JP3237661U - 圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムの提供。【解決手段】システムは、圧縮空気エネルギー貯蔵モジュール、熱媒水モジュール、臭化リチウム冷凍モジュール、ガス発電モジュール、空気タービン発電モジュール、ガス－ガス熱交換器モジュールを備え、圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールは、ガス貯蔵装置１に接続され、臭化リチウム冷凍モジュールは、圧縮熱を冷却するために、圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールに接続される。熱媒水モジュールは、臭化リチウム冷凍モジュールおよび圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールに接続される。ガス発電モジュールのタービン７は、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱するために、ガス－ガス熱交換器モジュールに排気接続される。空気タービン発電モジュールは、加熱された圧縮空気が発電に使用されるように、ガス－ガス熱交換器モジュールに接続される。ガスタービンがエネルギー貯蔵機能を提供できず、通常のエネルギー貯蔵発電機ユニットの容量が低い問題を解決する。【選択図】図１

Description

本願は、圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムに関し、圧縮空気エネルギー貯蔵分野に属する。

現在、新エネルギー電力設備の割合が継続的に上昇し、中国国内の経済・社会構造が継続的に変化していることに伴い、電力網の運転モードは、発電端と電力消費端との両方で深刻な変化が発生しており、発電負荷と電力消費負荷の両方に変動性、ランダム性と予測不可能性が存在している。特に近年、電力網の昼間と夜間の電力消費負荷のピークと谷の差はますます大きくなっている。現在、電力網の夜間のピーク調整が火力発電ユニットのみに依存している状況がますます際立っており、これは、火力発電ユニットの利用率を低下させ、発電用の石炭消費量を増加し、極めて大きなエネルギーの浪費を形成するだけでなく、ピーク調整ユニットの寿命にも極めて大きな傷害を及ぼしている。

長い間、電力網は発電側に所定の割合のガス発電ユニットを配備してピーク調整と周波数調整として使用しており、その急速な起動と停止の機能は、昼間に電力網へ予備の緊急電力を提供することができる。近年、電力の貯蔵技術は、上記の問題を解決するためのもう１つの重要な技術的方向であり、電力網のピークを削って谷を埋め、再生可能エネルギーの変動を抑制し、緊急電力のサポートを提供するなどの面で積極的な役割を果たしている。圧縮空気エネルギー貯蔵発電は、大規模でクリーンな物理的エネルギーを貯蔵する分野の重要な方向であり、現在、中国国内で急速な発展を遂げており、すでに中国には多くの非補助燃焼式の圧縮空気エネルギー貯蔵発電所が建設中である。

ただし、ガス発電ユニットであろうと、圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットであろうと、いずれも一定の制限がある。毎日、ガスタービンを起動および停止する運転モードは、昼間のみに電力サポートが提供でき、夜間の電力網の電力消費が低い期間には支援を提供することができない。過去数年間で急速に発展した圧縮空気エネルギー貯蔵技術は、夜間などの電力網の電力消費が低い期間にネットから電力を引くことができるが、昼間などの電力網の電力消費のピーク期間には発電容量が低く、一般的に１００ＭＷを超えず、電力網に対する電力サポートが不足している。

本願の目的は、上記に存在する問題点を考慮して、天然ガス補助燃焼技術を使用することにより、電力網の電力消費が低い期間に負の負荷サポートを提供できるだけでなく、昼間の発電容量が２００ＭＷ以上に達することができ、エネルギーを貯蔵する時に消費する電力をはるかに超え、電力網の電力消費のピーク期間中のピーク発電能力がより強い、圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムを提供することである。それにより、ガスタービンがエネルギー貯蔵機能を提供できず、通常のエネルギー貯蔵発電ユニットの容量が低いという問題を解決する。

上記の目的は、以下の技術的解決策により達成される。
圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムは、圧縮空気エネルギー貯蔵モジュール、臭化リチウム冷凍モジュール、ガス発電モジュール、空気タービン発電モジュールおよびガス－ガス熱交換器モジュールを備える。前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールはガス貯蔵装置に接続され、前記臭化リチウム冷凍モジュールは、圧縮熱を冷却するために前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールに接続される。前記ガス発電モジュールのタービンは、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱するために、ガス－ガス熱交換器モジュールに排気接続される。前記空気タービン発電モジュールは、加熱された圧縮空気が発電に使用されるように、前記ガス－ガス熱交換器モジュールに接続される。前記空気タービン発電モジュールは、空気タービンおよび空気発電機を備え、ここで、前記空気タービンは、水平に対向して配置したデュアルシリンダーデュアルエキゾーストであり、前記空気タービン発電モジュールの排気システムは、排気煙突に接続される。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールは、直列に接続された２～４個の空気エネルギー貯蔵圧縮機を備え、直列に接続された空気エネルギー貯蔵圧縮機の中間段には、圧縮熱を冷却するために冷却器が備えられている。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記臭化リチウム冷凍モジュールは、臭化リチウム冷凍ユニット、冷水タンク、温水タンクを備えており、前記冷水タンクの冷水は、冷水供給ポンプによって加圧された後、中間段の冷却器に入って冷却され、中間段の冷却器からの水は温水タンクに入り、臭化リチウム冷凍ユニットの熱源として使用される。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記ガス発電モジュールは、ガスタービン、ガスタービン圧縮機、ガス発電機およびバーナーを備えており、ここで、ガスタービン、ガスタービン圧縮機およびガス発電機は同軸に配置し、前記タービンからの排気ガスはガス－ガス熱交換器に入り、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱する。

本願で使用する圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムは、主に圧縮空気エネルギー貯蔵モジュール、臭化リチウム冷凍モジュール、ガス発電モジュール、空気タービン発電モジュール、ガス－ガス熱交換器モジュールおよびバルブなどの付属部品を備える。夜間の電力網の電力消費が低い期間には、電力網から電力を引いて圧縮機モジュールを駆動して空気をガス貯蔵装置に貯蔵し、循環熱媒水で熱交換と熱貯蔵を行い、熱媒水を臭化リチウム冷凍ユニットの熱源として使用する。ガスタービンモジュールは、昼間などの電力網の電力消費のピーク期間に発電し、ガスタービンの作業が完了した後の蒸気排気（Steam exhaust）は、ガス－ガス熱交換器モジュールでガス貯蔵装置から排出される圧縮空気を加熱する。それによって、圧縮空気は高温高圧のガスになり、膨張作業能力を備え、空気タービンに入って発電する。

本願のシステムを示す図である。

（実施例１）
図１に示すように、本実施形態における圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムは、圧縮空気エネルギー貯蔵モジュール、臭化リチウム冷凍モジュール、ガス発電モジュール、空気タービン発電モジュールおよびガス－ガス熱交換器モジュールを備える。前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールはガス貯蔵装置１に接続され、前記臭化リチウム冷凍モジュールは、圧縮熱を冷却するために前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールに接続される。前記ガス発電モジュールのタービンは、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱するために、ガス－ガス熱交換器モジュールに排気接続され、前記空気タービン発電モジュールは、加熱された圧縮空気が発電に使用されるように、前記ガス－ガス熱交換器モジュールに接続される。前記空気タービン発電モジュールは、空気タービン１１および空気発電機１２を備え、ここで、前記空気タービンは、水平に対向して配置したデュアルシリンダーデュアルエキゾーストであり、前記空気タービン発電モジュールの排気システムは、排気煙突に接続される。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールは、直列に接続された２～４個の空気エネルギー貯蔵圧縮機２を備え、直列に接続された圧縮機の中間段には、圧縮熱を冷却するために冷却器３が備えており、ここで、低圧部の圧縮機の入口の空気は大気から供給される。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、圧縮エネルギー貯蔵の過程で圧縮空気は、流量が２０万 ｍ^３／ｈより大きく、圧縮時間が６～８時間続き、中間段の冷却は循環熱媒水を採用して冷却し、圧縮機のターミナル出口の圧縮空気は、圧力が６～１０ＭＰａで、温度が５０℃以下で、ガス貯蔵装置に入って貯蔵される。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記臭化リチウム冷凍モジュールは臭化リチウム冷凍ユニット４を備え、前記熱媒水モジュールは冷水タンク５および温水タンク６を備える。前記冷水タンクの冷水は、冷水供給ポンプによって加圧された後、中間段の冷却器に入り、圧縮機の各段の出口で空気を冷却する。冷水は、７５℃～９５℃の温水に加熱された後、温水タンクに貯蔵され、臭化リチウム冷凍ユニットの熱源として使用され、冷凍する場合、温水供給ポンプで臭化リチウム冷凍ユニットに送り込み、臭化リチウム冷凍ユニットから熱が放出された後、熱媒水を冷水タンクに入って予備貯蔵する。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記ガス発電モジュールは、ガスタービン７、ガスタービン圧縮機８、ガス発電機９およびバーナー１０を備える。ここで、ガスタービン７、ガスタービン圧縮機８およびガス発電機９は同軸に配置し、ガスタービン圧縮機８の入口の空気は大気から取り、流量が８００～２０００ｔ／ｈで、ガスタービン圧縮機８の出口の圧力が１．０～３．０ＭＰａで、温度が３００℃～４００℃であり、燃焼室内の補助燃焼天然ガスの流量は１０～３０ｔ／ｈで、燃焼室の出口のガス温度は１０００℃～１５００℃であり、ガスタービン７の出力作業は５０～３００ＭＷで、タービンの排気ガス圧力は大気圧よりわずかに高く、排気ガス温度は５００℃～６５０℃である。タービンの排気ガスはガス－ガス熱交換器に流れ込み、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱する。

前記圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記空気タービン発電モジュールは、空気タービン１１および空気発電機１２を備え、ここで、前記空気タービン１１は、水平に対向して配置したデュアルシリンダーデュアルエキゾーストである。

前記の圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムにおいて、前記ガス貯蔵装置の出口から空気タービン１１への空気は、流量が６５０～１８００ｔ／ｈで、圧力が６～１０ＭＰａで、温度が３０℃～５０℃であり、３～６級のガス－ガス熱交換器がタービンの排熱を吸収した後、温度は３５０℃～５５０℃に上昇し、作業するために空気タービン１１に入り、圧力が大気圧に下がり、温度が１０℃～５０℃以下に下がった後、排気煙突によって排出される。空気タービンの発電電力は１００～３００ＭＷである。

前記ガス－ガス熱交換器モジュールは、いくつかの直列に接続されたガス－ガス熱交換器を備え、その熱交換媒体はタービンの排気ガスから供給される。

本願の解決策によって開示される技術的手段は、上記の技術的手段によって開示される技術的手段に限定されず、上記の技術的特徴などの同等の置き換えによって形成された技術的解決策も含む。本願でカバーされていない事項は、当業者の公知常識に属する。

１ ガス貯蔵装置
２ 空気エネルギー貯蔵圧縮機
３ 冷却器
４ 臭化リチウム冷凍ユニット
５ 冷水タンク
６ 温水タンク
７ ガスタービン
８ ガスタービン圧縮機
９ ガス発電機
１０ バーナー
１１ 空気タービン
１２ 空気発電機
１３ ガス－ガス熱交換器

Claims (4)

1. 圧縮空気エネルギー貯蔵モジュール、臭化リチウム冷凍モジュール、ガス発電モジュール、空気タービン発電モジュールおよびガス－ガス熱交換器モジュールを備える、圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システムであって、
   前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールはガス貯蔵装置に接続され、前記臭化リチウム冷凍モジュールは、圧縮熱を冷却するために前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールに接続され、前記ガス発電モジュールのタービンは、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱するために、ガス－ガス熱交換器モジュールに排気接続され、前記空気タービン発電モジュールは、加熱された圧縮空気が発電に使用されるように、前記ガス－ガス熱交換器モジュールに接続され、前記空気タービン発電モジュールは、空気タービンおよび空気発電機を備え、前記空気タービンは、水平に対向して配置したデュアルシリンダーデュアルエキゾーストであり、前記空気タービン発電モジュールの排気システムは、排気煙突に接続される、ことを特徴とする圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システム。
2. 前記圧縮空気エネルギー貯蔵モジュールは、直列に接続された２～４個の空気エネルギー貯蔵圧縮機を備えており、直列に接続された空気エネルギー貯蔵圧縮機の中間段には、圧縮熱を冷却するための冷却器が備えられている、ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システム。
3. 前記臭化リチウム冷凍モジュールは、臭化リチウム冷凍ユニット、冷水タンク、温水タンクを備え、前記冷水タンクの冷水は、冷水供給ポンプによって加圧された後、中間段の冷却器に入って冷却され、中間段の冷却器からの水は温水タンクに入り、臭化リチウム冷凍ユニットの熱源として使用される、ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システム。
4. 前記ガス発電モジュールは、ガスタービン、ガスタービン圧縮機、ガス発電機およびバーナーを備え、ガスタービン、ガスタービン圧縮機およびガス発電機は同軸に配置し、前記タービンからの排気はガス－ガス熱交換器に入り、ガス貯蔵装置からの圧縮空気を加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気－ガスデュプレックスコンバインドサイクル発電システム。

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