CN219638903U - 一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，包括：依次连接的高压缸、中压缸和低压缸和第一发电机；储气室、压缩机组和膨胀机组，压缩机组的输入端通过第二调节阀连接至高压缸、中压缸和低压缸，输出端通过第四调节阀连接至储气室的输入口，膨胀机组的输入端通过第三调节阀连接至储气室的输出口，输出端连接至第二发电机。与现有技术相比，本实用新型利用火电机组提高压缩空气储能系统的效率，同时通过压缩空气储能技术提高机组的深度调峰能力以及降低机组的能耗，实现二者的优势互补，提高能源利用效率。

Description

一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统

技术领域

本实用新型涉及火力发电领域，尤其是涉及一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统。

背景技术

近年来新能源发电发展迅猛，新能源发电占比的不断提升导致火电机组调峰作用越来越明显，且对火电机组调峰的深度也提出了更高的要求。但是机组在调峰时负荷偏低，锅炉在低负荷运行时，存在燃烧器无法稳定燃烧、烟气温度低脱硝设备无法正常投入运行和过热蒸汽和再热蒸汽参数下降导致汽水侧运行安全等问题，影响火电机组的灵活性。而机组的经济性随负荷的降低逐渐降低，深度调峰时机组的能耗较常规负荷明显偏高。所以安全性和经济性两方面因素限制了火电机组的宽负荷深度调峰。

本领域技术人员迫切地期望开发一种可以在不降低机组负荷的情况下的低成本的调峰的发电热力系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，利用火电机组提高压缩空气储能系统的效率，同时通过压缩空气储能技术提高机组的深度调峰能力以及降低机组的能耗，实现二者的优势互补，提高能源利用效率。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，包括：

依次连接的高压缸、中压缸和低压缸和第一发电机；

储气室、压缩机组和膨胀机组，所述压缩机组的输入端通过第二调节阀连接至高压缸、中压缸和低压缸，输出端通过第四调节阀连接至储气室的输入口，所述膨胀机组的输入端通过第三调节阀连接至储气室的输出口，输出端连接至第二发电机。

所述压缩机组包括多个压缩机，以及与各压缩机一一对应的压缩机级间换热器，所述压缩机级间换热器的放热回路连接对应压缩机，吸热回路通过第五调节阀连接至高压缸、中压缸和低压缸。

所述压缩机级间换热器的放热回路的输入端连接对应压缩机的输出端，输出端连接至下一级压缩机的输入端。

所述压缩机共设有三级。

所述膨胀机组包括多个膨胀机，以及与各膨胀机一一对应的膨胀机级间换热器，所述膨胀机级间换热器的吸热回路连接至对应膨胀机，放热回路通过第六调节阀和第七调节阀连接至高压缸、中压缸和低压缸。

所述膨胀机级间换热器的吸热回路的出端连接对应膨胀机的输入端，输出端连接至上一级膨胀机的输出端。

所述膨胀机组的一端通过第一联轴器连接凝结水泵，另一端通过第二联轴器连接第二发电机。

所述膨胀机共设有三级。

所述压缩机组还包括电动机，所述电动机连接至压缩机。

所有调节阀均为电子受控阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、将火力发电机组与压缩空气储能系统进行耦合，可使部分机组发电量用于驱动压缩机做功，将调峰以外的多余电量转换成空气的压力能存储，使机组在较高负荷下运行并向电网供应较少的电量，还可以使高压缸排汽直接驱动膨胀机做功，使进入再热器的汽体量减少，降低了机组出力，在保证机组安全性的条件下增加了机组深度调峰能力。

2、压缩过程产生的压缩热量可以提高了最终给水温度，降低了机组热耗率；压缩空气储能系统的膨胀阶段可驱动凝结水泵工作，降低了厂用电率。

3、凝结水冷却压缩后的空气，使储气室可以存储更多的空气，抽汽加热进入膨胀机前的压缩空气，提升了空气的做功能力，压缩空气储能系统的效率得到了提升。

4、火电机组提高了压缩空气储能系统能量利用效率，同时压缩空气储能技术提高了机组的深度调峰能力以及降低机组的能耗，二者优势互补，提高了能源利用效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1、高压缸，2、中压缸，3、低压缸，4、第一发电机，5、凝汽器，6、凝结水泵，7、第一联轴器，8、多级膨胀机，9、第一调节阀，10、第二联轴器，11、第二发电机，12、膨胀机级间换热器，13、第二调节阀，14、第三调节阀，15、储气室，16、第四调节阀，17、压缩机，18、压缩机级间换热器，19、第五调节阀，20、电动机，21、第六调节阀，22、第七调节阀，23、除氧器，24、给水泵，25、加热器，26、锅炉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

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的定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，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。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

储能技术在太阳能、风能等新能源发展的历程中应运而生，并且近年来发展迅速，其将电能用一定的方式或介质储存，并在有电力需求时释能放电，它具有独特的分时储、释能特点，能够实现“削峰填谷”和平衡电力负荷的作用。所以储能技术在能源变革的过渡期显得至关重要。当前储能技术种类较多，也都有着各自的优缺点，压缩气体储能技术是众多储能技术中优势较为明显的一种，其容量最大、技术成熟，而且相对于其他形式的储能技术，它具备工作效率高、使用周期长、存储容量大和投资小等优点，被称为“最具潜力的储能手段”

本申请就是提供一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，如图1所示，包括：

依次连接的高压缸1、中压缸2和低压缸3和第一发电机4；

储气室15、压缩机组和膨胀机组，压缩机组的输入端通过第二调节阀13连接至高压缸1、中压缸2和低压缸3，输出端通过第四调节阀16连接至储气室15的输入口，膨胀机组的输入端通过第三调节阀14连接至储气室15的输出口，输出端连接至第二发电机11。

将火力发电机组与压缩空气储能系统进行耦合，可使部分机组发电量用于驱动压缩机做功，将调峰以外的多余电量转换成空气的压力能存储，使机组在较高负荷下运行并向电网供应较少的电量，还可以使高压缸排汽直接驱动膨胀机做功，使进入再热器的汽体量减少，降低了机组出力，在保证机组安全性的条件下增加了机组深度调峰能力。

在本实施例中，压缩机组包括多个压缩机17，以及与各压缩机17一一对应的压缩机级间换热器18，压缩机17共设有三级，压缩机级间换热器18的放热回路连接对应压缩机，吸热回路通过第五调节阀19连接至高压缸1、中压缸2和低压缸3。具体的，压缩机级间换热器18的放热回路的输入端连接对应压缩机的输出端，输出端连接至下一级压缩机的输入端。

在本实施例中，膨胀机组包括多个膨胀机8，以及与各膨胀机8一一对应的膨胀机级间换热器12，膨胀机8共设有三级，膨胀机级间换热器12的吸热回路连接至对应膨胀机8，放热回路通过第六调节阀21和第七调节阀22连接至高压缸1、中压缸2和低压缸3。具体的，膨胀机级间换热器12的吸热回路的出端连接对应膨胀机8的输入端，输出端连接至上一级膨胀机8的输出端。

本实施例总，膨胀机组的一端通过第一联轴器7连接凝结水泵6，另一端通过第二联轴器10连接第二发电机。压缩机组还包括电动机20，电动机20连接至压缩机17。

在某些实施例中，所有调节阀均为诸如电磁阀的电子受控阀，如此，可以实现自动控制，但是在另一些实施例中，也可以是手动阀。

本申请的实施过程，具体如下：

(1)打开第二调节阀、第四调节阀、第五调节阀后，压缩空气储能系统的压缩阶段参与火电机组发电过程；

(2)利用第一发电机产生调峰以外的多余电量驱动电动机工作，电动机驱动压缩机，将空气压缩存储至储气室内，压缩消耗部分电量可以使机组供电量减少，使机组在较高负荷下运行输送较少的电量；

(3)压缩空气储能的压缩阶段还可利用风电、光伏等新能源发电驱动压缩机工作；

(4)压缩后的气体温度升高，开启第二调节阀后火电机组中部分凝结水进入压缩机级间换热器进行换热，被冷却的气体再次进入下一级压缩机进行压缩、换热，最终进入储气室存储；

(5)经过压缩气体加热后的凝结水进入某一级低压加热器后的凝结水母管，与主凝结水混合后，使最终给水温度提高；

(6)待到储气室内气体压力达到储气室的极限压力Pmax后储气过程结束；

(7)打开第三调节阀、第六调节阀、第七调节阀以及连接第二联轴器后，压缩空气储能系统膨胀阶段参与火电机组发电过程；

(8)储气室内气体在进入每一级膨胀机做功之前，被来自汽轮机抽汽的蒸汽加热，提升了空气的做功能力；

(9)抽汽蒸汽被进入膨胀机前的压缩气体冷却后返回至该级抽汽对应的加热器疏水；

(10)膨胀过程发电可用于对外输送电，断开第二联轴器、连接第一联轴器后还可以驱动凝结水泵工作，降低厂用电率；

(11)当储气室内气体压力降低至膨胀机出口设定压力时，膨胀过程结束；

(12)打开第一调节阀，使高压排汽直接驱动膨胀机做功，用于发电或驱动凝结水泵，可增加机组深度调峰能力；

(13)关闭第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀以及第一联轴器，再连接第二联轴器后可实现火电机组和压缩空气储能系统的独立工作。

Claims (9)

1.一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，包括：

依次连接的高压缸(1)、中压缸(2)和低压缸(3)和第一发电机(4)；

储气室(15)、压缩机组和膨胀机组，所述压缩机组的输入端通过第二调节阀(13)连接至高压缸(1)、中压缸(2)和低压缸(3)，输出端通过第四调节阀(16)连接至储气室(15)的输入口，所述膨胀机组的输入端通过第三调节阀(14)连接至储气室(15)的输出口，输出端连接至第二发电机(11)，

所述膨胀机组的一端通过第一联轴器(7)连接凝结水泵(6)，另一端通过第二联轴器(10)连接第二发电机。

2.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述压缩机组包括多个压缩机(17)，以及与各压缩机(17)一一对应的压缩机级间换热器(18)，所述压缩机级间换热器(18)的放热回路连接对应压缩机，吸热回路通过第五调节阀(19)连接至高压缸(1)、中压缸(2)和低压缸(3)。

3.根据权利要求2所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述压缩机级间换热器(18)的放热回路的输入端连接对应压缩机的输出端，输出端连接至下一级压缩机的输入端。

4.根据权利要求2所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述压缩机(17)共设有三级。

5.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述膨胀机组包括多个膨胀机(8)，以及与各膨胀机(8)一一对应的膨胀机级间换热器(12)，所述膨胀机级间换热器(12)的吸热回路连接至对应膨胀机(8)，放热回路通过第六调节阀(21)和第七调节阀(22)连接至高压缸(1)、中压缸(2)和低压缸(3)。

6.根据权利要求5所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述膨胀机级间换热器(12)的吸热回路的出端连接对应膨胀机(8)的输入端，输出端连接至上一级膨胀机(8)的输出端。

7.根据权利要求5所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述膨胀机(8)共设有三级。

8.根据权利要求2所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所述压缩机组还包括电动机(20)，所述电动机(20)连接至压缩机(17)。

9.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能的火力发电热力系统，其特征在于，所有调节阀均为电子受控阀。