CN220791325U - 一种压缩空气储能与火电供热耦合系统 - Google Patents

Abstract

实用新型涉及一种压缩空气储能与火电供热耦合系统：包括产生蒸汽的锅炉、用于对外排气供热和输出动力的背压机、通过背压机发电的发电机、以及用于将背压机排汽循环至锅炉的水循环装置；压缩空气储能系统：包括将空气压缩的压缩机系统、将压缩后的空气进行储存的储气系统、通过释放储气系统的压缩空气对发电机发电的透平系统，以及分别对压缩机系统和透平系统进行能量传递的换热系统；换热系统最终连通至水循环装置,此方案无凝汽器的冷源损失，并且将压缩空气储能运行过程中产生的热量全部留在热力系统中，可以获得比较高的能源利用效率；此方案可以根据热、电负荷的需求量来匹配系统的供热量与供电量，具有较强的运行灵活性。

Description

一种压缩空气储能与火电供热耦合系统

技术领域

本实用新型涉及压缩空气储能领域，具体涉及了一种压缩空气储能与火电供热耦合系统。

背景技术

压缩空气储能作为储能方式的一种，具有清洁、高效、规模化等特点，是最具前景的储能技术之一。压缩空气系统的热力系统包含有压缩机系统、换热系统、储热系统、透平系统以及储气腔室等系统部件。在电网负荷低谷时，压缩空气储能系统吸收电网多余的电量，驱动压缩机做功，将空气压缩成高压空气储存在储气腔室中。压缩过程中产生热量，通过换热系统将热量换出，储存在储热系统中。在电网负荷高峰时，压缩空气储能系统从储气腔室中释放高压空气，进入透平机膨胀做功产生电力送至电网，做功过程中通过换热系统吸收储热系统储存的热量。通常压缩空气储能需要大规模的储热装置将运行过程中产生的热量储存起来，储热系统投资较大，且储热产生的热量大于放热需要的热量，不可避免的产生能量浪费。

专利申请号2022108527224公布了一种热电联产压缩空气储能联合循环发电系统及方法，优点是，热用户用汽量和小汽轮机用汽量互补，在维持背压式汽轮发电机排汽量的稳定时，保证其出力不再受热负荷变化的影响；小汽轮机直接驱动空气压缩机，减少了能量转换的过程，提高了小汽轮机驱动空气压缩机的效率。

但是此方案通过背压式汽轮发电机排汽作为驱动蒸汽驱动小汽轮机运行，进而通过小汽轮机驱动空气压缩机运行。驱动小汽轮机做功后的乏汽排入凝汽器内，再通过凝结水泵进入除氧器。存在冷源损失，不利用系统运行效率的提高；且凝结水泵是耗能设备，会增加运行过程中的耗电，即背压机组运行在以热定电的模式下，对负荷变化的调节能力较差，其发电量受制于热负荷的变化。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种压缩空气储能与火电供热耦合系统，通过合理的规划，控制各系统中装置的运行参数，合理的转化整个系统的能源，大大减小系统运行过程中的能源损失，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种压缩空气储能与火电供热耦合系统，包括，

火电供热系统：包括产生蒸汽的锅炉、用于对外排气供热和输出动力的背压机、通过背压机发电的发电机、以及用于将背压机排汽循环至锅炉的水循环装置；

压缩空气储能系统：包括将空气压缩的压缩机系统、将压缩后的空气进行储存的储气系统、通过释放储气系统的压缩空气对发电机发电的透平系统，以及分别对压缩机系统和透平系统进行能量传递的换热系统；换热系统最终连通至水循环装置。

作为本实用新型的进一步方案，水循环装置包括除氧器，以及与除氧器连接且将水输出至锅炉的给水泵。

作为本实用新型的进一步方案，储气系统包括储气腔室以及用于连接的阀门、管道，

作为本实用新型的进一步方案，换热系统包括若干个压缩侧换热器、以及若干个透平侧换热器；压缩机系统与各压缩侧换热器的空气侧进出口连接，透平系统与各透平侧换热器的空气侧进出口连接，压缩侧换热器的水侧进口通过支管汇集成母管连接至补给水管道，各分支管上安装有调节阀；压缩侧换热器的水侧出口通过支管汇集成母管连接至水循环装置；透平侧换热器的蒸汽进口通过支管汇集成母管连接至背压机的对外供热管道，母管上安装有第一阀门，各分支管上安装有调节阀；透平侧换热器的水出口通过支管汇集成母管连接至压缩侧换热器与水循环装置连接的管道上，母管上安装有第二阀门。

作为本实用新型的进一步方案，压缩机系统包括压缩机，压缩机包括若干个压缩缸和用于连接的阀门、管道，第一级压缩缸的空气进口通过空气管道与大气相连，每个压缩缸与对应的压缩侧换热器的空气侧通过空气管道串连连接，最后一级压缩缸的空气出口与压缩侧换热器的空气侧以及储气系统依次串连连接，第一级和最后一级压缩缸之间的压缩缸分别通过其连接的压缩侧换热器与相邻的压缩缸串连。

作为本实用新型的进一步方案，压缩缸通过连接电动机进行驱动，发电机通过电力电缆连接至压缩缸的电动机提供驱动电能。

作为本实用新型的进一步方案，透平系统包括透平机，透平机包括若干个透平缸和用于连接的阀门、管道，第一级透平缸的空气进口与透平侧换热器的空气侧和储气系统依次串连连接，透平缸通过空气管道与透平侧换热器的空气侧串连连接，最后一级透平缸的空气出口通过空气管道与大气相连，第一级和最后一级透平缸之间的透平缸分别通过其连接的透平侧换热器与相邻的透平缸串连。

作为本实用新型的进一步方案，透平缸通过轴串连，并最终连接至发电机进行发电。

跟现有技术相比，本实用新型带来的有益效果是：

1、此方案无凝汽器的冷源损失，并且将压缩空气储能运行过程中产生的热量全部留在热力系统中，可以获得比较高的能源利用效率；

2、此方案可以根据热、电负荷的需求量来匹配系统的供热量与供电量，具有较强的运行灵活性；

3、相比于传统的压缩空气储能系统，节省了储热装置的投资及占地；节省了散热器，减少了散热器投资，无散热损失，减少压缩空气在散热器中的压损。

附图说明

图1为本实用新型的一种压缩空气储能与火电供热耦合系统连接图；

图2为本实用新型的物料平衡图。

附图标记：1、锅炉；2、背压机；3、发电机；4、除氧器；5、给水泵；6、第二阀门；7、调节阀；8、电动机；9、第一阀门；11、压缩缸；21、压缩侧换热器；22、透平侧换热器；31、储气腔室；51、透平缸。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

连接方式：

火电供热系统：包括产生蒸汽的锅炉1、用于对外排气供热和输出动力的背压机2、通过背压机2发电的发电机3、以及用于将背压机2排汽循环至锅炉1的水循环装置；具体的说，锅炉1的主蒸汽出口通过管道连接至背压机2的主蒸汽进口，背压机2的排汽出口一路连接至对外供热管道，一路连接至除氧器4的除氧蒸汽进口，除氧器4的给水出口通过水管道连接至给水泵5进口，给水泵5出口通过水管道连接至锅炉1的给水进口；背压机2的输出轴连接至发电机3进行发电。

压缩空气储能系统：包括将空气压缩的压缩机系统、将压缩后的空气进行储存的储气系统、通过释放储气系统的压缩空气对发电机3发电的透平系统，以及分别对压缩机系统和透平系统进行能量传递的换热系统；换热系统最终连通至水循环装置。

其中，水循环装置包括除氧器4，以及与除氧器4连接且将水输出至锅炉1的给水泵5，在火电供热系统中的水循环装置可以包括但不限于本实用新型提到的水循环装置，也可以为其它能够将背压机2中的排气以及压缩空气储能系统中的换热系统的水重新循环至锅炉1的装置或系统。

进一步，对于本实用新型的换热系统，包括若干个压缩侧换热器21、以及若干个透平侧换热器22；压缩机系统与各压缩侧换热器21的空气侧进出口连接，透平系统与各透平侧换热器22的空气侧进出口连接，压缩侧换热器21的水侧进口通过支管汇集成母管连接至补给水管道，各分支管上安装有调节阀7；压缩侧换热器21的水侧出口通过支管汇集成母管连接至水循环装置；透平侧换热器22的蒸汽进口通过支管汇集成母管连接至背压机2的对外供热管道，母管上安装有第一阀门9，各分支管上安装有调节阀7；透平侧换热器22的水出口通过支管汇集成母管连接至压缩侧换热器21与水循环装置连接的管道上，母管上安装有第二阀门6；第一阀门9和第二阀门6用于控制压缩空气储能系统的换热系统的运行和关闭。

对于本实用新型的压缩机系统，具体包括压缩机，压缩机包括若干个压缩缸11和用于连接的阀门、管道，第一级压缩缸11的空气进口通过空气管道与大气相连，每个压缩缸11与对应的压缩侧换热器21的空气侧通过空气管道串连连接，最后一级压缩缸11的空气出口与压缩侧换热器21的空气侧以及储气系统依次串连连接，第一级和最后一级压缩缸11之间的压缩缸11分别通过其连接的压缩侧换热器21与相邻的压缩缸11串连。

压缩缸11通过连接电动机8进行驱动，发电机3通过电力电缆连接至压缩缸11的电动机8提供驱动电能。

对于本实用新型的透平系统，具体包括透平机，透平机包括若干个透平缸51和用于连接的阀门、管道，第一级透平缸51的空气进口与透平侧换热器22的空气侧和储气系统依次串连连接，透平缸51通过空气管道与透平侧换热器22的空气侧串连连接，最后一级透平缸51的空气出口通过空气管道与大气相连，第一级和最后一级透平缸51之间的透平缸51分别通过其连接的透平侧换热器22与相邻的透平缸51串连。

透平缸51通过轴串连，并最终连接至发电机3进行发电。

运行方式：

工况1：

系统热负荷、电负荷同时上升，第一阀门9、第二阀门6关闭，通过背压机2调节发电量和供热量，压缩空气储能系统不运行。

工况2：

系统热负荷、电负荷同时下降，第一阀门9、第二阀门6关闭，通过背压机2调节发电量和供热量，压缩空气储能系统不运行。

工况3：

系统热负荷上升、电负荷下降时，第一阀门9、第二阀门6关闭，背压机2的发电机3发出的电力通过电缆驱动压缩缸11运行。压缩空气储能系统接收来自发电机3的电能，驱动压缩机做功，吸入大气中的空气，通过压缩缸11将空气压缩，在每一级的压缩缸11之间，通过压缩侧换热器21将空气压缩产生的热量传递给水侧。压缩侧换热器21中的水接受空气传递来的热量，提升温度，并进入除氧器4，将热量回收到热力系统中。压缩过程中形成的压缩空气则进入储气腔室31，将压缩能储存起来。

工况4：

系统热负荷下降、电负荷上升时，第一阀门9、第二阀门6开启，背压机2的部分排汽通过蒸汽管道进入透平侧换热器22进行换热。储气腔室31内的压缩空气释放进入透平机做功，产生电能输送到电力系统中，作为电负荷的补充，做功后的空气排入大气中。空气进入每一级透平缸51之前，先通过透平侧换热器22吸收背压机2排汽传递来的热量。背压机2的部分排汽与压缩空气换热后进入除氧器4。

运行参数：

参见图2，以下表格的物料编号参数为图2中各数字编号位置上的参数，参数为本实用新型的系统按规划方法运行时的当前管道中的介质，流量，压力，以及温度。

工况3：压缩空气储能系统运行在储能工况下的典型物料平衡表：

此时背压机发电出力约为50MW，压缩机耗功约为11MW，输送给电力系统的电力约为39MW，对外供热量250t/h。

工况4：压缩空气储能系统运行在释能工况下的典型物料平衡表：

此时背压机发电出力约为55MW，透平机出力约10MW，输送给电力系统的电力约为65MW，对外供热量235t/h。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，包括，

火电供热系统：包括产生蒸汽的锅炉(1)、用于对外排气供热和输出动力的背压机(2)、通过背压机(2)发电的发电机(3)、以及用于将背压机(2)排汽循环至锅炉(1)的水循环装置；

压缩空气储能系统：包括将空气压缩的压缩机系统、将压缩后的空气进行储存的储气系统、通过释放储气系统的压缩空气对发电机(3)发电的透平系统，以及分别对压缩机系统和透平系统进行能量传递的换热系统；换热系统最终连通至水循环装置。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，水循环装置包括除氧器(4)，以及与除氧器(4)连接且将水输出至锅炉(1)的给水泵(5)。

3.根据权利要求1所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，储气系统包括储气腔室(31)以及用于连接的阀门、管道。

4.根据权利要求1所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，换热系统包括若干个压缩侧换热器(21)、以及若干个透平侧换热器(22)；压缩机系统与各压缩侧换热器(21)的空气侧进出口连接，透平系统与各透平侧换热器(22)的空气侧进出口连接，压缩侧换热器(21)的水侧进口通过支管汇集成母管连接至补给水管道，各分支管上安装有调节阀(7)；压缩侧换热器(21)的水侧出口通过支管汇集成母管连接至水循环装置；透平侧换热器(22)的蒸汽进口通过支管汇集成母管连接至背压机(2)的对外供热管道，母管上安装有第一阀门(9)，各分支管上安装有调节阀(7)；透平侧换热器(22)的水出口通过支管汇集成母管连接至压缩侧换热器(21)与水循环装置连接的管道上，母管上安装有第二阀门(6)。

5.根据权利要求4所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，压缩机系统包括压缩机，压缩机包括若干个压缩缸(11)和用于连接的阀门、管道，第一级压缩缸(11)的空气进口通过空气管道与大气相连，每个压缩缸(11)与对应的压缩侧换热器(21)的空气侧通过空气管道串连连接，最后一级压缩缸(11)的空气出口与压缩侧换热器(21)的空气侧以及储气系统依次串连连接，第一级和最后一级压缩缸(11)之间的压缩缸(11)分别通过其连接的压缩侧换热器(21)与相邻的压缩缸(11)串连。

6.根据权利要求5所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，压缩缸(11)通过连接电动机(8)进行驱动，发电机(3)通过电力电缆连接至压缩缸(11)的电动机(8)提供驱动电能。

7.根据权利要求4所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，透平系统包括透平机，透平机包括若干个透平缸(51)和用于连接的阀门、管道，第一级透平缸(51)的空气进口与透平侧换热器(22)的空气侧和储气系统依次串连连接，透平缸(51)通过空气管道与透平侧换热器(22)的空气侧串连连接，最后一级透平缸(51)的空气出口通过空气管道与大气相连，第一级和最后一级透平缸(51)之间的透平缸(51)分别通过其连接的透平侧换热器(22)与相邻的透平缸(51)串连。

8.根据权利要求7所述的压缩空气储能与火电供热耦合系统，其特征在于，透平缸(51)通过轴串连，并最终连接至发电机(3)进行发电。