一种压缩空气储能与火电机组耦合的发电系统的制作方法

本发明属于发电，具体涉及一种压缩空气储能与火电机组耦合的发电系统。

背景技术：

1、新能源的快速发展带来的消纳问题促进了储能技术在新能源并网领域的应用。火电机组及其他可在生能源机组均可以参与电网调峰，但其他可再生能源机组参与电网调峰均面临着诸多问题例如水电机组调峰受当地水资源和季节因素影响较大，燃气轮机调峰的主要问题是成本太高，受限于燃气机组技术的影响，更多的地区需要燃煤机组参与调峰。但燃煤机组参与电网调峰所面临的主要问题一个是调度方式问题，另一个问题是受冬季供热的影响。由于采暖季需首先保证供暖需求，供热机组受“以热定电”方式约束，且采暖季与风电大发期重叠，致使风电消纳矛盾日益突出。在能源互联网的大背景下，利用储能系统缓解电网调峰压力正受到越来越多的关注。

2、由于间歇性强的新能源大量并网导致电网频率不稳定的问题逐渐突出，储能技术以其灵敏精准的出力特性逐步在电力系统调频领域实现规模化应用。电力储能技术可分为物理储能、化学储能和电磁储能三类，物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等；化学储能主要包括锂电池储能、铅蓄电池储能、钠硫电池储能等；电池储能包括的超导储能及超级电容器等。目前能够大规模应用的电力储能技术主要是物理储能中的抽水蓄能和压缩空气储能以及化学储能中的电池储能。

3、传统压缩空气储能技术以燃气轮机、膨胀机、发电机、电动机为主体，储气室、离合器等为辅助设备，其工作原理为：压缩储能系统在用电低谷期，利用多余厂用电驱动压缩机将多余电能以空气内能形式存到储气罐内；用电高峰期时，系统处于释能模式，储气罐内高压空气进入燃烧室燃烧，产生高温高压空气进入膨胀机做功，但是其成本高且切换导致电网频率不稳定。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压缩空气储能与火电机组耦合的发电系统，所述发电系统具有释能和储能模式，储能模式时将电能转化为压力能和热能，并将压力能进行存储，热能直接输出到供热机组中；释能模式时将高压空气释放，利用少部分汽轮机抽汽将空气加热，进入膨胀机做功带动发电机发电，成本低且切换后电网频率稳定。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种压缩空气储能与火电机组耦合的发电系统，包括空气压缩模块、压缩空气发电模块以及储气罐；

4、所述储气罐的进气口连通空气压缩模块的出气管路，所述储气罐的出气口连通压缩空气发电模块的进气管路；所述空气压缩模块以及压缩空气发电模块连接火电机组；

5、所述空气压缩模块包括电机、若干组压缩机以及压缩模块换热器；所述压缩机均与电机连接，所述压缩模块换热器的入气口连接上一组所述压缩机的出气口，所述压缩模块换热器的出气口连接下一组所述压缩机的入气口；

6、所述压缩空气发电模块包括发电机、若干组膨胀机以及发电模块换热器；所述膨胀机均与发电机连接，所述膨胀机的入气口连接上一组所述发电模块换热器的出气口，所述膨胀机的出气口连接下一组发电模块换热器的入气口。

7、本发明进一步，所述空气压缩模块的出气管路上设置有调节阀。

8、本发明进一步，所述火电机组的热水入水口连通所述压缩模块换热器的出水口；所述火电机组的热水出水口连通所述发电模块换热器的入水口；

9、所述火电机组的凝结水出水口连通所述压缩模块换热器的入水口；所述火电机组的凝结水入水口连通所述发电模块换热器的出水口。

10、本发明进一步，所述空气压缩模块中的压缩模块换热器的出气口通过空气压缩模块的出气管路连通储气罐的进气口；所述压缩空气发电模块中的发电模块换热器的入气口通过压缩空气发电模块的进气管路连通储气罐的出气口。

11、本发明进一步，所述若干组压缩机中的位于末级的压缩机的压缩比低于其余压缩机的压缩比。

12、本发明进一步，所述空气压缩模块包括第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机、电机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器；

13、所述第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机均与电机连接；所述第一压缩机的出气口连通第一换热器的入气口，所述第一换热器的出气口连通第二压缩机的入气口；所述第二压缩机的出气口连通第二换热器的入气口，所述第二换热器的出气口连通第三压缩机的入气口；所述第三压缩机的出气口连通第三换热器的入气口，所述第三换热器的出气口连通第四压缩机的入气口；所述第四压缩机的出气口连通第四换热器的入气口，所述第四换热器的出气口连通储气罐的入气口；所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器的入水口均与火电机组的凝结水出水口连通；所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器的出水口均与火电机组的热水入水口连通；

14、所述压缩空气发电模块包括第五换热器、第六换热器、第七换热器、第八换热器、第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第四膨胀机、发电机；

15、所述第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第四膨胀机均与发电机连接；所述第八换热器的入气口连通储气罐的出气口，所述第八换热器的出气口连通第四膨胀机的入气口，所述第四膨胀机的出气口连通第七换热器的入气口；所述第七换热器的出气口连通第三膨胀机的入气口，第三膨胀机的出气口连通第六换热器的入气口；所述第六换热器的出气口连通第二膨胀机的入气口，所述第二膨胀机的出气口连通第五换热器的入气口；所述第五换热器的出气口连通第一膨胀机的入气口，所述第一膨胀机的出气口排出压缩空气；所述第五换热器、第六换热器、第七换热器、第八换热器的入水口均与火电机组的热水出水口连通；所述第五换热器、第六换热器、第七换热器、第八换热器的出水口均与火电机组的凝结水入水口连通。

16、本发明还提供了一种根据任意一项所述的压缩空气储能与火电机组耦合发电系统的运行方法，所述发电系统的运行方法具有储能模式和释能模式，包括以下步骤：

17、当发电系统处于储能模式时，空气压缩模块中的电机带动压缩机转动，空气依次经过若干组压缩机进行压缩，通过若干组压缩模块换热器进行换热，压缩空气经过空气压缩模块的出气管路储存在储气罐中；

18、当发电系统处于释能模式时，储气罐中的压缩空气经过压缩空气发电模块的进气管路输入发电模块换热器中，发电模块换热器加热压缩空气，加热后的压缩空气进入膨胀机中进行膨胀做功，直至经过若干组膨胀机完成膨胀做功并带动发电机发电。

19、本发明进一步，当发电系统处于储能模式时，所述储气罐的预设压力为10mpa，所述储气罐的储能时间为8h；所述压缩机为四级压缩机，所述压缩模块换热器为四级压缩模块换热器；所述四级压缩机的绝热效率为0.9％；在采暖季额定抽汽工况下所述四级压缩机的耗功为10.303mw；

20、当发电系统处于释能模式时，所述储气罐的输出阀门后压力为7mpa，所述储气罐的释能时间为4h；所述膨胀机为四级膨胀机，所述发电模块换热器为四级发电模块换热器；所述四级膨胀机的绝热效率为0.88％；在采暖季额定抽汽工况下所述四级膨胀机的耗功为9.925mw。

21、本发明进一步，当发电系统处于储能模式时，所述若干组压缩机包括第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机，所述若干组压缩模块换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器；

22、所述电机带动第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机转动，空气经过第一压缩机后压缩输入第一换热器进行换热，完成第一次压缩的空气进入第二压缩机后进行第二次压缩输入第二换热器进行换热，完成第二次压缩的空气进入第三压缩机后进行第三次压缩输入第三换热器进行换热，完成第三次压缩的空气进入第四压缩机后进行第四次压缩输入第四换热器进行换热，获得四次压缩的空气并将四次压缩的空气输入至储气罐，所述第四压缩机的压缩比低于其余压缩机的压缩比。

23、本发明进一步，当发电系统处于释能模式时，所述若干组膨胀机包括第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第四膨胀机；所述发电模块换热器包括第五换热器、第六换热器、第七换热器、第八换热器；

24、所述第八换热器通过火电机组的热水加热来自储气罐的压缩空气，加热后的压缩空气输入第四膨胀机进行第一次膨胀，完成第一次膨胀的空气进入第七换热器进行加热后输入第三膨胀机进行第二次膨胀，完成第二次膨胀的空气进入第六换热器进行加热后输入第二膨胀机进行第三次膨胀，完成第三次膨胀的空气进入第五换热器进行加热后输入第二膨胀机进行第四次膨胀，获得四次膨胀的空气并将其排出。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明提供了一种压缩空气储能与火电机组耦合的发电系统，针对超临界供热机组，结合压缩空气储能系统，实现发电系统的储能及释能，电力负荷较小时，为保证供热量，发电量有裕量，调节系统处于储能模式，多余的电能带动压缩机将空气进行压缩，同时收集空气在压缩过程中产生的压缩热，用于加热凝结水，被加热后的凝结水送回到凝结水的管路中。此过程将电能转化为压力能和热能，并将压力能进行存储，热能直接输出到供热机组中。用电高峰期时，为满足较高的用电负荷，调节系统处于释能模式，系统将高压空气释放，利用少部分汽轮机抽汽将空气加热，进入膨胀机做功带动发电机发电。应用本发明所述的运行方法供电成本低且切换后电网频率稳定。

27、进一步，在发电系统处于释能模式时，利用火电机组本身的热能加热高压空气，从而对进入膨胀机前的高压空气进行加热。通过改进，不仅可以将先进绝热压缩空气储能系统中的冷热水罐的装置省去，达到减少装置，节约成本的目的，还可以帮助火电机组进行热电解耦，提升火电机组的灵活性。

28、本发明提供了一种压缩空气储能与火电机组耦合发电系统，通过空气压缩模块、压缩空气发电模块以及储气罐和火电机组的配合，进行热能、电能以及压力能的转换，满足供电需求，在结构上将冷热水罐的装置省去节约成本以及步骤，解决火电机组深度调峰运行成本高、设备使用寿命低等问题。

29、进一步，为防止储气罐压力波动引发末级压缩机压比突升，造成气缸温度过高，需要将末级压缩机压比设置相对较低。