一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电储热集成装置的制作方法

本专利涉及一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电的储热集成技术。

背景技术：

如公开号cn109441743a所示的一种太阳能水轮发电设备，其利用太阳能光热原理与水轮发电原理利用清洁能源进行发电，但其在光照条件不足或是夜晚时，储热装置温度变化加大会出现给气压力不稳定的问题，而且由于现行太阳能水轮发电采用细沙混凝土等物理材料显热储热，成本低安全可靠是其优点，因与外部环境温差大存在较大热损及存在近四分之一的低温热量无法使用并限制了太阳能集热器内余热的使用是其缺点亟待克服，同时现行太阳能水轮发电采用储热换热一体化技术，换热的效率受储热介质温度制约亟待改进；此外压缩空气储能存在难以直接储存高温高压压缩空气且并网发电调峰受电网调度制约，储能利用率及经济性受限的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电储热集成装置。

一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电储热集成装置，包括储热换热器、储气换热器、密封容器和燃气轮机发电机组；所述的储热换热器包括储热容器，所述的储气换热器包括压力容器，所述的储热容器和压力容器均位于密封容器的内部并上下分布，密封容器的内壁与储热容器的外壁及压力容器的外壁之间形成预热池；所述的密封容器内设有第一吸热管和第二吸热管；所述的第一吸热管呈弯折状盘旋设于储热容器内，所述的第二吸热管呈弯折状盘旋设于压力容器内；第一、第二吸热管的入口端均通过尾气循环管道与尾气循环装置相连，第一、第二吸热管的出口端均通过高压给气管道与高压给水装置相连；所述的燃气轮机发电机组包括燃气轮机压气机和涡轮机，所述燃气轮机压气机的进气端口通过吸气管与预热池相连，排气端口依次通过排气管、进气管并与压力容器相连；所述涡轮机的进气端口通过出气管与压力容器相连，排气端口通过透平废气进管与预热池相连。

优选地，还包括传热管，所述的传热管呈弯折状盘旋于储热换热器内，传热管的入口与太阳能集热装置的出口相连，传热管的出口通过传热回管与太阳能集热装置的入口相连。

优选地，所述的传热回管上还连有热力除氧机，所述的热力除氧机通过减压阀与传热回管相连。

各部件说明：

1)储热换热器：为公开号cn109441743a所示的一种太阳能水轮发电设备中的储热换热一体化装置，其主要作用为由压缩空气将太阳能集热装置内的热能传递给储热换热器内的储热介质完成储热并在第一吸热管中直接换热生成高压给水所需的过热蒸汽。

2)储气换热器：其主要作用为储存经燃气轮机压气机排出的高温高压压缩空气并在第二吸热管中直接换热生成高压给水所需的过热蒸汽。

3)密封容器：其主要作用为储存经太阳能集热装置及储热换热器预热的低压压缩空气并吸纳储热换热器及储气换热器因向外热传递而发生的损热。

4)燃气轮机发电机组：因需将预热后的低压压缩空气绝热压缩成高温高压压缩空气，故需耐高温压气机，普通压缩机包括空压机无法实现而燃气轮机压气机则可实现；因燃气轮机压气机与涡轮机不同时工作，故燃气轮机压气机与涡轮机彼此独立工作，不共用转轴；其主要作用为：一方面由燃气轮机压气机制取高温高压压缩空气，另一方面由涡轮机将换热后的高压压缩空气透平发电。

有益效果：

1、本装置克服了现有太阳能水轮发电显热储热技术的缺点并弥补了储热换热一体化技术的不足，同时克服了压缩空气储能利用率及经济性受限的缺点,通过集成充分利用了太阳能显热储热及太阳能集热器内的余热提高了太阳能显热储热的热效进而提高了太阳能水轮发电的发电效率，同时压缩空气储能通过向太阳能水轮发电的负载供电，不再完全受电网调度制约进而提高了压缩空气储能的利用率及经济性，实现太阳能水轮发电与压缩空气储能的双赢。

2、通过储气换热器为太阳能水轮发电新增了一条换热途径，在夜晚或太阳光照不足的情况下，充分利用余热延长了太阳能水轮发电机组的发电时间；通过密封容器内的预热池储存预热压缩空气可降低储热容器及压力容器与环境的温差减少了热损，同时又吸收了储热容器与压力容器的一部分损热，实现密封容器对整体储热装置进行保温及热量的回收利用，提升了储热集成装置的工作效率。

附图说明

图1为一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电储热集成装置的结构示意图；

1.储热换热器11.储热容器12.传热管13.第一吸热管131.第一饱和蒸汽制取管1311.第一内管132.第一蒸汽电磁阀133.第一过热蒸汽生成管14.储热介质15.第一高温高压给水泵16.热力除氧器17.高压给气管道18.尾气循环管道19.传热回管2.储气换热器21.压力容器211.进气口212.出气口22.第二吸热管221.第二饱和蒸汽制取管2211.第二内管222.第二蒸汽电磁阀223.第二过热蒸汽生成管23.进气管24.出气管241.主管242.辅管25.第二高温高压给水泵3.密封容器31.预热压缩空气进管32.吸气管33.透平废气进管34.预热池4.燃气轮机发电机组41.燃气轮机压气机411.燃气轮机压气机转轴412.排气管42.涡轮机421.涡轮机转轴43.发电机。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1所示，一种耦合压缩空气储能的太阳能水轮发电储热集成装置，包括储热换热器1、储气换热器2、密封容器3及燃气轮机发电机组4。

储热换热器1包括储热容器11、传热管12、第一吸热管13、储热介质14、第一高温高压给水泵15、热力除氧器16、高压给气管道17、尾气循环管道18及传热回管19。

传热管12及第一吸热管13均呈弯折状盘旋设于储热容器11内并埋在储热介质14中，所述传热管12的入口端通过真空绝热管与太阳能集热装置的出口端相连，传热管12的出口端通过传热回管19与太阳能集热装置的入口端相连。

所述第一吸热管13的入口端分别与第一高温高压给水泵15及尾气循环管道18相连，并通过尾气循环管18与太阳能水轮发电设备中的尾气循环装置相连，第一吸热管13的出口端与高压给气管道17相连，并通过高压给气管道17与太阳能水轮发电设备中的高压给水装置相连。

储气换热器2包括压力容器21、第二吸热管22、进气管23、出气管24及第二高温高压给水泵25，所述的压力容器21设进气口211与出气口212，所述进气口211与进气管23相连，所述出气口212与出气管24相连，所述进气管23与出气管24均经过储热容器11。

第二吸热管22的入口端分别与第二高温高压给水泵25及尾气循环管道18相连，并通过尾气循环管18与太阳能水轮发电设备中的尾气循环装置相连，第二吸热管22的出口端与高压给气管道17相连，并通过高压给气管道17与太阳能水轮发电设备中的高压给水装置相连。

储热容器11与压力容器21均位于密封容器3内且上下分布，所述密封容器3设预热压缩空气进管31、吸气管32、透平废气进管33及预热池34；所述燃气轮机发电机组4包括燃气轮机压气机41、涡轮机42及发电机43，所述燃气轮机压气机的进气端口通过吸气管32与预热池34相连，排气端口依次通过排气管412、进气管23并与压力容器21相连，涡轮机的进气端口通过出气管24与压力容器21相连，排气端口通过透平废气进管33与预热池34相连，所述燃气轮机压气机41与涡轮机42之间不设燃烧室并分别使用燃气轮机压气机转轴411与涡轮机转轴421，所述发电机43由涡轮机转轴421连接。

传热管的出口分别与传热回管19及预热压缩空气进管31相连，所述传热回管19还经减压阀与热力除氧器16相连，热力除氧器16还分别与第一高温高压给水泵15及第二高温高压给水泵25相连。第二吸热管22经过进气管23与出气管24并呈弯折状盘旋设于压力容器21内，第一吸热管13、第二吸热管22均呈“n”型向上伸出储热容器11及密封容器3且伸出的管路上分别设有第一蒸汽电磁阀132和第二蒸汽电磁阀222，第一蒸汽电磁阀132、第二蒸汽电磁阀222分别把第一、第二吸热管13、22分成第一、第二饱和蒸汽制取管131、221及过热蒸汽生成管133、223并连接，所述第一、第二饱和蒸汽制取管131、221分别设第一、第二内管1311、2211，所述第一、第二饱和蒸汽制取管131、221的入口端分别为第一、第二内管1311、2211，所述第一、第二吸热管13、22的入口端分别由第一、第二内管1311、2211入口端连接，所述第一、第二内管1311、2211出口端均完全封闭并呈“十”字型分别固定在第一、第二饱和蒸汽制取管131、221出口端管内的管壁上，所述第一、第二内管1311、2211管壁上分别设有微孔。

所述出气管24包括主管241与辅管242，所述主管241位于储热容器11内，所述辅管242呈“n”型向上伸出储热容器11及密封容器3，所述辅管242两下端口与主管241相连，两上端口在第二蒸汽电磁阀222的两端完全封闭，所述第二吸热管22经过辅管242。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。