一種壓縮空氣儲能調峰發電系統的製造方法與工藝
2023-06-01 22:03:16 1
本發明涉及一種儲能發電裝置,尤其是涉及用於滿足峰值負載調節的燃氣輪機儲能發電系統。
背景技術：
電力行業作為社會基礎產業，是國家發展的命脈產業之一。隨著中國經濟社會高速發展，電力需求日益增長，中國電力工業建設進入快速發展時期。隨著科技進步和社會需求的推動,電網正從傳統的輸、變、配電加速向以滿足社會資源優化配置為主要功能的能量承載、能源博弈的平臺演化。能源結構調整的大背景下，隨著電力系統對安全、高效、穩定運行等條件的要求愈來愈高，我國電網的發展逐漸步入一個全新的階段——智能電網。因此，建設一個效能高、投資低、安全可靠、靈活應變的智能電網已成為我國電網的發展方向。智能電網是一個集合了多種當代先進技術的複合系統，這些技術包括電力電子技術、信息技術、儲能技術、傳感測量技術等，而儲能技術是其中至關重要的一環，它在智能電網中具有重要意義：1)可以有效地平滑負荷曲線和晝夜峰谷差，實現需求側管理；2)調節電網頻率，平抑負荷的波動，保障系統穩定運行；3)用戶側輔助電源，提高電能質量和供電可靠性；4)優化可再生能源的配置利用，促進可再生能源開發。壓縮空氣儲能技術是目前較為廣泛應用的一種儲能技術，其主要原理利用電力系統負荷低谷時段的剩餘電力進行壓縮空氣作業，並將其儲存於高壓密封設施內，在負荷尖峰時段釋放出來用以驅動燃氣輪機發電。壓縮空氣儲能技術具有成本低，安全性比較高，運行可靠，壽命長等優點。現有技術中典型的壓縮空氣儲能系統，如200710098467.4的發明專利，包括壓縮機、儲氣庫、燃燒室、燃氣輪機以及發電機；在電力負荷低谷時，利用電網電能驅動電動機，電動機驅動壓縮機壓縮空氣送入儲氣庫；在電力負荷高峰時，由儲氣庫釋放的壓縮空氣在燃燒室燃燒後的燃氣進入燃氣輪機驅動發電機發電，並將電能送入電網。但是，這種類型的壓縮空氣儲能系統，隨著儲氣庫內壓縮空氣的排出，其氣壓逐漸降低，從而導致燃氣輪機的效率下降。作為現有技術的改進，200780031109.X提出了一種恆壓的壓縮空氣儲能發電系統，其儲氣罐包括通過液壓泵/發動機單元連接的兩個儲氣罐，兩個儲氣罐之間設置存儲水，通過液壓泵控制存儲水在兩個儲氣罐之間流動，從而改變排氣儲氣罐的體積以保證壓強穩定，從而保證了燃氣輪機的效率穩定。但是，該改進的技術方案中，由於在儲氣罐中引入了存儲水，其在排氣過程中可能揮發，從而增加壓縮空氣的水分，導致下遊燃氣輪機、換熱器、管道系統或者儀器由於水分導致的腐蝕或者退化。為了解決上述技術問題，在先申請提出了一種改進的壓縮空氣儲能系統，在恆壓儲氣罐的壓縮空氣和儲存水界面之間設置能夠自由移動的密封隔絕元件，從而減小儲存水揮發進入壓縮空氣導致的損害。但是，為了更好的隔絕水分，密封隔絕元件需要與恆壓儲氣罐充分接觸，從而導緻密封隔絕元件需要與恆壓儲氣罐之間存在摩擦，影響壓縮空氣的壓縮效果；而如果減小密封隔絕元件的密封面積，則可能影響對於水分的密封。因此，作為進一步的改進，本發明提出了一種壓縮空氣能量儲存發電系統，能夠解決現有技術的上述問題。
技術實現要素：
作為本發明的一個方面，提供壓縮空氣能量儲存發電系統，包括：壓縮機，其在儲能時通過電動機驅動並將常壓空氣進行壓縮；第一儲存罐，其為恆壓儲氣裝置，設置由空氣入口以及空氣出口，通過空氣入口能夠接受壓縮機的壓縮空氣，通過空氣出口能夠將壓縮空氣排出；第二儲存罐，其為變壓儲氣裝置，通過連通管路與所述第一儲存罐相連通；在所述第一儲存罐和第二儲存罐中容納有儲存水，從而使得所述第二儲存罐是氣密性密封的；液壓泵/發動機單元，其設置於所述連通管路，根據所述第一儲存罐的壓力操作所述液壓泵/發動機單元，從而使所述第一儲存罐保持恆壓；發電機，其利用第一儲存罐排出的壓縮空氣和燃料燃燒後的燃燒氣體來驅動渦輪機，並通過該渦輪機的驅動而發電；在所述第一儲存罐內壓縮空氣界面和儲存水界面之間設置液體密封層，從而避免所述儲存水揮發進入壓縮空氣。優選的，使用矽油作為液體密封層。優選的，所述第一儲存罐的空氣出口與所述渦輪機之間設置除溼裝置，所述除溼裝置能夠將從第一儲存罐中排出的壓縮空氣中的水分進行排除。優選的，所述除溼裝置包括乾燥劑或者乙二醇中的至少一種。優選的，所述除溼裝置包括冷凝器，通過冷凝的方式去除壓縮空氣中的水分。優選的，還包括通過第一閥門與所述第一儲存罐相通的密封液體儲存罐，當所述密封層的厚度低於特定閾值時，將所述密封液體儲存罐內的密封液體補充到所述密封層；所述密封液體的入口高度高於所述密封層。優選的，所述密封液體儲存罐通過第二閥門與所述壓縮機相通，當需要補充密封液體時，先開啟所述第二閥門使所述密封液體儲存罐的氣壓增加，當所述密封液體儲存罐的氣壓等於所述第一儲存罐的氣壓時，開啟所述第一閥門，將所述密封液體儲存罐內的密封液體補充到所述密封層。優選的，還包括設置於第一儲存罐頂部的厚度傳感器，用於測定所述密封層的高度，從而根據所述密封層的高度補充密封液體。作為本發明的另外一個方面，提供了一種電力系統負荷儲能調度系統，其包括上述的壓縮空氣能量儲存發電系統。附圖說明圖1是本發明實施例的壓縮空氣能量儲存發電系統的結構框圖。具體實施方式此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。本發明實施例的壓縮空氣能量儲存發電系統，參見圖1，包括壓縮機1，冷卻器2，第一儲存罐3，液壓泵/發動機單元4，第二儲存罐5，除溼裝置6，換熱器7，燃燒室8，燃氣輪機9、發電機10以及密封液體儲存罐11。壓縮機1將外部空氣進行壓縮從而存儲電力，在用電負荷低谷時，通過電動機利用低谷電驅動壓縮機1運轉，從而將能量存儲在壓縮空氣中。壓縮機1可以是單個壓縮機或者包括多級壓縮機的壓縮機組。空氣在被壓縮後溫度升高，冷卻器2用於將升溫後的空氣降溫，從而壓入壓縮空氣存儲罐。壓縮空氣存儲罐包括第一儲存罐3、液壓泵/發動機單元4以及第二儲存罐5。第一儲存罐3和第二儲存罐5為剛性容器，同時壓縮空氣存儲罐中容納有儲存水，其通過第二儲存罐5和第一儲存罐3之間壓力差或者液壓泵驅動，從而能夠在第二儲存罐5和第一儲存罐3之間流動，保持第一儲存罐3的壓力恆定。第一儲存罐3具有壓縮空氣入口31以及壓縮空氣出口32。在用電波谷儲能階段，在第一儲存罐3通過壓縮空氣入口31接收壓縮空氣時，液壓泵使用波谷電作為液壓發動機的能量來源，將儲存水輸送到第二儲存罐5中，從而增加第一儲存罐3中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐3中的壓強不變。在用電波峰釋能階段，在第一儲存罐3通過壓縮空氣出口32排出壓縮空氣，通過第二儲存罐5以及第一儲存罐3之間的壓力差，將儲存水輸送到第一儲存罐3中，從而減小第一儲存罐3中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐3中的壓強不變；儲存水在移動過程中同時驅動發動機進行發電。可以通過監測第一儲存罐3內的空氣壓強，從而控制液壓泵/發動機單元4。密封液體儲存罐11用於儲存密封液體，密封液體儲存罐11的液體出口通過第一閥門12與第一儲存罐3相通，以將位於其中的密封液體輸入第一儲存罐3，從而形成第一儲存罐3內密封空氣與儲存水之間的封閉層33，從而減小儲存水揮發進入壓縮空氣，避免對於後續部件的腐蝕以及損傷。密封液體可以選擇密度小於水，並且不溶於水的液體，例如矽油作為密封液體。由於第一儲存罐3內的壓縮空氣壓強較大，使用常規的流體輸入方式無法將密封液體儲存罐11內的密封液體輸入第一儲存罐3中。優選的，將密封液體儲存罐11的頂部通過第二閥門13與冷卻器2的壓縮空氣出口相通。當需要補充密封液體時，先開啟第二閥門13使密封液體儲存罐11的氣壓增加，當該密封液體儲存罐11的氣壓大於或等於第一儲存罐3的氣壓時，開啟第一閥門12，將密封液體儲存罐11內的密封液體補充到密封層33。優選的，為了避免密封層厚度的減小對於密封效果的影響，可以在第一儲存罐3頂部設置厚度傳感器，例如超聲傳感器，用於測定密封層33的高度，從而根據密封層33的高度補充密封液體；當密封層33的厚度低於特定閾值時，將密封液體儲存罐11內的密封液體補充到密封層33。除溼裝置6設置於第一儲存器3的空氣出口32的後端管路，用於進一步去除壓縮空氣中的水分，從而保證後續部件不受水分影響。除溼裝置6可以使用包括乾燥劑或者乙二醇中的至少一種；可選的，除溼裝置6包括冷凝器，通過冷凝的方式去除壓縮空氣中的水分。在波峰發電時，換熱器7分別與壓縮空氣流路和燃氣輪機的乏氣輸出流路相通，在其中通過燃氣輪機的輸出乏氣對壓縮空氣進行加熱，從而提高燃燒室的效率。燃燒室8設置於換熱器7之後，壓縮空氣與燃料在燃燒室8中進行燃燒，從而輸出燃氣。輸出燃氣被輸送到燃氣輪機9，驅動燃氣輪機9使與其耦合的發電機10進行發電。以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為落入本發明的保護範圍。