本发明涉及天然气分布式能源系统,特别是多储能模式的区域型天然气分布式能源系统及运行模式。
背景技术:
对于适用于分布式能源的工业园区、制造产业园等,目前大多建设区域型天然气分布式能源系统。区域型天然气分布式能源系统以燃气蒸汽联合循环系统为发电系统,再通过余热锅炉、蒸汽溴化锂吸收式制冷机来梯级利用烟气余热,同时辅助利用电制冷机、燃气锅炉等调峰备用设备,燃气锅炉一般作为备用设备,在主机机组或电制冷机故障时使用。天然气分布式能源系统装机配置原则一般为“以冷热定电,欠匹配”,设备装机按照全年最大负荷选取,但是目前的这种配置方式会导致电制冷机装机过大,电制冷机台数较多,系统主机、辅机长期低负荷运行。
技术实现要素:
本发明的目的在于,提供一种多储能模式的区域型天然气分布式能源系统,通过配置储电系统、储冷/热罐、蓄热水罐等设备,可以提高系统运行效率,降低电制冷机机组配置容量;还提供了多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式,提供了多储能模式,其中的储电系统可以平滑太阳能发电负荷,形成多能互补系统;采用储电系统取代了传统光伏系统中的逆变器,起到了整流器的作用,将光伏所发电力就地消纳,达到天然气与光伏互补发电,储电系统与区域型天然气分布式能源系统燃气轮机的搭配,可以使机组对调频信号快速响应,提升机组运行经济性,同时充分梯级深度利用烟气余热,提高整个系统综合能源利用效率。
为解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
多储能模式的区域型天然气分布式能源系统包括燃气轮机、太阳能发电系统、储电系统、蒸汽轮机和电用户,所述燃气轮机经电缆线连接有储电系统,所述燃气轮机还经电缆线连接有电用户,所述太阳能发电系统、储电系统、电用户经电缆线顺次连接,所述蒸汽轮机经电缆线连接有储电系统,所述蒸汽轮机还经电缆线连接有电用户。由于区域型天然气分布式能源系统场地较为充足,因此可在能源站建筑屋顶及空地上布置太阳能发电系统,提高可再生能源利用率及系统效率,太阳能发电系统所发的电力经储电系统调节,全部供给电用户中的直供电用户就地消纳,这里用储电系统取代了传统光伏系统中的逆变器,起到了整流器的作用。该种布置方式使得燃气轮机、太阳能发电系统、储电系统、蒸汽轮机互补。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括给水泵、余热锅炉、蒸汽型制冷机、储冷/热罐、冷/暖用户、冷却水泵和电制冷机,所述蒸汽轮机还经管道连接有余热锅炉,所述燃气轮机、余热锅炉、蒸汽型制冷机、冷/暖用户经管道顺次连接,所述给水泵还经管道连接有余热锅炉,所述储冷/热罐的一端经管道连接有蒸汽型制冷机,所述储冷/热罐的另一端经管道连接有冷/暖用户;所述冷却水泵、电制冷机、冷/暖用户经管道顺次连接,所述电制冷机还经管道连接有储冷/热罐。该种布置方式以蓄冷取代部分电制冷。
进一步的,前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括燃料压缩机、空气压缩机、燃烧室,所述燃料压缩机、燃烧室、燃气轮机经管道顺次连接,所述空气压缩机还经管道连接有燃烧室。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括经管道顺次连接的换热器、蓄热水罐和热水用户,所述换热器的一端经管道连接有热水用户,所述换热器的另一端经管道连接有余热锅炉。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统,所述太阳能发电系统由太阳能电池板、支架、控制器三部分组成,其中太阳能电池板经支架固定,所述太阳能电池板电连接于控制器。所述太阳能发电系统包括太阳能电池板、支架以及控制器三个主要部分,太阳能发电系统所发电力直接存储到储电系统中,再由储电系统转化为交流电供用户使用,用储电系统取代了常规太阳能光伏发电系统中的逆变器,起到了整流器的作用。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统,所述储电系统为电池储能系统、飞轮储能系统、超级电容器储能系统、电磁储能系统、压缩空气储能系统中的至少一种,储能系统具有调频和调峰双重功能。进一步的,所述蒸汽型制冷机包括蒸汽型溴化锂制冷机和蒸汽型热泵。该种布置方式既能够实现夏季供冷,还能实现冬季供暖。
多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式,采用前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统,包括以下过程:
天然气经燃料压缩机压缩后进入燃烧室,与经空气压缩机压缩后的空气混合燃烧,形成高温高压的烟气,高温高压的烟气进入燃气轮机发电,所发电力在电力高峰期全部供给电用户直接使用;在电力低谷期一部分供给电用户使用,另一部分放入储电系统中存储起来,所述电用户包含直供电用户和电网;燃气轮机出口烟气直接进入尾部余热锅炉,余热锅炉给水经给水泵进入余热锅炉后分为三部分:高压水蒸气、低压水蒸气和高温热水,其中高压水蒸气进入蒸汽轮机做功,所发电力在电力高峰期全部供给电用户直接使用,在电力低谷期一部分供给电用户使用,另一部分放入储电系统中存储起来;在区域型天然气分布式能源系统的建筑屋顶及空地上布置太阳能发电系统,太阳能发电系统所发的电力经储电系统调节,全部供给电用户中的直供电用户就地消纳。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式,还包括以下过程:低压水蒸气进入蒸汽型制冷机,此处蒸汽型制冷机包含蒸汽型溴化锂制冷机和蒸汽型热泵,能够实现夏季供冷和冬季供暖,其中储冷/热罐在夏季时为储冷罐,在冬季时为储热罐;冷/暖用户在夏季时为冷用户,在冬季时为热用户;夏季供冷时期,在冷用户负荷低谷时期,蒸汽型制冷机产生的冷水一部分存储到储冷罐中,另一部分为冷用户供冷后形成冷却水回水;由于冷用户负荷低谷也是电用户负荷低谷,电制冷机和蒸汽型制冷机的供冷水比例由系统具体运行经济性反算得到。电制冷机将冷却水泵供给的冷水制冷到用户需要的温度,其中一部分冷水存储到储冷罐中,另一部分为冷用户供冷后形成冷却水回水;在冷用户负荷高峰时期,蒸汽型制冷机以及电制冷机产生的全部冷水均供给冷用户,多余部分由储冷罐协调供冷。此种模式可以保证蒸汽型制冷机和电制冷机容量配置最小,同时可保证系统设备长期高负荷运行,提升系统运行效率。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式还包括以下过程:冬季供暖时期,在暖用户负荷低谷时期,蒸汽型制冷机产生的热水一部分存储到储热罐中,另一部分为暖用户供暖,此时电制冷机停用;在暖用户负荷高峰时期,蒸汽型制冷机产生的全部热水均供给暖用户,多余部分由储热罐协调供暖。
前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式,还包括以下过程:余热锅炉产生的高温热水经换热器后,在热水使用低谷时期一部分供给热水用户,一部分放入蓄热水罐中存储起来;在热水使用高峰时期,由换热器尾部热水及蓄热水罐协调供热。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:
1、为区域型天然气分布式能源系统提供了多储能模式—储电系统、储冷(热)罐、蓄热水罐等四种形式储能系统;其中的储电系统与区域型天然气分布式能源系统燃气轮机的搭配,可以使机组对调频信号快速响应,提升机组运行经济性,同时可以平滑太阳能发电负荷,形成多能互补系统,可将太阳能发电系统所发电力全部就地消纳,减少对电网的冲击,同时可以对系统起到削峰填谷的作用。
2、供冷与供暖采用同一只储罐,提供了供冷时期和供暖时期两种不同的运行模式,可提高系统运行效率5%左右,在经济范围内降低电制冷机配置30%-50%,提升机组安全性和供能灵活性。
3、采用储电系统取代了传统光伏系统中的逆变器,起到了整流器的作用,将光伏所发电力就地消纳,达到天然气与光伏互补发电,同时充分梯级深度利用烟气余热,整个系统综合能源利用效率提高5%左右。
附图说明
图1是本发明的工作流程图。
附图标记的含义:1-燃料压缩机,2-空气压缩机,3-燃烧室,4-燃气轮机,5-太阳能发电系统,6-储电系统,7-蒸汽轮机,8-电用户,9-给水泵,10-余热锅炉,11-蒸汽型制冷机,12-储冷/热罐,13-冷/暖用户,14-换热器,15-蓄热水罐,16-热水用户,17-冷却水泵,18-电制冷机。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1:如图1所示,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统包括燃料压缩机1、空气压缩机2、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6、电用户8、给水泵9、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、储冷/热罐12、冷/暖用户13、冷却水泵17和电制冷机18,所述燃料压缩机1、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6经管道顺次连接,所述空气压缩机2还经管道连接有燃烧室3,所述燃气轮机4还经管道连接有电用户8。所述燃气轮机4、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述给水泵9还经管道连接有余热锅炉10,所述储冷/热罐12的一端经管道连接有蒸汽型制冷机11,所述储冷/热罐12的另一端经管道连接有冷/暖用户13;所述冷却水泵17、电制冷机18、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述电制冷机18还经管道连接有储冷/热罐12。多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括经管道顺次连接的换热器14、蓄热水罐15和热水用户16,所述换热器14的一端经管道连接有热水用户16,所述换热器14的另一端经管道连接有余热锅炉10。
进一步的,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括太阳能发电系统5,所述太阳能发电系统5、储电系统6、电用户8经管道顺次连接。由于区域型天然气分布式能源系统场地较为充足,因此可在能源站建筑屋顶及空地上布置太阳能发电系统5,提高可再生能源利用率及系统效率,太阳能发电系统5所发的电力经储电系统6调节,全部供给电用户8中的直供电用户就地消纳,用储电系统取代了传统光伏系统中的逆变器,起到了整流器的作用,使光伏发电全部就地消纳。多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括蒸汽轮机7,所述余热锅炉10、蒸汽轮机7、电用户8经管道顺次连接,所述蒸汽轮机7还经管道连接有储电系统6。
实施例2:如图1所示,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统包括燃料压缩机1、空气压缩机2、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6、电用户8、给水泵9、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、储冷/热罐12、冷/暖用户13、冷却水泵17和电制冷机18,所述燃料压缩机1、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6经管道顺次连接,所述空气压缩机2还经管道连接有燃烧室3,所述燃气轮机4还经管道连接有电用户8。所述燃气轮机4、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述给水泵9还经管道连接有余热锅炉10,所述储冷/热罐12的一端经管道连接有蒸汽型制冷机11,所述储冷/热罐12的另一端经管道连接有冷/暖用户13;所述冷却水泵17、电制冷机18、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述电制冷机18还经管道连接有储冷/热罐12。进一步的,所述储电系统6为电池储能系统、飞轮储能系统、超级电容器储能系统、电磁储能系统、压缩空气储能系统中的至少一种,储能系统具有调频和调峰双重功能。
实施例3:如图1所示,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统包括燃料压缩机1、空气压缩机2、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6、电用户8、给水泵9、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、储冷/热罐12、冷/暖用户13、冷却水泵17和电制冷机18,所述燃料压缩机1、燃烧室3、燃气轮机4、储电系统6经管道顺次连接,所述空气压缩机2还经管道连接有燃烧室3,所述燃气轮机4还经管道连接有电用户8。所述燃气轮机4、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述给水泵9还经管道连接有余热锅炉10,所述储冷/热罐12的一端经管道连接有蒸汽型制冷机11,所述储冷/热罐12的另一端经管道连接有冷/暖用户13;所述冷却水泵17、电制冷机18、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述电制冷机18还经管道连接有储冷/热罐12。进一步的,所述蒸汽型制冷机11包括蒸汽型溴化锂制冷机和蒸汽型热泵。该种布置方式既能够实现夏季供冷,还能实现冬季供暖。
实施例4:如图1所示,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统包括燃气轮机4、太阳能发电系统5、储电系统6、蒸汽轮机7和电用户8,所述燃气轮机4经电缆线连接有储电系统6,所述燃气轮机4还经电缆线连接有电用户8,所述太阳能发电系统5、储电系统6、电用户8经电缆线顺次连接,所述蒸汽轮机7经电缆线连接有储电系统6,所述蒸汽轮机7还经电缆线连接有电用户8。由于区域型天然气分布式能源系统场地较为充足,因此可在能源站建筑屋顶及空地上布置太阳能发电系统5,提高可再生能源利用率及系统效率,太阳能发电系统5所发的电力经储电系统6调节,全部供给电用户8中的直供电用户就地消纳,这里用储电系统6取代了传统光伏系统中的逆变器,起到了整流器的作用。该种布置方式使得燃气轮机4、太阳能发电系统5、储电系统6、蒸汽轮机7互补。
多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括给水泵9、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、储冷/热罐12、冷/暖用户13、冷却水泵17和电制冷机18,所述蒸汽轮机7还经管道连接有余热锅炉10,所述燃气轮机4、余热锅炉10、蒸汽型制冷机11、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述给水泵9还经管道连接有余热锅炉10,所述储冷/热罐12的一端经管道连接有蒸汽型制冷机11,所述储冷/热罐12的另一端经管道连接有冷/暖用户13;所述冷却水泵17、电制冷机18、冷/暖用户13经管道顺次连接,所述电制冷机18还经管道连接有储冷/热罐12。该种布置方式以蓄冷取代部分电制冷。进一步的,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括燃料压缩机1、空气压缩机2、燃烧室3,所述燃料压缩机1、燃烧室3、燃气轮机4经管道顺次连接,所述空气压缩机2还经管道连接有燃烧室3。
另外,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统还包括经管道顺次连接的换热器14、蓄热水罐15和热水用户16,所述换热器14的一端经管道连接有热水用户16,所述换热器14的另一端经管道连接有余热锅炉10。所述太阳能发电系统5由太阳能电池板、支架、控制器三部分组成,其中太阳能电池板经支架固定,所述太阳能电池板电连接于控制器。所述太阳能发电系统5包括太阳能电池板、支架以及控制器三个主要部分,太阳能发电系统5所发电力直接存储到储电系统6中,再由储电系统6转化为交流电供用户使用,用储电系统6取代了常规太阳能光伏发电系统中的逆变器,起到了整流器的作用。具体的,所述储电系统6为电池储能系统、飞轮储能系统、超级电容器储能系统、电磁储能系统、压缩空气储能系统中的至少一种。储能系统6具有调频和调峰双重功能。所述蒸汽型制冷机11包括蒸汽型溴化锂制冷机和蒸汽型热泵。该种布置方式既能够实现夏季供冷,还能实现冬季供暖。
实施例5:如图1所示,多储能模式的区域型天然气分布式能源系统的运行模式,采用前述的多储能模式的区域型天然气分布式能源系统,包括以下过程:
天然气经燃料压缩机1压缩后进入燃烧室3,与经空气压缩机2压缩后的空气混合燃烧,形成高温高压的烟气,高温高压的烟气进入燃气轮机4发电,所发电力在电力高峰期全部供给电用户8直接使用;在电力低谷期一部分供给电用户8使用,另一部分放入储电系统6中存储起来,所述电用户8包含直供电用户和电网;燃气轮机4出口烟气直接进入尾部余热锅炉10,余热锅炉给水经给水泵9进入余热锅炉10后分为三部分:高压水蒸气、低压水蒸气和高温热水,其中高压水蒸气进入蒸汽轮机7做功,所发电力在电力高峰期全部供给电用户8直接使用,在电力低谷期一部分供给电用户8使用,另一部分放入储电系统6中存储起来;在区域型天然气分布式能源系统的建筑屋顶及空地上布置太阳能发电系统5,太阳能发电系统5所发的电力经储电系统6调节,全部供给电用户8中的直供电用户就地消纳。
低压水蒸气进入蒸汽型制冷机11,此处蒸汽型制冷机11包含蒸汽型溴化锂制冷机和蒸汽型热泵,能够实现夏季供冷和冬季供暖,其中储冷/热罐12在夏季时为储冷罐,在冬季时为储热罐。具体的,所述储冷/热罐12采用混凝土水罐就可以,夏天主要存储冷水,冬季主要存储热水,管道采用母管制就可以实现。冷/暖用户13在夏季时为冷用户,在冬季时为热用户;夏季供冷时期,在冷用户负荷低谷时期,蒸汽型制冷机11产生的冷水一部分存储到储冷罐中,另一部分为冷用户供冷后形成冷却水回水;由于冷用户负荷低谷也是电用户8负荷低谷,电制冷机18和蒸汽型制冷机11的供冷水比例由系统具体运行经济性反算得到。电制冷机18将冷却水泵17供给的冷水制冷到用户需要的温度,其中一部分冷水存储到储冷罐中,另一部分为冷用户供冷后形成冷却水回水;在冷用户负荷高峰时期,蒸汽型制冷机11以及电制冷机18产生的全部冷水均供给冷用户,多余部分由储冷罐协调供冷。此种模式可以保证蒸汽型制冷机11和电制冷机18容量配置最小,同时可保证系统设备长期高负荷运行,提升系统运行效率。
冬季供暖时期,在暖用户负荷低谷时期,蒸汽型制冷机11产生的热水一部分存储到储热罐中,另一部分为暖用户供暖,此时电制冷机18停用;在暖用户负荷高峰时期,蒸汽型制冷机11产生的全部热水均供给暖用户,多余部分由储热罐协调供暖。
余热锅炉10产生的高温热水经换热器14后,在热水使用低谷时期一部分供给热水用户16,一部分放入蓄热水罐15中存储起来;在热水使用高峰时期,由换热器14尾部热水及蓄热水罐15协调供热。