内的液态二氧化碳通过冷却换热器吸热气化，进入压缩机升压至超临界态，压缩热通过火电机组的凝结水吸收至机组内，超临界二氧化碳储存在高压储罐内；释能状态时，高压储罐内的二氧化碳经机组抽汽加热后，进入透平做功，对外供电，透平出口的二氧化碳经冷却换热器降温至液态，储存在低压储罐内。以二氧化碳的气液相变为基础，一方面平滑了火电机组的发电负荷曲线，将电网负荷低谷期的火电发电量储存起来，在用电高峰期释放出来，实现了电网侧的削峰填谷、灵活发电，同时可大幅减少可再生能源发电中的“弃风弃光”现象，提升可再生能源发电的利用率，减少碳排放；另一方面减小能量存储工质所占用的体积，降低设备的温度等级要求，同时节约了动力设备费用，提高了安全可靠性，工程应用前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的火电机组耦合二氧化碳储能系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、高压加热器；2、给水泵；3、除氧器；4、低压加热器；5、凝结水泵；6、压缩机；7、压缩换热器；8、低压储罐；9、冷却换热器；10、电动机；11、高压储罐；12、透平；13、膨胀换热器；14、发电机；15、四段抽汽管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实施例提供了火电机组耦合二氧化碳储能系统的一种具体的实施方式，如图1所示，包括火电系统、储能系统和释能系统。其中，火电系统包括低压加热器4、除氧器3、高压加热器1、凝结水泵5和给水泵2，凝结水泵5适于与凝汽器连通，接收凝汽器输送的凝结水，凝结水泵5的出口与除氧器3的进口连通，并且低压加热器4位于凝结水泵5与除氧器3之间的管路上，除氧器3的出口与给水泵2的进口连通，给水泵2的出口与高压加热器1的进口连通，高压加热器1的出口适于与锅炉连通；四段抽汽管路15与除氧器3连通。储能系统包括低压储罐8、冷却换热器9、压缩机6、压缩换热器7、电动机10和高压储罐11，压缩机6安装在电动机10的驱动端上，电动机10与火电系统电连接，电动机10可以接收火电系统输送的电力，带动压缩机6进行工作；压缩机6的进口与低压储罐8连通，冷却换热器9位于压缩机6与低压储罐8之间的管路上；压缩机6的出口与高压储罐11连通，压缩换热器7位于压缩机6与高压储罐11之间的管路上。释能系统包括透平12、膨胀换热器13和发电机14，发电机14与透平12同轴连接，透平12的进口与高压储罐11连通，膨胀换热器13位于透平12与高压储罐11之间的管路上；透平12的出口与低压储罐8连通，且透平12与低压储罐8之间的管路经过冷却换热器9。

具体的，压缩机6的出口与压缩换热器7热源侧入口连通，压缩换热器7热源侧出口与高压储罐11连通；高压储罐11与膨胀换热器13冷源侧入口连通，膨胀换热器13冷源侧出口与透平12进口连通；透平12出口与冷却换热器9热源侧入口连通，冷却换热器9热源侧出口与低压储罐8连通；低压储罐8与冷却换热器9冷源侧入口连通，冷却换热器9冷源侧出口与压缩机6进口连通。

本实施例中，凝结水泵5的出口与压缩换热器7的冷源侧进口连通，压缩换热器7的冷源侧出口与除氧器3的进口连通。四段抽汽管路15与膨胀换热器13的热源侧入口连通，膨胀换热器13热源侧出口与除氧器3出口连通。

储能状态时，低压储罐8内的液态二氧化碳通过冷却换热器9吸热气化，进入压缩机6升压至超临界态，压缩热通过火电机组的凝结水吸收至机组内，超临界二氧化碳储存在高压储罐11内；释能状态时，高压储罐11内的二氧化碳经机组抽汽加热后，进入透平12做功，对外供电，透平12出口的二氧化碳经冷却换热器9降温至液态，储存在低压储罐8内。以二氧化碳的气液相变为基础，一方面减小能量存储工质所占用的体积，降低设备的温度等级要求，同时节约了动力设备费用，提高了安全可靠性，工程应用前景广阔；另一方面平滑了火电机组的发电负荷曲线，将电网负荷低谷期的火电发电量储存起来，在用电高峰期释放出来，实现了电网侧的削峰填谷、灵活发电，同时可大幅减少可再生能源发电中的“弃风弃光”现象，提升可再生能源发电的利用率，减少碳排放。

具体的，根据二氧化碳的物性参数，冷却换热器9设置约7Mpa压力，使气态二氧化碳在30摄氏度左右即可实现液化。

本实施例中，透平12为膨胀机。

工作过程：

低压储罐8内的液态二氧化碳经冷却换热器9加热后变为气态，进入压缩机6内；

火电机组发出的多余电能带动压缩机6做功，对气态二氧化碳进行提压升温，使二氧化碳变为超临界态，同时压缩热通过压缩换热器7传递给凝结水泵5出口的凝结水，被加热的凝结水返回到除氧器3进口。此过程将电能转化为压力能和热能，升压后的超临界二氧化碳储存在高压储罐11内，热能直接回收至火电机组，完成储能过程；

高压储罐11内的超临界二氧化碳，经膨胀换热器13升温，膨胀换热器13的热源来自机组四段抽汽，降温后返回到给水泵2进口，升温后的二氧化碳进入透平12内膨胀做功，带动发电机14发电。此过程将压力能和热能转化为电能对外输出，压力能来自超临界态二氧化碳，热能来自机组四段抽汽，完成释能过程。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，包括：

火电机组、储能系统和释能系统；

所述火电机组包括除氧器(3)、凝结水泵(5)和给水泵(2)，所述凝结水泵(5)的出口与除氧器(3)的进口连通，所述除氧器(3)出口与给水泵(2)的进口连通；

所述储能系统包括低压储罐(8)、压缩机(6)、电动机(10)和高压储罐(11)，所述压缩机(6)安装在所述电动机(10)的驱动端上，所述电动机(10)适于与所述火电机组连接，所述压缩机(6)的进口与低压储罐(8)连通，所述压缩机(6)的出口与高压储罐(11)连通；

所述释能系统包括透平(12)和发电机(14)，所述透平(12)与发电机(14)同轴连接，所述透平(12)进口与高压储罐(11)连通，所述透平(12)出口与低压储罐(8)连通。

2.根据权利要求1所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括有压缩换热器(7)，位于所述压缩机(6)的出口与高压储罐(11)之间的管路上；

所述压缩机(6)的出口与压缩换热器(7)的热源侧入口连通，所述压缩换热器(7)的热源侧出口与所述高压储罐(11)连通。

3.根据权利要求2所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，所述凝结水泵(5)的出口与所述压缩换热器(7)冷源侧入口连通，所述压缩换热器(7)冷源侧出口与所述除氧器(3)进口连通。

4.根据权利要求1所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括膨胀换热器(13)，位于所述高压储罐(11)与透平(12)进口之间的管路上；

所述高压储罐(11)与所述膨胀换热器(13)冷源侧入口连通，所述膨胀换热器(13)冷源侧出口与所述透平(12)进口连通。

5.根据权利要求4所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括有四段抽汽管路(15)，与所述膨胀换热器(13)热源侧入口连通，所述膨胀换热器(13)热源侧出口与所述给水泵(2)进口连通。

6.根据权利要求1所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括有冷却换热器(9)，位于所述低压储罐(8)与压缩机(6)进口之间的管路上；

所述低压储罐(8)与所述冷却换热器(9)冷源侧入口连通，所述冷却换热器(9)冷源侧出口与所述压缩机(6)进口连通。

7.根据权利要求6所述的火电机组耦合二氧化碳储能系统，其特征在于，所述透平(12)出口与低压储罐(8)之间的管路穿过所述冷却换热器(9)热源侧。

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