CN221220579U - 一种补燃式储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于压缩气体储能技术领域，公开一种补燃式储能系统包括低压储气装置、多级串联的压气机、冷凝器、高压液罐、蒸发器和多级串联的透平；低压储气装置与多级串联的压气机、第二气油换热器的空气侧、冷凝器的空气侧、高压液罐、蒸发器的空气侧、第一烟气加热器、多级串联的透平、第三气油换热器的空气侧连通，第三气油换热器的换热介质侧向外供热；相邻的两个透平通过第二烟气加热器的空气侧、油气加热器的空气侧连通，燃机透平的出气口与每个第二烟气加热器的换热介质侧、第一烟气加热器的换热介质侧连通。本实用新型利用燃机透平出口高温烟气加热透平入口二氧化碳，提高二氧化碳做功能力，从而提高系统储能密度，降低了储能成本。

Description

一种补燃式储能系统

技术领域

本实用新型属于压缩气体储能技术领域，特别涉及一种补燃式储能系统。

背景技术

新能源发电产业的发展，能够提升新能源消费和供给的占比，从而优化能源结构、降低对传统化石能源的依赖，然而新能源发电具有间歇、波动、反调峰等特性，严重受制于天气与日照情况，不能稳定输出，电网调度困难，弃风、弃光的情况时有发生。风电、光电等间歇性能源发电容量占比提升使得系统的负荷峰谷差增大。

为此，火电机组需频繁进入深度调峰的工作状态。现有提高燃煤电厂灵活性的措施包括：旁路改造、电热转换、余能利用等。频繁、大幅度的调节会降低机组使用寿命，并导致效益较低。与之相比，压缩气体储能技术能够通过降低“源”侧不确定性对“荷”侧的冲击，同时不需要以牺牲系统效率和降低能量品位为代价实现“源”侧和“荷”侧间的匹配，具有跨时空高效调节的潜力。

为提高压缩气体储能系统出力，满足削峰填谷的要求，亟需一种结合燃气轮机和压缩二氧化碳储能技术的系统。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种补燃式储能系统，采用以下技术方案：

一种补燃式储能系统，包括低压储气装置、多级串联的压气机、冷凝器、高压液罐、蒸发器和多级串联的透平；其中，所述低压储气装置的一端与多级串联的压气机中的第一级压气机的进气口连通，多级串联的压气机中相邻的两个压气机的出气口和进气口通过第一气油换热器的空气侧连通，多级串联的压气机中的末级压气机的出气口与第二气油换热器的空气侧、所述冷凝器的空气侧、所述高压液罐、所述蒸发器的空气侧、第一烟气加热器、多级串联的透平、第三气油换热器的空气侧、所述低压储气装置的另一端依次连通，所述第三气油换热器的换热介质侧向热用户供热；

多级串联的透平中相邻的两个透平的出气口和进气口通过第二烟气加热器的空气侧、油气加热器的空气侧连通，燃气轮机机组的燃机透平的出气口与每个所述第二烟气加热器的换热介质侧、所述第一烟气加热器的换热介质侧连通。

进一步的，多级串联的压气机包括第一压气机和第二压气机；

其中，所述低压储气装置的一端通过第一管道与所述第一压气机的进气口连通，第一气油换热器的空气侧的两端分别连通所述第一压气机的出气口、所述第二压气机的进气口，所述第二气油换热器的两端分别连通所述第二压气机的出气口、所述冷凝器的空气侧进口。

进一步的，多级串联的透平包括第一透平和第二透平；

其中，所述冷凝器的空气侧出口通过第二管道与所述高压液罐的一端连通，所述高压液罐的另一端通过第三管道与所述蒸发器的空气侧、所述第一烟气加热器的空气侧、所述第一透平的进气口依次连通；

所述第一透平的出气口与油气加热器的空气侧、第二烟气加热器的空气侧、所述第二透平的进气口依次连通，所述第二透平的出气口与所述第三气油换热器的空气侧、第四管道、所述低压储气装置的另一端依次连通。

进一步的，所述补燃式储能系统还包括热油罐和冷油罐；

其中，所述热油罐的出口通过第五管道与油气加热器的换热介质侧、所述冷油罐的进口连通，所述冷油罐的出口通过第六管道与所述第一烟气加热器的换热介质侧的一端、第二烟气加热器的换热介质侧的一端连通，所述第一烟气加热器的换热介质侧的另一端、第二烟气加热器的换热介质侧的另一端与热油罐的进口连通。

进一步的，所述补燃式储能系统还包括热水箱和冷水箱；

其中，所述热水箱的出口通过第七管道与所述蒸发器的换热介质侧、所述冷水箱的进口依次连通，所述冷水箱的出口通过第八管道与所述冷凝器的换热介质侧、所述热水箱的进口依次连通。

进一步的，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道上均设置有截止阀。

进一步的，所述第五管道、所述第六管道、所述第七管道和所述第八管道上均设置有循环泵。

进一步的，所述燃气轮机机组还包括第三压气机、天然气调压站和燃烧器；

其中，所述第三压气机的出气口和所述天然气调压站的出气口均与所述燃烧器的进气口连通，所述燃烧器的出气口与所述燃机透平的进气口连通。

进一步的，所述燃气轮机机组还包括空气过滤器，所述空气过滤器的出气口与所述第三压气机的进气口连通。

进一步的，多级串联的透平和多级串联的压气机中的储能介质为二氧化碳。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型利用燃机透平出口高温烟气加热透平入口二氧化碳，提高二氧化碳做功能力，从而提高系统储能密度，降低了储能成本。

2、做功后的二氧化碳乏气用来加热热网来水，回收利用低品质热能，实现了热电联供。

3、采用二氧化碳作为储能介质，储能密度大、占地面积小。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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示出了根据本实用新型实施例的一种补燃式储能系统的结构示意图。

图中：1、低压储气装置；2、第一压气机；3、第一气油换热器；4、第二压气机；5、第二气油换热器；6、冷凝器；7、高压液罐；8、蒸发器；9、第一烟气加热器；10、第一透平；11、油气加热器；12、第二烟气加热器；13、第二透平；14、第三气油换热器；15、热用户；16、第四截止阀；17、第一截止阀；18、第二截止阀；19、第三截止阀；20、第一电动机；21、第二电动机；22、第一发电机；23、第二发电机；24、热油罐；25、冷油罐；26、热水箱；27、冷水箱；28、第一循环泵；29、第二循环泵；30、第三循环泵；31、第四循环泵；32、空气过滤器；33、第三压气机；34、燃机透平；35、第三发电机；36、天然气调压站；37、燃烧器。

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、完整地说明，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。

需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

如图1所示，一种补燃式储能系统，低压储气装置1、多级串联的压气机、冷凝器6、高压液罐7、蒸发器8和多级串联的透平。

其中，低压储气装置1的一端与多级串联的压气机中的第一级压气机的进气口连通，多级串联的压气机中相邻的两个压气机的出气口和进气口通过第一气油换热器3的空气侧连通，多级串联的压气机中的末级压气机的出气口与第二气油换热器5的空气侧、冷凝器6的空气侧、高压液罐7、蒸发器8的空气侧、第一烟气加热器9、多级串联的透平、第三气油换热器14的空气侧、低压储气装置1的另一端依次连通，第三气油换热器14的换热介质侧向热用户15供热。

多级串联的透平中相邻的两个透平的出气口和进气口通过第二烟气加热器12的空气侧、油气加热器11的空气侧连通，燃气轮机机组的燃机透平34的出气口与每个第二烟气加热器12的换热介质侧、第一烟气加热器9的换热介质侧连通。

低压储气装置1包括但不限于柔性气仓、吸附式二氧化碳储库、钢罐等。

例如，多级串联的压气机包括第一压气机2和第二压气机4，多级串联的透平包括第一透平10和第二透平13。

需要说明的是，压气机和透平台数不局限于上述应用实例，可根据具体情况调整。例如，压气机改为三台或多台串联，透平改为三台或多台串联。

其中，第一压气机2和第二压气机4分别由第一电动机20、第二电动机21驱动，低压储气装置1的一端通过第一管道与第一压气机2的进气口连通，第一气油换热器3的空气侧的两端分别连通第一压气机2的出气口、第二压气机4的进气口，第二气油换热器5的两端分别连通第二压气机4的出气口、冷凝器6的空气侧进口。

冷凝器6的空气侧出口通过第二管道与高压液罐7的一端连通，高压液罐7的另一端通过第三管道与蒸发器8的空气侧、第一烟气加热器9的空气侧、第一透平10的进气口依次连通。

第一透平10的出气口与油气加热器11的空气侧、第二烟气加热器12的空气侧、第二透平13的进气口依次连通，第二透平13的出气口与第三气油换热器14的空气侧、第四管道、低压储气装置1的另一端依次连通，第三气油换热器14的换热介质侧利用第二透平13的出气口二氧化碳加热热网来水，向热用户15供热，实现热电联产。

例如，燃气轮机机组包括空气过滤器32、第三压气机33、燃机透平34、天然气调压站36和燃烧器37，空气过滤器32的出气口与第三压气机33的进气口连通，自大气中的空气经空气过滤器32过滤后进入第三压气机33的进气口，第三压气机33的出气口和天然气调压站36的出气口均与燃烧器37的进气口连通，燃烧器37的出气口与燃机透平34的进气口连通。

燃气轮机机组的燃机透平34的出气口与第一烟气加热器9的换热介质侧、第二烟气加热器12的换热介质侧连通，利用燃气轮机出口高温烟气加热第一透平10、第二透平13入口二氧化碳，提高二氧化碳做功能力；第一透平10、第二透平13分别驱动第一发电机22、第二发电机23发电，第三压气机33的出气口的高压空气与天然气调压站36的出气口的天然气在燃烧器37内充分燃烧后进入燃机透平34，燃机透平34驱动第三发电机35发电。

例如，第一管道上设置有第一截止阀17，第二管道上设置有第二截止阀18，第三管道上设置有第三截止阀19，第四管道上设置有第四截止阀16。

例如，补燃式储能系统还包括热油罐24和冷油罐25，热油罐24的出口通过第五管道与油气加热器11的换热介质侧、冷油罐25的进口连通，冷油罐25的出口通过第六管道与第一烟气加热器9的换热介质侧的一端、第二烟气加热器12的换热介质侧的一端连通，第一烟气加热器9的换热介质侧的另一端、第二烟气加热器12的换热介质侧的另一端与热油罐24的进口连通。

例如，补燃式储能系统还包括热水箱26和冷水箱27，热水箱26的出口通过第七管道与蒸发器8的换热介质侧、冷水箱27的进口依次连通，冷水箱27的出口通过第八管道与冷凝器6的换热介质侧、热水箱26的进口依次连通。

例如，第五管道上设置有第一循环泵28，第六管道上设置有第二循环泵29，第七管道上设置有第三循环泵30，第八管道上设置有第四循环泵31。

本实用新型的储能系统的多级串联的透平和多级串联的压气机中的储能介质为二氧化碳，采用二氧化碳作为换热介质储能密度大、占地面积小。

本实用新型的补燃式储能系统工作过程如下：

储能阶段，打开第一截止阀17、第二截止阀18，关闭第三截止阀19、第四截止阀16；启动第一电动机20、第二电动机21，带动第一压气机2、第二压气机4工作；来自低压储气装置1的常温常压二氧化碳被第一压气机2压缩至高温高压；从第一压气机2出来的高温二氧化碳气体经过第一气油换热器3，被冷却至常温；从第一气油换热器3出来的常温二氧化碳被第二压气机4压缩至高温高压；从第二压气机4出来的高温二氧化碳气体经过第二气油换热器5，被冷却至常温；从第二压气机4出来的常温高压二氧化碳气体进入冷凝器6进一步冷却，冷凝为常温高压液态二氧化碳，并储存在高压液罐7中；从第一气油换热器3、第二气油换热器5出来的高温导热油进入热油罐24中储存起来；从冷凝器6出来的高温水进入热水箱26储存起来。

释能阶段，关闭第一截止阀17、第二截止阀18，打开第三截止阀19、第四截止阀16；从高压液罐7出来的常温高压二氧化碳液体进入蒸发器8受热蒸发；从蒸发器8出来的常温高压二氧化碳经过第一烟气加热器9，被烟气加热到高温；从第一烟气加热器9出来的高温高压二氧化碳气体进入第一透平10做功；从第一透平10出来的低温高压二氧化碳气体经过油气加热器11，被高温导热油加热到高温，从油气加热器11出来的二氧化碳气体经过第二烟气加热器12，被高温烟气进一步加热；从第二烟气加热器12出来的高温高压二氧化碳气体进入第二透平13做功；从第二透平13出来的乏气进入第三气油换热器14加热热网来水，自身被冷却至常温；从第三气油换热器14出来的常温常压二氧化碳气体进入低压储气装置1储存起来。

来自大气的常温常压空气经过空气过滤器32过滤后进入第三压气机33，被压缩至高温高压；从第三压气机33出来的高温高压空气进入燃烧器37，与来自天然气调压站36的天然气混合，在燃烧器37中燃烧；从燃烧器37出来的高温高压烟气进入燃机透平34做功，乏气依次经过第二烟气加热器12、第一烟气加热器9后被冷却至常温，然后排入大气。

本实用新型的补燃式储能系统，将燃气轮机技术与压缩二氧化碳储能技术结合起来，在压缩二氧化碳储能系统中耦合了燃气轮机机组，利用燃气轮机出口高温烟气加热透平入口二氧化碳，提高二氧化碳做功能力，从而提高系统储能密度，降低了储能成本。做功后的二氧化碳乏气用来加热热网来水，回收利用低品质热能，实现了热电联供。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种补燃式储能系统，其特征在于，包括低压储气装置、多级串联的压气机、冷凝器、高压液罐、蒸发器和多级串联的透平；

其中，所述低压储气装置的一端与多级串联的压气机中的第一级压气机的进气口连通，多级串联的压气机中相邻的两个压气机的出气口和进气口通过第一气油换热器的空气侧连通，多级串联的压气机中的末级压气机的出气口与第二气油换热器的空气侧、所述冷凝器的空气侧、所述高压液罐、所述蒸发器的空气侧、第一烟气加热器、多级串联的透平、第三气油换热器的空气侧、所述低压储气装置的另一端依次连通，所述第三气油换热器的换热介质侧向热用户供热；

多级串联的透平中相邻的两个透平的出气口和进气口通过第二烟气加热器的空气侧、油气加热器的空气侧连通，燃气轮机机组的燃机透平的出气口与每个所述第二烟气加热器的换热介质侧、所述第一烟气加热器的换热介质侧连通。

2.根据权利要求1所述的补燃式储能系统，其特征在于，多级串联的压气机包括第一压气机和第二压气机；

其中，所述低压储气装置的一端通过第一管道与所述第一压气机的进气口连通，第一气油换热器的空气侧的两端分别连通所述第一压气机的出气口、所述第二压气机的进气口，所述第二气油换热器的两端分别连通所述第二压气机的出气口、所述冷凝器的空气侧进口。

3.根据权利要求2所述的补燃式储能系统，其特征在于，多级串联的透平包括第一透平和第二透平；

其中，所述冷凝器的空气侧出口通过第二管道与所述高压液罐的一端连通，所述高压液罐的另一端通过第三管道与所述蒸发器的空气侧、所述第一烟气加热器的空气侧、所述第一透平的进气口依次连通；

所述第一透平的出气口与油气加热器的空气侧、第二烟气加热器的空气侧、所述第二透平的进气口依次连通，所述第二透平的出气口与所述第三气油换热器的空气侧、第四管道、所述低压储气装置的另一端依次连通。

4.根据权利要求3所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述补燃式储能系统还包括热油罐和冷油罐；

其中，所述热油罐的出口通过第五管道与油气加热器的换热介质侧、所述冷油罐的进口连通，所述冷油罐的出口通过第六管道与所述第一烟气加热器的换热介质侧的一端、第二烟气加热器的换热介质侧的一端连通，所述第一烟气加热器的换热介质侧的另一端、第二烟气加热器的换热介质侧的另一端与热油罐的进口连通。

5.根据权利要求4所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述补燃式储能系统还包括热水箱和冷水箱；

其中，所述热水箱的出口通过第七管道与所述蒸发器的换热介质侧、所述冷水箱的进口依次连通，所述冷水箱的出口通过第八管道与所述冷凝器的换热介质侧、所述热水箱的进口依次连通。

6.根据权利要求3所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道上均设置有截止阀。

7.根据权利要求5所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述第五管道、所述第六管道、所述第七管道和所述第八管道上均设置有循环泵。

8.根据权利要求1-7任一所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述燃气轮机机组还包括第三压气机、天然气调压站和燃烧器；

其中，所述第三压气机的出气口和所述天然气调压站的出气口均与所述燃烧器的进气口连通，所述燃烧器的出气口与所述燃机透平的进气口连通。

9.根据权利要求8所述的补燃式储能系统，其特征在于，所述燃气轮机机组还包括空气过滤器，所述空气过滤器的出气口与所述第三压气机的进气口连通。

10.根据权利要求1-7任一所述的补燃式储能系统，其特征在于，多级串联的透平和多级串联的压气机中的储能介质为二氧化碳。