一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源系统及其方法与流程

本发明涉及能源利用技术与蓄能领域。

背景技术：

现有的分布式能源利用系统还不够完善，存在着部分低品位余热未能被利用、能量损失较大、削峰填谷技术不够完善等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源系统，其特征在于:

构建包括燃气轮机、朗肯循环发电机组、吸收式制冷机组、换热器、除水干燥装置和压缩气体储能装置的新型分布式能源系统。

所述燃气轮机驱动发电机发电，并网市电。

所述燃气轮机燃烧室中的压缩空气来源于燃气轮机的压气机和/或压缩气体储能装置。

所述燃气轮机排放的高温烟气进入朗肯循环发电机组。

所述朗肯循环发电机组通过膨胀机带动发电机发电，并网市电或对压缩气体储能装置供电。

加热朗肯循环工质的是所述燃气轮机排放的高温烟气和/或朗肯循环发电机燃烧室。

所述朗肯循环发电机组排放的次高温烟气进入吸收式制冷机组和换热器。

所述吸收式制冷机组对外提供冷负荷。

所述吸收式制冷机组发生器是通过次高温烟气加热的。

所述吸收式制冷机组排放的低温烟气i进入换热器。

所述换热器对外提供热负荷。

所述换热器内部介质是通过次高温烟气和低温烟气i加热的。

所述换热器排放的低温烟气ii经干燥后进入压缩气体储能装置的压缩机。

所述压缩气体储能装置包括压缩机、蓄热器、储气室和三通阀。所述压缩机由所述朗肯循环发电机组供电时，压缩气体储存于储气室，压缩产生的压缩热储存于蓄热器。所述储气室对外供气时，高压气体通过蓄热器加热后，接入三通阀的进气口。所述三通阀的两个出口分别接入所述燃气轮机燃烧室和朗肯循环发电机燃烧室。

上述系统中，巧妙结合燃气轮机、朗肯循环发电机组、吸收式制冷机组、气体储能装置和换热器等，将多级余热更加充分利用，使得能源利用率大幅度提升。实现了冷热电三联产，满足了能源的梯级利用要求。实现了按质用能的科学原则，属于环境友好型新型清洁能源供给系统。整个系统具有能够利用烟气余热、降低系统能耗、降低排烟温度、降低物质排放等特点。

进一步，燃气轮机选自大中型燃气轮机和/或小型燃气轮机。

进一步，换热器选自混合式换热器、蓄热式换热器和间壁式换热器中的一种或几种。

进一步，除水干燥装置除水干燥原理采用冷却分离法、溶剂吸收法和固体干燥剂吸附法中的一种或几种。

进一步，压缩气体储能装置压缩气体储能方式采用绝热压缩气体储能方式和/或非冷却压缩气体储能方式。压缩的气体可以是空气和/或烟气的一种或几种。

基于上述系统的一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源利用方法，其特征在于，包括以下循环过程：

1〕燃气轮机对燃料的利用：

将燃料通入燃气轮机，产生电能可并网使用。产生的高温烟气通入朗肯循环发电机组再次降温利用。

2〕朗肯循环发电机组运行：

所述高温烟气流入朗肯循环发电机组，机组通过能量转换与循环产生电能并排放次高温烟气，根据冷热负荷次高温烟气流入吸收式制冷机组和/或换热器。

朗肯循环发电机组产生的电能分两部分运用：一是并网市电，二是在用电低谷期部分电能流入压缩气体储能装置进行压缩气体储能。

3〕吸收式制冷机组对次高温烟气的利用：

所述次高温烟气流入吸收式制冷机组后，吸收式制冷机组对外提供冷负荷，产生低温烟气i通入换热器。

4〕换热器对次高温烟气和低温烟气i的利用：

所述次高温烟气和所述低温烟气i流入换热器，换热器进一步降低烟气温度，产生热负荷供以使用，产生的次低温烟气通入除水干燥装置。

5〕除水干燥装置对空气及烟气的吸水干燥：

所述空气和次低温烟气流入除水干燥装置，装置对空气和烟气进行除水干燥，再将处理后气体通入压缩气体储能装置。

6〕压缩气体储能装置运行：

压缩的气体通过蓄热器和储气室将能量储存起来，待燃气轮机或/和朗肯循环机组在用电高峰期时可以将存储的高压气体打开使用，高压气体通过三通阀分流，既可进入燃气轮机发电，也可通入燃烧室后再进入朗肯循环机组。

基于上述方法，可巧妙地将发电低谷期富余的电量进行储存，并在发电高峰期将所储存的高压气体释放推动透平发电，以提高能量系统的效率及经济性。由于储能与释能分别工作，在释能过程中减少了压缩机消耗透平的输出功，相比于消耗同样燃料的燃气轮机系统，结合了压缩空气储能的系统可多产生更多的电力。通过结合压缩气体储能技术，实现了能量的循环利用，降低了系统能耗、物质排放等，对环境十分友好。

附图说明

图1一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源系统示意图。

图2实施例2涉及的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源系统，其特征在于:

构建包括燃气轮机、朗肯循环发电机组、吸收式制冷机组、换热器、除水干燥装置和压缩气体储能装置的新型分布式能源系统。

燃气轮机选自大中型燃气轮机和/或小型燃气轮机。采用天然气供气。

所述燃气轮机驱动发电机发电，并网市电。

所述燃气轮机燃烧室中的压缩空气来源于燃气轮机的压气机和/或压缩气体储能装置。

所述燃气轮机排放的高温烟气进入朗肯循环发电机组。

所述朗肯循环发电机组通过膨胀机带动发电机发电，并网市电或对压缩气体储能装置供电。

加热朗肯循环工质的是所述燃气轮机排放的高温烟气和/或朗肯循环发电机燃烧室。

所述朗肯循环发电机组排放的次高温烟气进入吸收式制冷机组和换热器。所述次高温烟气的温度低于高温烟气。

所述吸收式制冷机组对外提供冷负荷。

所述吸收式制冷机组发生器是通过次高温烟气加热的。

所述吸收式制冷机组排放的低温烟气i进入换热器。

换热器选自混合式换热器、蓄热式换热器或间壁式换热器。

所述换热器对外提供热负荷。

所述换热器内部介质是通过次高温烟气和低温烟气i加热的。

所述换热器排放的低温烟气ii经干燥后进入压缩气体储能装置的压缩机。除水干燥装置的除水干燥原理是冷却分离法、溶剂吸收法或固体干燥剂吸附法。

所述压缩气体储能装置包括压缩机、蓄热器、储气室和三通阀。压缩气体储能装置压缩气体储能方式可以采用绝热压缩气体储能方式或非冷却压缩气体储能方式。压缩的气体可以是空气或烟气。具体地，所述压缩机由所述朗肯循环发电机组供电时，压缩气体储存于储气室，压缩产生的压缩热储存于蓄热器。所述储气室对外供气时，高压气体通过蓄热器加热后，接入三通阀的进气口。所述三通阀的两个出口分别接入所述燃气轮机燃烧室和朗肯循环发电机燃烧室。

实施例2：

本实施例基于实施例1所述系统，即构建包括小型燃气轮机、有机朗肯循环发电机组、吸收式制冷机组、间壁式换热器、冷却分离法除水干燥装置和先进绝热压缩气体储能装置的系统：

基于上述系统，本实施例公开一种结合朗肯循环和压缩气体储能技术的新型分布式能源利用方法，包括以下循环过程：

1〕小型燃气轮机对天然气和其替代燃料的利用：

进行初次运行时，将天然气通入小型燃气轮机。并网市电后产生电负荷供以使用。产生的高温烟气通入有机朗肯循环发电机组。

燃气轮机中压缩气体被压送至燃烧室后与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压烟气，再进入透平中进行膨胀做功，推动透平带动压气机以及外负荷转子一起作高速旋转，实现气体和燃料化学能部分转化为了机械功，并输出了电功，以并网市电形式输出。从透平中排出的烟气排至有机朗肯循环发电机组中。

2〕朗肯循环发电机组运行：

所述高温烟气流入有机朗肯循环发电机组，机组通过循环产生并网市电并排放次高温烟气，次高温烟气通入吸收式制冷机组。在有机朗肯循环发电机组中，有机工质先在换热器中，从高温余热中吸收热量，转化成具一定温度和压力的蒸汽，蒸汽进入膨胀机膨胀做功，从而带动发电机或其它动力机械。从膨胀机排出的蒸汽，在凝汽器中向冷却水放热，从而凝结成液态，最后借助工质泵又重新回到换热器，可以如此不断地循环下去。这个过程产生并网市电与次高温烟气，产生的烟气流入吸收式制冷机组。

3〕吸收式制冷机组对次高温烟气的利用：

所述次高温烟气流入吸收式制冷机组后，吸收式制冷机组对外提供冷负荷，并排放低温烟气i，产生的低温烟气i流入换热器。

4〕间壁式换热器对低温烟气i的利用：

所述次高温烟气和所述低温烟气i流入换热器，换热器通过换热将烟气进一步降温至适宜温度，产生次低温烟气，同时对外产生热负荷供以直接利用。换热器内密闭容器内装上水或其他介质，同时容器内有管道穿过，烟气从管道内流过。由于管道内烟气与容器内冷热水的温度差，会形成热交换，这样就把管道里烟气的热量交换给了容器内的冷水。通过换热器产生次低温烟气流入除水干燥装置进行下一步利用。

5〕冷却分离法除水干燥装置对低温烟气i的利用：

所述次低温烟气当有需要时可通入除水干燥装置，装置对次低温烟气或空气进行除水干燥，再将处理后产生的干燥烟气或空气通入压缩气体储能装置。在冷却分离法除水干燥装置中，含水气体先通过冷却器进行冷却，然后进入除雾器气液分离，除水干燥后得到的干燥烟气或空气流入压缩气体储能装置。

6〕先进绝热压缩气体储能装置对低温烟气ii和干燥空气的利用：

所述干燥低温烟气ii或空气流入压缩气体储能装置，装置对其进行压缩储存，实现电能转换为压缩气体的内能。

在先进绝热压缩气体储能装置内分为用电低谷期和用电(发电)高峰期：

用电低谷期进行气体压缩过程。利用有机朗肯循环发电机组提供的电能，气体经压缩机压缩到一定高压，并储存于储气室内。理想状态下该过程为绝热压缩过程，实际过程有不可逆损失。在此过程中，存在大量压缩热，该压缩热被存储在蓄热器中，并在高压气体释放时加热压缩气体。

用电(发电)高峰期，将系统储存的高压气体释放，并通过三通阀选择高压气体的流向：当燃气轮机运行时，高压气体流入燃气轮机，在燃气轮机中同燃料燃烧加热后变为高温高压气体，气体膨胀驱动透平发电。当高压气体流入朗肯循环发电机组时，高压气体先进入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压气体，进入朗肯循环发电机组进行余热利用。