压缩空气储能发电方法

文档序号:9561699阅读:3245来源:国知局
压缩空气储能发电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域,尤其涉及一种压缩空气储能发电系统,还涉及一种压缩空气储能发电的方法。
【背景技术】
[0002]随着风电、太阳能光伏等大规模可再生能源在接入电网的比例越来越高,由于其波动性,我国很多地区都存在弃风、弃光限电问题,对我国可再生能源的发展不利,有必要寻找一种适合于我国北方缺水地区的大规模储能方式。如果把弃风、弃光现象中浪费的电能存储起来,在用电高峰到来的时候,再把这部分电能拿来补充电量不足,可实现电网运行中的削峰添谷作用。因此,寻找一种合适的电能存储方式就变得很必要了。
[0003]压缩空气储能(Compressed Air Energy Storge, CAES)是一种极具发展潜力的大规模储能方式,它具有动态响应快、成本低、环境友好等优点。典型的压缩空气储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中。在用电高峰时期,将高压空气与天然气混合燃烧加热后,利用生成的高温高压气体通过发电设备来进行发电作业。
[0004]压缩空气储能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。
[0005]但是,如何将高压空气与燃气进行充分混合后,再利用燃烧设备将二者充分燃烧加热,使加热效率最大化的问题,还没有得到有效解决。这就使得利用压缩空气进行储能发电的方式还没有办法大面积推广开来。
[0006]同时,在高压空气燃烧过程中,火焰会发生偏转,造成燃料与空气燃烧不充分、燃烧效率低下情况的发生。因此,需要提供一种空气燃烧加热装置,以使得燃料与空气充分燃烧加热。
[0007]有鉴于此,特提出本发明。

【发明内容】

[0008]本发明的一目的在于提供一种压缩空气储能发电方法,以实现对高压空气进行稳定加热,利用高压高温气体进行发电作业的目的。
[0009]为实现发明目的,采用如下技术方案:一种压缩空气储能发电方法,其包括:将高压空气与燃料进行燃烧加热生成高温高压混合气体,利用高温高压混合气体进行发电作业;高压空气进行燃烧加热的具体步骤如下,步骤S1、第一路高压空气与燃料混合后自进气喷嘴喷入空气加热器的燃烧室,进行燃烧加热;步骤S2、第二路高压空气沿空气加热器燃烧室的侧壁各处向燃烧室内喷射,使燃烧室内火焰沿燃烧室轴线方向喷射入混合室;步骤S3、第三路高压空气与自热燃烧室加热后喷入的气体在混合室中混合,生成压力值为
2.0Mpa、温度为500?650°C的混合气体,以供发电设备进行发电作业。
[0010]进一步,预先对第一路高压空气、第二路高压空气和第三路高压空气进行预加热,使高压空气进入空气加热器前的温度由30°C?80°C加热至190°C。
[0011]进一步,在第二路高压空气的作用下,燃烧室内的火焰始终沿燃烧室的轴线方向喷射。
[0012]进一步,在第二路高压空气的作用下,燃烧室内的火焰沿平滑的下降曲线喷射,并沿燃烧室轴线方向喷入混合室。
[0013]进一步,第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中,利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。
[0014]进一步,电场在发电高峰期,利用多余发电量带动压缩机生成高压空气并进行存储,存储的高压空气压力值为2.1?2.3Mpa ;电场在发电低谷期,利用存储的高压空气进行燃烧加热生成压力值为2.0Mpa、温度为500?650°C的混合气体,透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业;优选的,电场可以为风力发电场、火力发电场、水利发电场中的任意一种。
[0015]进一步,透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业的具体步骤如下,步骤S11、空气加热器流出的高温高压混合气体流经空气膨胀机,高温高压混合气体带动空气膨胀机中的环形叶栅旋转,使混合气体降温降压并排出;步骤S21、空气膨胀机将气体降温降压过程中释放的能量通过带动环形叶栅旋转转换为机械能,并环形叶栅通过减速齿轮箱带动同步发电机的转子旋转;步骤S31、同步发电机的转子相对定子旋转,进行发电作业。
[0016]进一步,空气膨胀机排出的、降温降压后的混合气体与未进入空气加热器的高压空气进行热交换,对高压空气进行预加热。
[0017]进一步,对高压空气进行预加热的具体步骤如下,步骤S101、利用太阳能对熔盐介质进行加热;步骤S102、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换;步骤S103、循环步骤步骤S101和步骤S102 ;
[0018]优选的,在白天时,利用太阳能对熔盐介质进行加热,加热后的熔盐介质先进行保温存储;在发电低谷时,利用存储的、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换。
[0019]进一步,第一路高压空气与燃料的混合步骤如下,步骤S201、高压空气与燃料流入进气喷嘴的圆球状混合腔室中,在圆球形侧壁的作用下产生旋转漩涡,以进行混合;步骤S202、混合后的气体经孔径逐渐收窄的通道进行加压,并喷射入燃烧室中。
[0020]本发明的另一目的在于提供一种压缩空气储能发电系统,以实现对高压空气进行燃烧加热,利用加热后生成的高压高温气体进行发电作业的目的。
[0021]为实现发明目的,采用如下技术方案:
[0022]一种压缩空气储能发电系统,包括:空气加热器,将空气进行加热生成高温高压气体,供气设备,为空气加热器提供高压空气;供燃料设备,为空气加热器提供燃料;发电设备,利用空气加热器生成的高温高压气体发电;
[0023]供气设备包括一储存高压气体的储气罐;储气罐经第一管路与空气加热器的燃烧室进气口相连通,以为燃烧室提供助燃烧气;储气罐经第二管路与燃烧室内设置的导向喷嘴相连通,导向喷嘴的轴线自燃烧室侧壁向燃烧室的轴线方向延伸,以控制燃烧室内燃烧火焰的方向;混合室与燃烧室的出气端相连通,使得燃烧室内的高压气体与燃气进行燃烧加热后生成高温高压气体流入混合室中;储气罐经第三管路与空气加热器的混合室相连通,将燃烧室排出的、燃烧加热后的高温高压气体与第三管路流入的、未燃烧的高压空气相混合,以调节自混合室流出空气加热器的气体压力与温度。
[0024]进一步,所述的发电设备由透平发电机构成;空气加热器的混合室出气口经管路与透平发电机相连通,以将混合室内形成的高温混合压缩气体传递至透平发电机处进行发电作业。
[0025]进一步,压缩空气储能发电系统还包括一空气预热器;所述的空气预热器包括相互独立的、可进行热交换的两个通道,第一通道两端分别与供气设备和空气加热器进气口相连通;第二通道与发电设备排气口相连通。
[0026]进一步,第二管路和/或第三管路中的、未燃烧的高压空气先流经第一通道进行热交换加热后,再流入燃烧室中。
[0027]进一步,供燃料设备包括一燃料供应罐;燃料供应罐经第一燃料供应管与燃烧室的进气口相连通,使燃料与高压空气混合后进入空气化热器的燃烧室;燃料供应罐经第二燃料供应管与燃烧室内设置的燃烧器相连通。优选的,燃料供应罐中储存的可燃气体为液化天然气(LNG)。
[0028]进一步,空气加热器由一罐体构成,罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室,燃烧室与混合室的靠近侧相连通;燃烧室远离混合室的一端为前端,该端设有与第一管路相连通的进气喷嘴;燃烧室的侧壁上设有至少一列导向喷嘴,各导向喷嘴分别与第二管路相连通。
[0029]进一步,燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴;每列导向喷嘴至少包括三个导向喷嘴,每列的各导向喷嘴均布于罐体的同一横断面上;每列的各导向喷嘴轴线相交于同一点;至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处,使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射。
[0030]进一步,至少一列导向喷嘴的轴线相对所处横断面向混合室方向倾斜设置。
[0031]进一步,燃烧器内设有为燃气和高压空气提供点火源的燃烧器;优选的,所述的燃烧器由大压燃烧器构成;进一步优选的大压燃烧器上设有火焰检测器;大压燃烧器上还设有吹扫装置。
[0032]进一步,燃烧室前端设有一进气喷嘴,进气喷嘴为双料混合喷嘴;所述的双料混合喷嘴由一喷嘴头、喷嘴头处设置的混合结构及与混合结构相连通的第一进气口和第二进气口 ;第一进气口与第一管路相连通,以供高压空
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