CN218894745U - 一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，涉及新能源压缩空气储能技术领域，该系统包括：太阳能光热耦合的压缩空气储能系统、燃煤电站回热系统两个部分。其中，电网负荷低谷期，电网过剩电能压缩空气并储存在储气罐内，同时利用给水回热系统回收空气压缩时产生的热量；电网负荷高峰期，储气罐释放压缩空气，依次通过空气膨胀机的高温排气、给水回热系统和太阳能光热进行预热，然后在空气膨胀机中做功，提供更多电负荷。综上，整个系统借助回热系统将燃煤发电与太阳能光热耦合的压缩空气储能系统进行了紧密的结合，实现了储能，并提升了压缩空气的做功能力，提升了系统的热利用率，实现了能量梯级利用，简化了系统相关设备。

Description

一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统

技术领域

本实用新型涉及新能源压缩空气储能技术领域，特别涉及一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，具体涉及一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，电网的电力负荷峰谷差逐渐加大，同时用户对基本用电电能质量的要求也越来越高，因此必须采取相应的措施，对电网中的不平衡负荷进行调整，从而起到保证电力系统稳定运行，满足用户需求的目的，即需要对电力负荷进行调峰。

通常情况下，电网依赖火电机组、燃气轮机机组等发电机组进行调峰。对发电机组进行配置时，预留负荷余量，即机组均工作于非满负荷的低效运行状态。在用电高峰时，提高发电机组出力，保证客户用电；在用电低谷时，降低机组的出力，达到电源侧及负荷侧的平衡；即依靠频繁调整负荷的方式进行电网调峰。这样的调峰状态不仅不经济、高效，同时也不利于机组的安全稳定运行。

近年来蓬勃发展的储能技术可以将用电低谷时电网中多余电能储存起来，在电网用电高峰时再将存储的电能以合理的方式释放出来，从而达到调峰/削峰填谷的目的。压缩空气储能对地理条件无特殊要求，并具有建造成本低，响应速度快，使用寿命长，储能容量大等特点，但传统的压缩空气储能也存在充放电效率较低、对化石能源具有依赖性的缺点。耦合新能源的绝热压缩空气系统作为新一代压缩空气技术，从提出这一概念以来就受到学术界的广泛关注。相比传统的压缩空气储能系统，它具有更高的充放电效率，并且避免了化石燃料的使用，是一种具有推广应用前景的大规模储能技术。

针对我国燃煤发电机组，提出燃煤电站储能优化运行，即燃煤电站热力系统与太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，储存利用电网负荷低谷期时电网中的过剩电能。这种新提出的系统，通过燃煤电站热力系统和压缩空气系统的布置，对于燃煤电站热力系统而言，在电网负荷低谷期时，将电网中过剩电能以压缩空气机械能的形式储存在储气罐中，利用热力系统中部分凝结水来吸收空气压缩时所释放出的热量，同时为燃煤电站热力系统提供部分锅炉给水。实现了部分锅炉给水的供给、简化了燃煤电站热力系统设备，同时又提高了燃煤发电机组的调峰能力。在白天电网负荷高峰期时，释放压缩空气进入空气膨胀机做功发电，可以有效提升汽轮机组的发电能力，提高了汽轮机组的调峰能力。利用热力系统中部分锅炉给水来加热高压空气，利用太阳能光热再次加热高压空气，提升压缩空气的做功能力，同时将这部分锅炉给水回收为系统凝结水。

实用新型内容

本实用新型公开了一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统。该系统主要包括空气压缩机、空气冷却器、储气室、空气加热器、空气膨胀机、太阳能集热板等设备。本实用新型在电网负荷低谷期利用电网中的过剩电能驱动空气压缩机对空气压缩，将压缩空气储存在储气罐内，将利用热力系统中部分凝结水来吸收空气压缩时所释放出的热量，同时为燃煤电站热力系统提供部分锅炉给水；在白天电网负荷高峰期用电负荷高时，释放压缩空气进入空气膨胀机做功发电，增加机组的出功能力。通过空气压缩机的高温排气来预热从储气罐中释放的高压空气，利用热力系统中部分锅炉给水来加热高压空气，并利用太阳能光热再次加热高压空气，提升压缩空气的做功能力，同时将这部分锅炉给水回收为系统凝结水。通过本实用新型，可有效提升燃煤电站机组调峰能力、简化电站回热系统的相关设备，提升系统的热经济性。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，太阳能光热耦合的压缩空气储能系统主要包括空气压缩机、空气冷却器、减压阀、储气罐、1#空气加热器、2#空气加热器、太阳能加热器、空气膨胀机；其特征在于，所述的系统中，电动机与空气压缩机串联，空气压缩机与空气冷却器热端入口连接，热端出口与减压阀入口连接，空气冷却器冷端入口通过阀门I和动力泵与凝汽器出口连接，冷端出口与1#高压加热器出口连接，减压阀与储气罐连接，储气罐与1#空气加热器连接，1#空气加热器热端入口通过2#阀门与1#高压加热器出口连接，热端出口与凝汽器出口连接，1#空气加热器、2#空气加热器和太阳能加热器串联，太阳能集热器为太阳能加热器提供太阳能光热，太阳能加热器出口与空气膨胀机入口相连，空气膨胀机出口的乏气经1#空气加热器的热端，直接排放至大气环境，空气膨胀机与发电机串联。电站回热系统主要包括1#高压加热器、2#高压加热器、3#高压加热器、给水泵、除氧器、5#低压加热器、6#低压加热器、7#低压加热器、8#低压加热器、凝结水泵、凝汽器；乏汽在凝汽器中凝结成水后依次经过凝结水泵、8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器、给水泵、3#高压加热器3、2#高压加热器、1#高压加热器，最后前往电站锅炉。

所述的系统在电网负荷低谷期时，电动机利用电网的过剩电能驱动空气压缩机压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐。将电网中过剩电能以压缩空气的形式储存在储气罐中，提高燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，提高了电网系统的能量利用效率。

所述的系统在用电负荷低时，将空气压缩机压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器来加热电站回热系统中的部分凝结水，并为燃煤电站锅炉输送部分锅炉给水。优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备。

所述的系统在用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机做功，带动发电机发电。提升燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，增强了电网的负荷与频率的稳定性。

所述的系统在用电负荷高时，利用电站回热系统中的部分锅炉给水通过1#压缩空气加热器来加热压缩空气，同时回收这部分锅炉给水为燃煤电站热力系统凝结水。优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备。

所述的系统在白天用电负荷高时，#2压缩空气加热器利用太阳能集热器吸收的太阳能光热再次加热储气罐中释放的压缩空气，提升了压缩空气的做功能力。有效利用了太阳能光热，提升了系统的热经济性。

本实用新型具有以下优点和效果：

1)利用了电网负荷低谷期时电网中的过剩电能将空气压缩，储存在储气罐中，原本在电网负荷低谷期会被浪费的电能被有效储存起来，节约了能量，提高了整个电网的能量利用效率；

2)利用了压缩空气的热能，用于加热燃煤电站热力系统中部分凝结水，提供了部分锅炉给水，优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备；

3)当系统在电网用电负荷高时，利用加热燃煤电站热力系统中部分锅炉给水来加热压缩空气，提升了压缩空气的做功能力，同时将这部分锅炉给水回收为热力系统凝结水，优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备；

4)当系统在电网用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机做功，带动电动机产生更多电能。提升燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，增强了电网的负荷与频率的稳定性。

5)当系统在白天电网用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机做功，利用太阳能光热再次加热压缩空气，提升了压缩空气的做功能力，同时将这部分锅炉给水回收为热力系统凝结水，提升了系统的热效率，简化了系统相关设备；

附图说明

图1一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统。

图中：1-电动机；2-空气压缩机；3-压缩空气放热器；4-减压阀；5-储气罐；6-1#压缩空气加热器；7-2#压缩空气加热器；8-空气膨胀机；9-发电机；10-1#高压加热器；11-2#高压加热器；12-3#高压加热器；13-给水泵；14-除氧器；15-5#低压加热器；16-6#低压加热器；17-7#低压加热器；18-8#低压加热器；19-凝结水泵；20-凝汽器；21-汽轮机低压缸；22-汽轮机中压缸；23-汽轮机高压缸；24-锅炉；25-1#阀门；26-动力泵；27-2#阀门；28-太阳能加热器；29-太阳能集热器。

具体实施方式

本实用新型提出了一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，下面结合附图和实例给予说明。

如图1所示的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，太阳能光热耦合的压缩空气储能系统主要包括空气压缩机2、压缩空气放热器3、减压阀4、储气罐5、1#压缩空气加热器6、2#压缩空气加热器7、太阳能集热器29、空气膨胀机8；其特征在于，所述的系统中，电动机1与空气压缩机2串联，空气压缩机2与压缩空气放热器3连接，压缩空气放热器3与减压阀4连接，电站回热系统部分凝结水进入压缩空气放热器3吸热，并与电站回热系统锅炉给水管道连接，减压阀4与储气罐5连接，储气罐5与1#压缩空气加热器6连接，电站回热系统部分锅炉给水进入1#压缩空气加热器，并与电站回热系统凝结水管道连接，1#压缩空气加热器6与2#压缩空气加热器7串联，太阳能集热器29为太阳能加热器28提供太阳能光热，太阳能加热器28与空气膨胀机8相连，空气膨胀机8与发电机9串联。电站回热系统主要包括1#高压加热器10、2#高压加热器11、3#高压加热器12、给水泵13、除氧器14、5#低压加热器15、6#低压加热器16、7#低压加热器17、8#低压加热器18、凝结水泵19、凝汽器20；乏汽在凝汽器20中凝结成水后依次经过凝结水泵19、8#低压加热器18、7#低压加热器17、6#低压加热器16、5#低压加热器15、除氧器14、给水泵13、3#高压加热器12、2#高压加热器11、1#高压加热器10，最后前往电站锅炉24。

所述的系统在电网负荷低谷期时，电动机1利用电网的过剩电能驱动空气压缩机2压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐5。将电网中过剩电能以压缩空气的形式储存在储气罐中，提高燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，提高了电网系统的能量利用效率。

所述的系统在用电负荷低时，将空气压缩机2压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器3来加热电站回热系统中的部分凝结水，并为燃煤电站锅炉输送部分锅炉给水。优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备。

所述的系统在用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机8做功，带动发电机9发电。提升燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，增强了电网的负荷与频率的稳定性。

所述的系统在用电负荷高时，利用电站回热系统中的部分锅炉给水通过2#空气加热器7来加热压缩空气，同时回收这部分锅炉给水为燃煤电站热力系统凝结水。提升了系统的热效率，简化了系统相关设备。

所述的系统利用空气膨胀机8的高温排气，在#1空气加热器6中预热储气罐5中释放的压缩空气，提升了压缩空气的做功能力。有效利用了系统的低品位能源，实现了系统能量梯级利用。

所述的系统在白天用电负荷高时，太阳能加热器28利用太阳能集热器29吸收的太阳能光热再次加热储气罐5中释放的压缩空气，提升了压缩空气的做功能力。有效利用了太阳能光热，提升了整个系统的经济性。

下面结合实施例对具体控制过程进行举例说明：

当系统在电网负荷低谷期的工况下运行时，利用电网中的过剩电能驱动电动机1，带动空气压缩机2对空气压缩，将压空气储存在储气罐5内，同时利用给水回热系统中的部分凝结水回收空气压缩时产生的热量，并为电站回热系统提供部分锅炉给水；当系统在白天电网负荷高峰期工况下运行时，释放储气罐5中的压缩空气，在空气膨胀机8中做功，提供更多电负荷，通过空气膨胀机8的高温排气来预热从储气罐5中释放的压缩空气，同时利用给水回热系统中的部分锅炉给水来加热压缩空气，利用太阳能光热再次加热压缩空气，提升压缩空气在空气膨胀机8中的做功能力，同时将这部分锅炉给水回收为电站回热系统凝结水。

该系统通过燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气储存在储气罐中，利用回热系统部分凝结水回收了空气压缩时产生的热量，用于热力系统给水加热，在白天电网负荷高峰期释放压缩空气，通过空气膨胀机高温排气预热，利用部分锅炉给水和太阳能光热逐级加热压缩空气，提升压缩空气的做功能力，同时回收这部分锅炉给水为电站回热系统凝结水。提升了系统的热利用率，实现了能量梯级利用，简化了系统相关设备。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，该系统主要包括太阳能光热耦合的压缩空气储能系统和燃煤电站回热系统，太阳能光热耦合的压缩空气储能系统主要包括空气压缩机(2)、压缩空气放热器(3)、减压阀(4)、储气罐(5)、1#空气加热器(6)、2#空气加热器(7)、太阳能加热器(28)、空气膨胀机(8)；其特征在于，所述的系统中，电动机(1)与空气压缩机(2)串联，空气压缩机(2)与压缩空气放热器(3)热端入口连接，热端出口与减压阀(4)入口连接，压缩空气放热器(3)冷端入口通过阀门I1#阀门(25)和动力泵(26)与凝结水泵(19)出口连接，冷端出口与1#高压加热器(10)出口连接，减压阀(4)与储气罐(5)连接，储气罐(5)与1#空气加热器(6)连接，1#空气加热器(6)热端入口通过2#阀门(27)与1#高压加热器(10)出口连接，热端出口与凝结水泵(19)出口连接，1#空气加热器(6)、2#空气加热器(7)和太阳能加热器(28)串联，太阳能集热器(29)为太阳能加热器(28)提供太阳能光热，太阳能加热器(28)出口与空气膨胀机(8)入口相连，空气膨胀机(8)出口的乏气经1#空气加热器(6)的热端，直接排放至大气环境，空气膨胀机(8)与发电机(9)串联，电站回热系统主要包括1#高压加热器(10)、2#高压加热器(11)、3#高压加热器(12)、给水泵(13)、除氧器(14)、5#低压加热器(15)、6#低压加热器(16)、

7#低压加热器(17)、8#低压加热器(18)、凝结水泵(19)、凝汽器(20)；汽轮机低压缸排汽在凝汽器(20)中凝结成水后依次经过凝结水泵(19)、8#低压加热器(18)、7#低压加热器(17)、6#低压加热器(16)、5#低压加热器(15)、除氧器(14)、给水泵(13)、3#高压加热器(12)、2#高压加热器(11)、1#高压加热器(10)，最后前往电站锅炉。

2.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统在电网负荷低谷期时，电动机(1)利用电网的过剩电能驱动空气压缩机(2)压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐(5)，将电网中过剩电能以压缩空气的形式储存在储气罐中，提高燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，提高了电网系统的能量利用效率。

3.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统在用电负荷低时，将空气压缩机(2)压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器(3)来加热电站回热系统中的部分凝结水，并为燃煤电站锅炉输送部分锅炉给水，优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备。

4.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统在用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机(8)做功，带动发电机(9)发电，提升燃煤电站机组应对负荷变化的灵活性，降低燃煤机组的调峰损耗，增强了电网的负荷与频率的稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统在用电负荷高时，利用电站回热系统中的部分锅炉给水通过2#空气加热器(7)来加热压缩空气，同时回收这部分锅炉给水为燃煤电站热力系统凝结水，

优化了系统的热利用率，简化了系统相关设备。

6.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统利用空气膨胀机(8)的高温排气，在#1空气加热器(6)中预热储气罐(5)中释放的压缩空气，提升了压缩空气的做功能力，有效利用了系统的低品位能源，实现了系统能量梯级利用。

7.根据权利要求1所述的一种与燃煤发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述的系统在白天用电负荷高时，太阳能加热器(28)利用太阳能集热器(29)吸收的太阳能光热再次加热储气罐(5)中释放的压缩空气，提升了压缩空气的做功能力，有效利用了太阳能光热，提升了整个系统的经济性。

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