一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統的製作方法

2023-12-02 05:05:11 1

一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統的製作方法
【專利摘要】一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，它包括由依次連接的電動機、空氣壓縮機、大型儲氣室構成的壓縮空氣蓄能系統；空氣透平發電系統；燃氣輪機發電系統；蒸汽輪機發電系統；儲熱裝置和儲冷裝置。所述大型儲氣室為空氣透平發電系統和燃氣輪機發電系統提供壓縮空氣，所述儲熱裝置吸收空氣壓縮機的排氣顯熱並通過給水換熱器加熱蒸汽輪機發電系統的給水；所述儲冷裝置從空氣透平的低溫排氣獲取冷量並與蒸汽輪機發電系統的凝汽器進行熱交換。本實用新型將壓縮空氣蓄能系統與燃氣-蒸汽聯合循環發電系統有機結合在一起，實現了空氣壓縮與膨脹環節熱能的優化利用，提高了發電系統的熱經濟性和電網的調峰性能。
【專利說明】一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種發電系統，特別是改進的燃氣-蒸汽聯合循環發電系統，屬發電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]壓縮空氣蓄能(Compressed Air Energy Storge, CAES)是一種最具發展潛力的大規模蓄能方式，它具有動態響應快、成本低、環境友好等優點。典型的壓縮空氣蓄能發電系統工作過程如下:在電網用電的低谷時期，使用價格相對便宜且有剩餘的電力驅動空氣壓縮機壓縮空氣，並將壓縮後的高壓空氣儲存在特定的密閉空間(如廢舊的礦洞)中。在用電高峰時期，將高壓空氣與天然氣混合燃燒後驅動燃氣輪機做功發電。
[0003]燃氣-蒸汽聯合循環發電系統具有高效低耗、啟動快、調節靈活、可用率高、投資省、建設周期短及環境汙染小等優點，燃氣-蒸汽聯合循環機組不僅可以用作緊急備用電源和調峰，還被用來帶基本負荷和中間負荷。
[0004]現有的壓縮空氣蓄能與燃氣-蒸汽聯合循環發電系統只是簡單的利用燃氣輪機或餘熱鍋爐的排氣餘熱，並不能充分合理地將兩者有機地結合在一起，從而影響了整個發電系統的運行效率。
實用新型內容
[0005]本實用新型用於解決上述已有技術之缺陷、提出一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，它能夠綜合利用餘熱鍋爐的低品位排氣餘熱、空氣在壓縮過程的壓縮熱及壓縮空氣在空氣透平膨脹後的低溫排氣冷量，提出一體化集成的壓縮空氣蓄能與燃氣-蒸汽聯合循環發電系統，該方案既可以提高系統的運行效率，又可以提高系統運行的靈活性，並能進一步提聞電網的調峰性能。
[0006]本實用新型所述問題是以下述技術方案實現的:
[0007]—種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，它包括由依次連接的電動機、空氣壓縮機、大型儲氣室構成的壓縮空氣蓄能系統；由空氣透平驅動的空氣透平發電系統；燃氣輪機發電系統；蒸汽輪機發電系統；儲熱裝置和儲冷裝置；所述大型儲氣室為空氣透平發電系統和燃氣輪機發電系統提供壓縮空氣，所述儲熱裝置吸收空氣壓縮機的排氣顯熱並通過給水換熱器加熱蒸汽輪機發電系統的給水；所述儲冷裝置從空氣透平的低溫排氣獲取冷量並與蒸汽輪機發電系統的凝汽器進行熱交換。
[0008]上述能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，所述蒸汽輪機發電系統包括蒸汽輪機和由蒸汽輪機驅動的與燃氣輪機同軸連接的發電機，所述蒸汽輪機的排汽口依次經凝汽器、凝結水泵、低壓回熱加熱器、除氧器、給水泵、給水加熱器、高壓回熱加熱器、餘熱鍋爐接蒸汽輪機的進汽口。
[0009]上述能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，所述燃氣輪機發電系統包括燃燒室和燃氣輪機，所述燃燒室的壓縮空氣入口接大型儲氣室，燃燒室的排氣口直接與燃氣輪機進口連接，所述燃氣輪機的排氣管道與餘熱鍋爐連接，燃氣輪機驅動與蒸汽輪機同軸連接的發電機。
[0010]上述能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，所述空氣透平設置多級，各級空氣透平的低溫排氣分別進入儲冷裝置內換熱，在各級透平的進氣管道上均設置有換熱器，各換熱器布置在餘熱鍋爐的尾部煙道。
[0011]上述能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，所述空氣壓縮機設置多級，各級空氣壓縮機出口的壓縮空氣分別進入儲熱裝置中換熱。
[0012]上述能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，所述大型儲氣室採用廢舊的礦洞。
[0013]本實用新型將壓縮空氣蓄能系統與燃氣-蒸汽聯合循環發電系統有機結合在一起，在用電低谷時利用電能驅動空氣壓縮機，並將壓縮空氣的間冷熱利用於燃氣-蒸汽聯合循環機組的回熱系統；在用電高峰時，使用高壓空氣驅動空氣透平與燃氣輪機做功發電，並利用空氣透平的低溫排氣與凝汽器換熱，冷卻蒸汽輪機發電系統的蒸汽輪機排汽。該系統不但實現了空氣壓縮與膨脹環節能量的優化利用，提高了燃氣-蒸汽聯合循環的熱經濟性，而且還有效的提高電網的調峰性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0015]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖中各標號清單為:1、電動機，2、低壓壓氣機,3、高壓壓氣機,4、儲熱裝置,5、大型儲氣室，6、高壓換熱器，7、高壓空氣透平，8、低壓空氣透平，9、低壓換熱器，10、儲冷裝置，
11、空氣透平發電機，12、凝汽器，13、冷卻循環泵，14、凝結水泵，15、燃燒室，16、燃氣輪機，17、蒸汽輪機，18、餘熱鍋爐，19、發電機，20、低壓回熱加熱器，21、除氧器，22、給水泵，23、給水換熱器，24、高壓回熱加熱器，25、加熱循環泵。
【具體實施方式】
[0017]參看圖1，本實用新型主要包括四個子系統:壓縮空氣蓄能系統、空氣透平發電系統、燃氣輪機發電系統、蒸汽輪機發電系統。儲熱裝置4分別與壓縮空氣蓄能系統的間冷換熱器及蒸汽輪機發電系統的回熱系統連接；壓縮空氣蓄能系統的大型儲氣室5分別與空氣透平發電系統和燃氣輪機發電系統的燃燒室15連接；儲冷裝置10分別與空氣透平的低溫排氣口及蒸汽輪機發電系統的凝汽器12連接。
[0018]當用電負荷處於低谷且電價相對便宜時，使用電能驅動空氣壓縮機(低壓壓氣機2和高壓壓氣機3)對大型儲氣室5充氣，並通過儲熱裝置4將空氣壓縮過程中產生的間冷熱利用於蒸汽輪機發電系統的回熱系統；當用電高峰時，將高壓空氣從大型儲氣室5引出，一部分吸收餘熱鍋爐18排氣餘熱後進入空氣透平發電，並且利用空氣透平做功之後的低溫排氣冷卻蒸汽輪機發電系統的排汽，降低凝汽器12真空；另一部分高壓空氣進入燃燒室15與天然氣混合燃燒後驅動燃氣輪機16並帶動與蒸汽輪機同軸連接的發電機19發電。燃氣輪機16的排氣作為餘熱鍋爐的熱源將水加熱成合格的蒸汽驅動蒸汽輪機17做功發電。
[0019]壓縮空氣蓄能系統採用兩級空氣壓縮機壓縮空氣，分別為低壓壓氣機2和高壓壓氣機3，低壓壓氣機2的出口空氣壓力為0.9MPa，溫度為247°C，高壓壓氣機3的出口空氣壓力為8MPa，溫度為245°C。兩級空氣壓縮機出口的壓縮空氣分別進入儲熱裝置4中換熱，並將熱量存儲於儲熱裝置4。需要指出的是空氣壓縮過程不限於兩級，可根據壓比及壓氣機出口空氣溫度靈活選擇，例如可採用三級或四級空氣壓縮機。
[0020]空氣透平發電系統採用兩級空氣透平膨脹做功，壓縮空氣在進入兩級空氣透平做功之前，先經過除溼裝置除去壓縮空氣中的水蒸汽，然後經過布置在餘熱鍋爐18尾部的換熱器(高壓換熱器6、低壓換熱器9)將壓縮空氣加熱到100°C左右，再進入空氣透平膨脹做功發電。空氣透平膨脹後的低於0°C的低溫空氣通入到儲冷裝置10儲存冷量，最終利用儲冷裝置10對凝汽器12進行冷卻，降低凝汽器真空。需要指出的是空氣透平膨脹做功過程不限於兩級，可根據空氣透平出口空氣溫度及每級空氣透平的負載靈活選擇，例如可採用三級或四級空氣透平。
[0021]燃氣輪機發電系統不再單獨設置壓氣機，而是直接將大型儲氣室5中的高壓空氣引入到燃燒室15，燃燒後的高溫、高壓的煙氣驅動燃氣輪機16做功發電，由於燃氣輪機16不再單獨設置壓氣機因而相對傳統燃氣-蒸汽聯合循環機組可有效減少壓氣機耗功，提高燃氣輪機發電系統的發電效率。
[0022]在蒸汽輪機發電系統回熱系統中的給水泵22之後，高壓回熱加熱器24之前設置給水換熱器23，並將給水換熱器23與儲熱裝置4相連，利用儲熱裝置4中存儲的壓縮熱加熱回熱系統中的給水，減少高壓回熱加熱器24的抽汽量。
[0023]在用電高峰時，燃氣-蒸汽聯合循環發電系統既可單獨運行，空氣透平發電系統、燃氣輪機發電系統與蒸汽輪機發電系統又可同時運行，所發電能均供給電網調峰使用，系統之間既相對獨立又具有較高的運行的靈活性。
[0024]本實用新型的上述【具體實施方式】僅是對本實用新型的進一步說明，並非對本實用新型的保護範圍進行限定，在上述技術方案基礎上所作的任何改變，都應認為包含在本實用新型權利要求書的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，它包括由依次連接的電動機(I)、空氣壓縮機、大型儲氣室(5)構成的壓縮空氣蓄能系統、由空氣透平和空氣透平發電機(II)構成的空氣透平發電系統、燃氣輪機發電系統、蒸汽輪機發電系統、儲熱裝置(4)和儲冷裝置(10);所述大型儲氣室(5)為空氣透平發電系統和燃氣輪機發電系統提供壓縮空氣，所述儲熱裝置(4)吸收空氣壓縮機的排氣顯熱並通過給水換熱器(23)加熱蒸汽輪機發電系統的給水；所述儲冷裝置(10)從空氣透平的低溫排氣獲取冷量並與蒸汽輪機發電系統的凝汽器(12)進行熱交換。
2.根據權利要求1所述的能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，所述蒸汽輪機發電系統包括蒸汽輪機(17)和由蒸汽輪機(17)驅動的與燃氣輪機同軸連接的發電機(19)，所述蒸汽輪機(17)的排汽口依次經凝汽器(12)、凝結水泵(14)、低壓回熱加熱器(20)、除氧器(21)、給水泵(22)、給水加熱器(23)、高壓回熱加熱器(24)、餘熱鍋爐(18)接蒸汽輪機(17)的進汽口。
3.根據權利要求2所述的能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，所述燃氣輪機發電系統包括燃燒室(15)和燃氣輪機(16)，所述燃燒室(15)的壓縮空氣入口接大型儲氣室(5)，燃燒室(15)的排氣口直接與燃氣輪機(16)的進氣口連接，所述燃氣輪機(16)的排氣管道與餘熱鍋爐(18)連接，燃氣輪機(16)驅動與蒸汽輪機同軸連接的發電機(19)發電。
4.根據權利要求3所述的能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，所述空氣透平設置多級，各級空氣透平的排氣分別進入儲冷裝置(10)內換熱，在各級透平的進氣管道上均設置有換熱器，各換熱器均設置在餘熱鍋爐(18)的尾部煙道以吸收餘熱鍋爐的排氣餘熱。
5.根據權利要求4所述的能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，所述空氣壓縮機設置多級，各級空氣壓縮機出口的壓縮空氣分別進入儲熱裝置(4)中換熱。
6.根據權利要求5所述的能夠平抑用電峰谷波動的發電系統，其特徵是，所述大型儲氣室為廢舊的礦洞。
【文檔編號】F01K23/02GK203374333SQ201320251803
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年5月10日 優先權日:2013年5月10日
【發明者】冉鵬, 王亞瑟, 冉笑涵 申請人:華北電力大學（保定）