一种能够平抑用电峰谷波动的发电系统的制作方法
【专利摘要】一种能够平抑用电峰谷波动的发电系统，它包括由依次连接的电动机、空气压缩机、大型储气室构成的压缩空气蓄能系统；空气透平发电系统；燃气轮机发电系统；蒸汽轮机发电系统；储热装置和储冷装置。所述大型储气室为空气透平发电系统和燃气轮机发电系统提供压缩空气，所述储热装置吸收空气压缩机的排气显热并通过给水换热器加热蒸汽轮机发电系统的给水；所述储冷装置从空气透平的低温排气获取冷量并与蒸汽轮机发电系统的凝汽器进行热交换。本实用新型将压缩空气蓄能系统与燃气-蒸汽联合循环发电系统有机结合在一起，实现了空气压缩与膨胀环节热能的优化利用，提高了发电系统的热经济性和电网的调峰性能。
【专利说明】一种能够平抑用电峰谷波动的发电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发电系统，特别是改进的燃气-蒸汽联合循环发电系统，属发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]压缩空气蓄能(Compressed Air Energy Storge, CAES)是一种最具发展潜力的大规模蓄能方式，它具有动态响应快、成本低、环境友好等优点。典型的压缩空气蓄能发电系统工作过程如下:在电网用电的低谷时期，使用价格相对便宜且有剩余的电力驱动空气压缩机压缩空气，并将压缩后的高压空气储存在特定的密闭空间(如废旧的矿洞)中。在用电高峰时期，将高压空气与天然气混合燃烧后驱动燃气轮机做功发电。
[0003]燃气-蒸汽联合循环发电系统具有高效低耗、启动快、调节灵活、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染小等优点，燃气-蒸汽联合循环机组不仅可以用作紧急备用电源和调峰，还被用来带基本负荷和中间负荷。
[0004]现有的压缩空气蓄能与燃气-蒸汽联合循环发电系统只是简单的利用燃气轮机或余热锅炉的排气余热，并不能充分合理地将两者有机地结合在一起，从而影响了整个发电系统的运行效率。
实用新型内容
[0005]本实用新型用于解决上述已有技术之缺陷、提出一种能够平抑用电峰谷波动的发电系统，它能够综合利用余热锅炉的低品位排气余热、空气在压缩过程的压缩热及压缩空气在空气透平膨胀后的低温排气冷量，提出一体化集成的压缩空气蓄能与燃气-蒸汽联合循环发电系统，该方案既可以提高系统的运行效率，又可以提高系统运行的灵活性，并能进一步提闻电网的调峰性能。
[0006]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0007]—种能够平抑用电峰谷波动的发电系统，它包括由依次连接的电动机、空气压缩机、大型储气室构成的压缩空气蓄能系统；由空气透平驱动的空气透平发电系统；燃气轮机发电系统；蒸汽轮机发电系统；储热装置和储冷装置；所述大型储气室为空气透平发电系统和燃气轮机发电系统提供压缩空气，所述储热装置吸收空气压缩机的排气显热并通过给水换热器加热蒸汽轮机发电系统的给水；所述储冷装置从空气透平的低温排气获取冷量并与蒸汽轮机发电系统的凝汽器进行热交换。
[0008]上述能够平抑用电峰谷波动的发电系统，所述蒸汽轮机发电系统包括蒸汽轮机和由蒸汽轮机驱动的与燃气轮机同轴连接的发电机，所述蒸汽轮机的排汽口依次经凝汽器、凝结水泵、低压回热加热器、除氧器、给水泵、给水加热器、高压回热加热器、余热锅炉接蒸汽轮机的进汽口。
[0009]上述能够平抑用电峰谷波动的发电系统，所述燃气轮机发电系统包括燃烧室和燃气轮机，所述燃烧室的压缩空气入口接大型储气室，燃烧室的排气口直接与燃气轮机进口连接，所述燃气轮机的排气管道与余热锅炉连接，燃气轮机驱动与蒸汽轮机同轴连接的发电机。
[0010]上述能够平抑用电峰谷波动的发电系统，所述空气透平设置多级，各级空气透平的低温排气分别进入储冷装置内换热，在各级透平的进气管道上均设置有换热器，各换热器布置在余热锅炉的尾部烟道。
[0011]上述能够平抑用电峰谷波动的发电系统，所述空气压缩机设置多级，各级空气压缩机出口的压缩空气分别进入储热装置中换热。
[0012]上述能够平抑用电峰谷波动的发电系统，所述大型储气室采用废旧的矿洞。
[0013]本实用新型将压缩空气蓄能系统与燃气-蒸汽联合循环发电系统有机结合在一起，在用电低谷时利用电能驱动空气压缩机，并将压缩空气的间冷热利用于燃气-蒸汽联合循环机组的回热系统；在用电高峰时，使用高压空气驱动空气透平与燃气轮机做功发电，并利用空气透平的低温排气与凝汽器换热，冷却蒸汽轮机发电系统的蒸汽轮机排汽。该系统不但实现了空气压缩与膨胀环节能量的优化利用，提高了燃气-蒸汽联合循环的热经济性，而且还有效的提高电网的调峰性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0015]图1是本实用新型的结构示意图。
[0016]图中各标号清单为:1、电动机，2、低压压气机,3、高压压气机,4、储热装置,5、大型储气室，6、高压换热器，7、高压空气透平，8、低压空气透平，9、低压换热器，10、储冷装置，
11、空气透平发电机，12、凝汽器，13、冷却循环泵，14、凝结水泵，15、燃烧室，16、燃气轮机，17、蒸汽轮机，18、余热锅炉，19、发电机，20、低压回热加热器，21、除氧器，22、给水泵，23、给水换热器，24、高压回热加热器，25、加热循环泵。
【具体实施方式】
[0017]参看图1，本实用新型主要包括四个子系统:压缩空气蓄能系统、空气透平发电系统、燃气轮机发电系统、蒸汽轮机发电系统。储热装置4分别与压缩空气蓄能系统的间冷换热器及蒸汽轮机发电系统的回热系统连接；压缩空气蓄能系统的大型储气室5分别与空气透平发电系统和燃气轮机发电系统的燃烧室15连接；储冷装置10分别与空气透平的低温排气口及蒸汽轮机发电系统的凝汽器12连接。
[0018]当用电负荷处于低谷且电价相对便宜时，使用电能驱动空气压缩机(低压压气机2和高压压气机3)对大型储气室5充气，并通过储热装置4将空气压缩过程中产生的间冷热利用于蒸汽轮机发电系统的回热系统；当用电高峰时，将高压空气从大型储气室5引出，一部分吸收余热锅炉18排气余热后进入空气透平发电，并且利用空气透平做功之后的低温排气冷却蒸汽轮机发电系统的排汽，降低凝汽器12真空；另一部分高压空气进入燃烧室15与天然气混合燃烧后驱动燃气轮机16并带动与蒸汽轮机同轴连接的发电机19发电。燃气轮机16的排气作为余热锅炉的热源将水加热成合格的蒸汽驱动蒸汽轮机17做功发电。
[0019]压缩空气蓄能系统采用两级空气压缩机压缩空气，分别为低压压气机2和高压压气机3，低压压气机2的出口空气压力为0.9MPa，温度为247°C，高压压气机3的出口空气压力为8MPa，温度为245°C。两级空气压缩机出口的压缩空气分别进入储热装置4中换热，并将热量存储于储热装置4。需要指出的是空气压缩过程不限于两级，可根据压比及压气机出口空气温度灵活选择，例如可采用三级或四级空气压缩机。
[0020]空气透平发电系统采用两级空气透平膨胀做功，压缩空气在进入两级空气透平做功之前，先经过除湿装置除去压缩空气中的水蒸汽，然后经过布置在余热锅炉18尾部的换热器(高压换热器6、低压换热器9)将压缩空气加热到100°C左右，再进入空气透平膨胀做功发电。空气透平膨胀后的低于0°C的低温空气通入到储冷装置10储存冷量，最终利用储冷装置10对凝汽器12进行冷却，降低凝汽器真空。需要指出的是空气透平膨胀做功过程不限于两级，可根据空气透平出口空气温度及每级空气透平的负载灵活选择，例如可采用三级或四级空气透平。
[0021]燃气轮机发电系统不再单独设置压气机，而是直接将大型储气室5中的高压空气引入到燃烧室15，燃烧后的高温、高压的烟气驱动燃气轮机16做功发电，由于燃气轮机16不再单独设置压气机因而相对传统燃气-蒸汽联合循环机组可有效减少压气机耗功，提高燃气轮机发电系统的发电效率。
[0022]在蒸汽轮机发电系统回热系统中的给水泵22之后，高压回热加热器24之前设置给水换热器23，并将给水换热器23与储热装置4相连，利用储热装置4中存储的压缩热加热回热系统中的给水，减少高压回热加热器24的抽汽量。
[0023]在用电高峰时，燃气-蒸汽联合循环发电系统既可单独运行，空气透平发电系统、燃气轮机发电系统与蒸汽轮机发电系统又可同时运行，所发电能均供给电网调峰使用，系统之间既相对独立又具有较高的运行的灵活性。
[0024]本实用新型的上述【具体实施方式】仅是对本实用新型的进一步说明，并非对本实用新型的保护范围进行限定，在上述技术方案基础上所作的任何改变，都应认为包含在本实用新型权利要求书的保护范围内。
【权利要求】
1.一种能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，它包括由依次连接的电动机(I)、空气压缩机、大型储气室(5)构成的压缩空气蓄能系统、由空气透平和空气透平发电机(II)构成的空气透平发电系统、燃气轮机发电系统、蒸汽轮机发电系统、储热装置(4)和储冷装置(10);所述大型储气室(5)为空气透平发电系统和燃气轮机发电系统提供压缩空气，所述储热装置(4)吸收空气压缩机的排气显热并通过给水换热器(23)加热蒸汽轮机发电系统的给水；所述储冷装置(10)从空气透平的低温排气获取冷量并与蒸汽轮机发电系统的凝汽器(12)进行热交换。
2.根据权利要求1所述的能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，所述蒸汽轮机发电系统包括蒸汽轮机(17)和由蒸汽轮机(17)驱动的与燃气轮机同轴连接的发电机(19)，所述蒸汽轮机(17)的排汽口依次经凝汽器(12)、凝结水泵(14)、低压回热加热器(20)、除氧器(21)、给水泵(22)、给水加热器(23)、高压回热加热器(24)、余热锅炉(18)接蒸汽轮机(17)的进汽口。
3.根据权利要求2所述的能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，所述燃气轮机发电系统包括燃烧室(15)和燃气轮机(16)，所述燃烧室(15)的压缩空气入口接大型储气室(5)，燃烧室(15)的排气口直接与燃气轮机(16)的进气口连接，所述燃气轮机(16)的排气管道与余热锅炉(18)连接，燃气轮机(16)驱动与蒸汽轮机同轴连接的发电机(19)发电。
4.根据权利要求3所述的能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，所述空气透平设置多级，各级空气透平的排气分别进入储冷装置(10)内换热，在各级透平的进气管道上均设置有换热器，各换热器均设置在余热锅炉(18)的尾部烟道以吸收余热锅炉的排气余热。
5.根据权利要求4所述的能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，所述空气压缩机设置多级，各级空气压缩机出口的压缩空气分别进入储热装置(4)中换热。
6.根据权利要求5所述的能够平抑用电峰谷波动的发电系统，其特征是，所述大型储气室为废旧的矿洞。
【文档编号】F01K23/02GK203374333SQ201320251803
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2013年5月10日
【发明者】冉鹏, 王亚瑟, 冉笑涵 申请人:华北电力大学（保定）