与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统的制作方法

与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统
【技术领域】
[0001]
本实用新型属于液态压缩空气储能系统，尤其是一种与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统。


背景技术：

[0002]
截止2019年底，光伏、风电累计装机容量分别达到2.05、2.1亿千瓦，占总装机容量(20.1亿千瓦)的10.2％和10.4％；年总发电量分别达到2243、4057亿千瓦时，占年总发电量(73253亿千瓦)的3％和5.5％，发电量占比明显小于装机容量占比，表明新能源电力仍存在较大的废弃情况。新能源电力未来将大幅快速发展，因此，要求火电机组在当前基础上进一步挖掘调峰潜力。
[0003]
具备波动性及间歇性特点的可再生能源电能大规模并网，对电网削峰填谷、安全稳定运行水平提出了更高要求。建设大规模储能装置，提升电力系统运行灵活性及安全性，是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。
[0004]
目前，储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能。抽水蓄能技术成熟，效率较高，但存在地理位置限制等问题，难以大规模推广；电化学储能技术响应快、体积小、建设周期短，但存在整体寿命短、工业污染大等缺点；液态压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点，具备规模化推广应用潜力。
[0005]
然而，目前公开报道的液态压缩空气储能系统，对空气在压缩储能及发电过程的压缩放热、膨胀吸热处理方案主要有两种：1)设置储热系统，将空气压缩过程的释放热存储，在膨胀释能发电环节用于膨胀机前升温；2)压缩热外排，膨胀吸热用燃料补燃方式予以供给。其中，储热方案存在初投资大、变工况性能差等缺点；补热方案存在燃料消耗、污染物排放等问题。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的在于解决现有液态压缩空气储能系中，对空气在压缩储能及发电过程的压缩放热、膨胀吸热处理的两种主要方案，或存在初投资大、变工况性能差，或存在燃料消耗高和污染物排放大的问题，提供一种与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统。
[0007]
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
[0008]
一种与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统，包括依次连通的空气压缩机、空气冷却器、制冷膨胀机、气液分离器、液化空气存储装置、液体升压泵和多个空气加热器；其中，多个所述空气加热器的加热温度依次升高；
[0009]
空气经空气压缩机加压后，由空气冷却器降温，之后进入制冷膨胀机，在气液分离器中完成气液分离，液体部分进入液化空气存储装置，经液体升压泵升压后，依次经多个空气加热器加热后进入空气膨胀发电机做功发电；
[0010]
多个所述空气加热器分别与燃煤发电机组中汽轮机的多个汽源点相连通，每个所
空气预热器；7-暖风器；8-锅炉送风机；9-闭式水升压泵；10-空气压缩机；11-空气冷却器；12-制冷膨胀机；13-气液分离器；14-液化空气存储装置；15-液体升压泵；16-一级空气加热器；17-二级空气加热器；18-三级空气加热器；19-四级空气加热器；20-空气膨胀发电机。
【具体实施方式】
[0030]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0031]
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0033]
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0035]
在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0036]
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
[0037]
参见图1，本实用新型提供了一种与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统，充分利用燃煤发电机组汽水热力循环这个巨大的热载体，设置气水换热器、气汽换热器及相应管道，以闭式循环水为热载体，将空气压缩储能过程的放热用于加热锅炉1的空气预热器6入口冷风，改善空气预热器6运行环境，以提高设备安全可靠性，并提升锅炉1效率。同时，用不同品质的蒸汽在各级空气加热器中提高进入空气膨胀发电机20的空气温度。
[0038]
与燃煤发电机组热力系统耦合的液态压缩空气储能系统包括依次连通的空气预热器6、暖风机7和锅炉送风机8；依次连通的空气压缩机10、空气冷却器11、制冷膨胀机12、气液分离器13、液化空气存储装置14、液体升压泵15和多个空气加热器。其中多个空气加热
器包括由液体升压泵15至空气膨胀发电机20依次设置的一级空气加热器16、二级空气加热器17、三级空气加热器18和四级空气加热器19。
[0039]
燃煤发电机组中，锅炉1出口新蒸汽经过汽轮机高压缸2做功后，返回锅炉1再热器二次提温后，再进入汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4做功驱动发电机5发电。汽轮机设置有不同压力和温度等级的回热抽汽。
[0040]
液态压缩空气储能环节中，空气经压缩机10加压后在空气冷却器11中放热后，再进入制冷膨胀机12实现深度降温，在气液分离器13中实现空气的液态和气态分离，然后，液态进入液化空气存储装置14，此为空气的液化压缩储能过程。
[0041]
储能系统的发电释能过程为，液化空气存储装置14出口的液态空气经液体升压泵15加压，再依次经一级空气加热器16、二级空气加热器17、三级空气加热器18、四级空气加热器19梯级升温后进入空气膨胀发电机20做功发电，排气排入大气环境。
[0042]
另外，在空气压缩储能流程中，设置空气冷却器11和锅炉1的暖风器7，其结构形式均为空气-水表面式换热，以闭式循环水为热载体，在闭式水升压泵9的驱动下，在空气冷却器11和暖风器7之间进行流动循环，将空气压缩机10出口的空气热量传递给锅炉送风机8出口的冷风，提高空气预热器6入口风温，改善空气预热器6运行环境以提高设备安全可靠性，并提升锅炉1效率。
[0043]
空气膨胀发电释能流程中，设置的四个空气加热器均为蒸汽-空气换热器，分别从汽轮机不同汽源点抽取四种不同压力和温度的蒸汽：四级空气加热器19、三级空气加热器18、二级空气加热器17、一级空气加热器16抽取的蒸汽分别为再热蒸汽、三段抽汽(汽轮机中压缸3某级)、中排抽汽(汽轮机中压缸3排汽)和六段抽汽(汽轮机低压缸4某级)，其中再热蒸汽为锅炉1再热器出口新蒸汽，温度最高，作为最后一级空气加热器的加热汽源；三段抽汽为汽轮机中压缸3某一级抽汽，温度低于再热蒸汽，但高于中排抽汽和六段抽汽，作为三级空气加热器18的加热汽源；中排抽汽和六段抽汽分别作为二级空气加热器17和一级空气加热器16的加热汽源。液体升压泵15出口的低温空气依次流经一级空气加热器16、二级空气加热器17、三级空气加热器18、四级空气加热器19梯级升温后，再进入空气膨胀机20做功发电。共四级空气加热器的蒸汽放热凝结后的疏水回流至燃煤发电机组的凝汽器，保证整体系统的汽水质量平衡。
[0044]
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。