一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法与流程

本发明涉及压缩空气储能，具体涉及一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法。

背景技术：

1、当前，我国清洁能源发电源迅速发展，以水电、光伏、风电为代表的新型清洁可再生能源成为我国建设清洁能源电站的首要选择，但受限于自然条件因素、常规电源特性和电网结构等等，新能源电力的及时消纳困难重重。大规模的储能技术能够解决可再生能源的不稳定性、调整电网峰谷、改善电力系统经济性和稳定性。在现有的大规模电力储能技术中，压缩空气储能因具有容量大、经济性好、环境友好、运行成本低等优势得到了广泛应用。

2、现有压缩空气系统，利用储热介质储存压缩过程的热量，然后用在膨胀发电过程加热进口空气以提高发电效率，由于换热器换热端差的存在，入口温度不能提到较高的程度，且热量无法得到充分利用，制约了系统效率的提高；利用多种储热介质对热量进行梯度利用，对系统效率提升有利，但每增加一种储热介质，就要新增一套储换热的系统装置，储热成本成倍增加。

3、将空气压缩时的热量直接利用，可以免去储热系统的建造，节约系统建设成本，但是膨胀发电时需要引入额外的热源加热空气，以保证系统的发电效率。现有的耦合系统，直接利用火电机组汽轮机级间抽汽加热空气，抽汽参数随机组运行状态变化，不利于压缩空气储能发电部分的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是常规压缩空气储能系统空气压缩过程的压缩热需要储热装置储存，存在热量损失和更高的系统造价；而压缩空气储能系统与火电机组结合时，膨胀发电过程加热空气的热源为火电机组汽轮机级间抽汽，抽汽参数易随机组运行工况波动而变化，影响透平机的进气温度，从而影响透平机的发电效率。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种结合火电的压缩空气储能系统，包括压缩空气储能单元、熔盐储换热单元和火电机组单元，所述压缩空气储能单元包括空气压缩系统、与空气压缩系统连接的高压储气装置和与高压储气装置连接的膨胀发电系统，所述熔盐储换热单元包括熔盐-蒸汽换热器，所述熔盐-蒸汽换热器管侧入口连接汽轮机高压缸或汽轮机中压缸进汽管道，所述熔盐-蒸汽换热器管侧出口连接减压阀，所述减压阀连接汽轮机高压缸或汽轮机中压缸排气管道，所述熔盐-蒸汽换热器壳侧入口连接低温熔盐泵，所述熔盐-蒸汽换热器壳侧出口连接高温熔盐罐，所述火电机组单元包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、低压加热器组、除氧器、高压加热器组，所述高压加热器组出来的给水进入锅炉加热成为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功后排出，排汽进入锅炉加热，成为再热蒸汽，再热蒸汽进入汽轮机中压缸做功，汽轮机中压缸排汽进入汽轮机低压缸做功，做完功的乏汽进入凝汽器变成凝结水，凝结水依次经过低压加热器组、除氧器、高压加热器组加热后作为锅炉的给水。

3、本发明技术方案的进一步改进在于：所述空气压缩系统包括电动机、第一空气压缩机、第二空气压缩机、第三空气压缩机、第一气水换热器、第二气水换热器和第三气水换热器，所述电动机驱动第一空气压缩机、第二空气压缩机和第三空气压缩机，所述第一空气压缩机排气口与第一气水换热器管侧入口连接，第一气水换热器管侧出口与第二压缩机进气口连接，所述第二空气压缩机排气口与第二气水换热器管侧入口连接，第二气水换热器管侧出口与第三空气压缩机进气口连接，所述第三空气压缩机排气口与第三气水换热器管侧入口连接，第三气水换热器管侧出口通过进气隔断阀与高压储气装置连接，所述第一气水换热器、第二气水换热器和第三气水换热器的壳侧入口均与给水泵的出口连接，所述第一气水换热器、第二气水换热器和第三气水换热器壳侧出口均连接至温度接近的低压加热器组或除氧器的进水口。

4、本发明技术方案的进一步改进在于：所述第一空气压缩机为轴流式压缩机，所述第二空气压缩机与第三压缩机为离心式压缩机。

5、本发明技术方案的进一步改进在于：所述膨胀发电系统包括第一透平机、第二透平机、第一熔盐换热器、第二熔盐换热器和发电机，所述第一熔盐换热器管侧入口与高压储气装置的出气隔断阀出口连接，所述第一熔盐换热器管侧出口与第一透平机进气口连接，所述第一透平机排气口与第二熔盐换热器管侧入口连接，所述第二熔盐换热器管侧出口与第二透平机进气口连接，所述第二透平机排气口与外界大气连通，所述第一透平机和第二透平机驱动发电机发电，所述第一熔盐换热器、第二熔盐换热器的壳侧入口均与高温熔盐泵出口连接，所述第一熔盐换热器、第二熔盐换热器的壳侧出口均连接至低温熔盐罐入口。

6、本发明技术方案的进一步改进在于：所述第一透平机和所述第二透平机为轴流式机型，所述发电机的出口额定电压为10.5kv。

7、本发明技术方案的进一步改进在于：所述低压加热器组和高压加热器组均包含一个或多个给水加热器。

8、本发明技术方案的进一步改进在于：一种结合火电的压缩空气储能系统运行方法：可再生电力高发上网时，压缩空气储能系统消耗可再生电力用电动机驱动第一空气压缩机、第二空气压缩机和第三空气压缩机压缩空气，第一空气压缩机、第二空气压缩机出口空气经火电机组单元的凝汽器出口凝结水冷却后进入第三空气压缩机，第三空气压缩机出口的高压空气经凝结水冷却后进入高压储气装置储存，吸热后的凝结水返回相近温度下的低压加热器组或除氧器；同时，火电机组单元降低负荷，此时抽取汽轮机高压缸或汽轮机中压缸部分进汽，蒸汽进入熔盐-蒸汽换热器加热熔盐，换完热的蒸汽经减压阀减至与相应汽轮机高压缸或汽轮机中压缸排汽压力一致后汇入排汽，熔盐由低温熔盐罐经低温熔盐泵送入熔盐-蒸汽换热器吸热，吸热后的高温熔盐送入高温熔盐罐储存，进一步降低了火电机组的发电功率和上网电量，为可再生电力腾出更多上网空间；

9、可再生电力不足，需要电力支撑时，高压储气装置的出气隔断阀打开，高压空气经第一熔盐换热器加热后进入第一透平机膨胀做功，排气经第二熔盐换热器加热后进入第二透平机膨胀做功，第二透平机排气汇入大气，第一透平机和第二透平机驱动发电机发电，熔盐从高温熔盐罐经高温熔盐泵送出，进入第一熔盐换热器和第二熔盐换热器加热空气，换热后的熔盐返回低温熔盐罐储存。

10、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

11、1、本发明提供的一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法，利用火电机组低温的凝结水吸收并充分利用空气压缩过程的压缩热，减少了能源的浪费，提高系统整体热效率；

12、2、本发明提供的一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法，压缩空气储能单元无需布置储热系统，既减少热量存储过程的损失，也降低了压缩空气储能系统建造成本；

13、3、本发明提供的一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法，通过熔盐储热系统，避免直接抽汽时因抽汽参数波动造成的发电效率降低，发电单元可以稳定保持在高效率下运行；

14、4、本发明提供的一种结合火电的压缩空气储能系统及运行方法，消耗缺乏上网空间的新能源电力进行储能，同时，系统在储能过程中，通过熔盐储热系统，抽取火电机组的部分蒸汽加热熔盐，然后存储在高温熔盐罐中，既降低了火电机组的出力，又进一步提升了新能源电力的消纳能力，相较于现有的压缩空气储能电站，有效增强了地区电网电源的支撑能力。