CN111928511A - 基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法,该***由第一汽轮机组、第二汽轮机组、凝汽器、制冷压缩机、空气压缩机、复叠制冷/储冷***、液体空气储罐、空气加热装置、空气膨胀机和和控制阀门组成,该***的运行方法包括包括储能模式和释能模式;该***利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷***,降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本,空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级,降低了压缩过程的温升和耗功,提高了***储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
Description
技术领域
本发明属于储能调峰技术领域,具体涉及基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法,适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂,能够提高燃煤机组的调峰能力和储能***的经济性。
背景技术
目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展,加之全社会用电量逐年攀升,电网用电峰谷差日益增大,电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。
目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等,电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖,调峰能力强,但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组,水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低,但调峰能力有限,也只适用于热电联产机组,电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短,但寿命短、平均成本很高、安全风险大,是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。
发明内容
为克服现有燃煤机组调峰技术的不足,本发明提出基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法,空气压缩过程中压力和温度迅速升高,大部分高品位电能因此转化为热能,造成压缩机耗能很大、工况恶化,***储能效率降低,此外深冷制取过程中耗能很大、COP很低,这也是影响液化空气储能***经济性的关键因素,本发明可以有效解决这些问题。调峰期间机组产生大量多余的具备作功能力的蒸汽,利用该部分蒸汽驱动小汽轮机再带动制冷压缩机压缩制冷工质,最终通过复叠制冷***获得所需冷量并储存,该部分冷量的生产成本基本为零;空气压缩机出口处部分高压空气经过储冷***进行一定的降温后,通过中间吸气的形式送至压缩机内部不同工作级,以此降低空气温度,实现整体压缩过程温升较小、耗功较少,进而提高储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案。
基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,由第一汽轮机组1、第一阀门2、第二阀门3、第二汽轮机组4、凝汽器5、制冷压缩机6、空气压缩机7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10、复叠制冷/储冷***11、第六阀门12、液体空气储罐13、第七阀门14、空气加热装置15和空气膨胀机16所组成;
所述第一汽轮机组1包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸,中压缸出口通过第一阀门2依次与低压缸和凝汽器5连接,中压缸出口通过第二阀门3与第二汽轮机组4蒸汽入口连接;第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机6转动,制冷压缩机6驱动复叠制冷/储冷***11,第二汽轮机组4出口与凝汽器5入口连接;空气压缩机7出口通过第三阀门8依次与复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧入口a、复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧出口b连接,复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧出口b通过第四阀门9与空气压缩机7第一级间吸气入口a连接、通过第五阀门10与空气压缩机7第二级间吸气入口b连接;空气压缩机7出口依次与复叠制冷/储冷***11降温液化侧入口c、复叠制冷/储冷***11降温液化侧出口d、第六阀门12和液体空气储罐13连接;液体空气储罐13出口通过第七阀门14依次与复叠制冷/储冷***11冷能回收侧入口e、复叠制冷/储冷***11冷能回收侧出口f、空气加热装置15和空气膨胀机16连接;该***利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷***,降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本,空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级,降低了压缩过程的温升和耗功,提高了***储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
所述第二阀门3与第一汽轮机组1的中压缸出口连接,或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。
所述复叠制冷/储冷***11通过蒸汽驱动的制冷压缩机6来带动,调峰期间高负荷运行,非调峰期间基本不运行。
所述空气压缩机7第一级间吸气入口a和第二级间吸气入口b表示多个级间吸气入口,空气压缩机由电能或蒸汽驱动。
所述空气加热装置15由第一汽轮机组1的抽汽作为热源。
所述空气加热装置15和空气膨胀机16为一级或者多级,空气加热装置15和空气膨胀机16数量一一对应,每级空气加热装置后串联对应的空气膨胀机。
该***适用于热电联产机组和纯凝机组,深冷制取成本大幅度降低,空气压缩机7出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***11进行一定的降温后重新进入空气压缩机7内部不同工作级,压缩过程空气温升较小、单位质量空气的压缩耗功较小,具有较高的储能效率和经济性。
所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***的运行方法,包括储能模式和释能模式,具体如下:
储能模式:电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式,打开第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12,调整第一阀门2的开度,关闭第七阀门14;第一汽轮机组1中压缸出口的一部分蒸汽通过第二阀门3进入第二汽轮机组4推动其高速转动,第二汽轮机组4通过连接轴带动制冷压缩机6旋转从而驱动复叠制冷/储冷***11运行,产生的冷量直接储存在复叠制冷/储冷***11中,第二汽轮机组4出口乏汽进入凝汽器5放热生成凝结水;第一汽轮机组1中压缸出口的其余蒸汽先进入第一汽轮机组1的低压缸作功,再进入凝汽器5放热生成凝结水;通过电能或者蒸汽驱动空气压缩机7压缩空气,一小部分高压空气通过第三阀门8进入复叠制冷/储冷***11进行降温,降温后的空气分别通过第四阀门9和第五阀门10进入空气压缩机7的不同工作级,以降低空气压缩过程中的温升、减小单位质量空气的压缩耗功,其余空气进入复叠制冷/储冷***11进行降温液化,液态空气通过第六阀门12进入液体空气储罐13进行储存;
释能模式:电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式,关闭第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12,打开第一阀门2和第七阀门14;低温液态空气从液体空气储罐13流出,经复叠制冷/储冷***11进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入空气加热装置15吸收热量,高温高压空气进入空气膨胀机16膨胀作功输出电能,空气膨胀机16出口为常压常温空气,排入周围环境。
和现有技术相比较,本发明具备如下优点:
基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法,适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂,能够提高燃煤机组的调峰能力和储能***的经济性,该***利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷***,降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本,空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级,降低了压缩过程的温升和耗功,提高了***储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
附图说明
图1是本发明的***示意图。
图中:
1-第一汽轮机组 2-第一阀门 3-第二阀门 4-第二汽轮机组 5-凝汽器 6-制冷压缩机 7-空气压缩机 8-第三阀门 9-第四阀门 10-第五阀门 11-复叠制冷/储冷*** 12-第六阀门 13-液体空气储罐 14-第七阀门 15-空气加热装置 16-空气膨胀机
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明专利作进一步详细说明,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,由第一汽轮机组1、第一阀门2、第二阀门3、第二汽轮机组4、凝汽器5、制冷压缩机6、空气压缩机7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10、复叠制冷/储冷***11、第六阀门12、液体空气储罐13、第七阀门14、空气加热装置15和空气膨胀机16所组成。
第一汽轮机组1包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸,中压缸出口通过第一阀门2依次与低压缸和凝汽器5连接,中压缸出口通过第二阀门3与第二汽轮机组4蒸汽入口连接;第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机6转动,制冷压缩机6驱动复叠制冷/储冷***11,第二汽轮机组4出口与凝汽器5入口连接;空气压缩机7出口通过第三阀门8依次与复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧入口a、复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧出口b连接,复叠制冷/储冷***11级间供气冷却侧出口b通过第四阀门9与空气压缩机7第一级间吸气入口a连接、通过第五阀门10与空气压缩机7第二级间吸气入口b连接;空气压缩机7出口依次与复叠制冷/储冷***11降温液化侧入口c、复叠制冷/储冷***11降温液化侧出口d、第六阀门12和液体空气储罐13连接;液体空气储罐13出口通过第七阀门14依次与复叠制冷/储冷***11冷能回收侧入口e、复叠制冷/储冷***11冷能回收侧出口f、空气加热装置15和空气膨胀机16连接;该***利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷***,降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本,空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级,降低了压缩过程的温升和耗功,提高了***储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
本发明基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***可以按照以下储能模式和释能模式运行。
储能模式:电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式,打开第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12,调整第一阀门2的开度,关闭第七阀门14;第一汽轮机组1中压缸出口的一部分蒸汽通过第二阀门3进入第二汽轮机组4推动其高速转动,第二汽轮机组4通过连接轴带动制冷压缩机6旋转从而驱动复叠制冷/储冷***11运行,产生的冷量直接储存在复叠制冷/储冷***11中,第二汽轮机组4出口乏汽进入凝汽器5放热生成凝结水;第一汽轮机组1中压缸出口的其余蒸汽先进入第一汽轮机组1的低压缸作功,再进入凝汽器5放热生成凝结水;通过电能或者蒸汽驱动空气压缩机7压缩空气,一小部分高压空气通过第三阀门8进入复叠制冷/储冷***11进行降温,降温后的空气分别通过第四阀门9和第五阀门10进入空气压缩机7的不同工作级,以降低空气压缩过程中的温升、减小单位质量空气的压缩耗功,其余空气进入复叠制冷/储冷***11进行降温液化,液态空气通过第六阀门12进入液体空气储罐13进行储存。
释能模式:电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式,关闭第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12,打开第一阀门2和第七阀门14;低温液态空气从液体空气储罐13流出,经复叠制冷/储冷***11进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入空气加热装置15吸收热量,高温高压空气进入空气膨胀机16膨胀作功输出电能,空气膨胀机16出口为常压常温空气,排入周围环境。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以作出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:由第一汽轮机组(1)、第一阀门(2)、第二阀门(3)、第二汽轮机组(4)、凝汽器(5)、制冷压缩机(6)、空气压缩机(7)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)、复叠制冷/储冷***(11)、第六阀门(12)、液体空气储罐(13)、第七阀门(14)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)所组成;
所述第一汽轮机组(1)包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸,中压缸出口通过第一阀门(2)依次与低压缸和凝汽器(5)连接,中压缸出口通过第二阀门(3)与第二汽轮机组(4)蒸汽入口连接;第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机(6)转动,制冷压缩机(6)驱动复叠制冷/储冷***(11),第二汽轮机组(4)出口与凝汽器(5)入口连接;空气压缩机(7)出口通过第三阀门(8)依次与复叠制冷/储冷***(11)级间供气冷却侧入口(a)、复叠制冷/储冷***(11)级间供气冷却侧出口(b)连接,复叠制冷/储冷***(11)级间供气冷却侧出口(b)通过第四阀门(9)与空气压缩机(7)第一级间吸气入口(a)连接、通过第五阀门(10)与空气压缩机(7)第二级间吸气入口(b)连接;空气压缩机(7)出口依次与复叠制冷/储冷***(11)降温液化侧入口(c)、复叠制冷/储冷***(11)降温液化侧出口(d)、第六阀门(12)和液体空气储罐(13)连接;液体空气储罐(13)出口通过第七阀门(14)依次与复叠制冷/储冷***(11)冷能回收侧入口(e)、复叠制冷/储冷***(11)冷能回收侧出口(f)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)连接;该***利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷***,降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本,空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级,降低了压缩过程的温升和耗功,提高了***储能效率,同时无需再设置级间冷却器,降低了***投资和占地面积。
2.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:所述第二阀门(3)与第一汽轮机组(1)的中压缸出口连接,或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。
3.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:所述复叠制冷/储冷***(11)通过蒸汽驱动的制冷压缩机(6)来带动,调峰期间高负荷运行,非调峰期间基本不运行。
4.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:所述空气压缩机(7)第一级间吸气入口(a)和第二级间吸气入口(b)表示多个级间吸气入口,空气压缩机由电能或蒸汽驱动。
5.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:所述空气加热装置(15)由第一汽轮机组(1)的抽汽作为热源。
6.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:所述空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)为一级或者多级,空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)数量一一对应,每级空气加热装置后串联对应的空气膨胀机。
7.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***,其特征在于:该***适用于热电联产机组和纯凝机组,深冷制取成本大幅度降低,空气压缩机(7)出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷***(11)进行一定的降温后重新进入空气压缩机(7)内部不同工作级,压缩过程空气温升较小、单位质量空气的压缩耗功较小,具有较高的储能效率和经济性。
8.权利要求1至7任一项所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***的运行方法,其特征在于:包括储能模式和释能模式,具体如下:
储能模式:电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式,打开第二阀门(3)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)和第六阀门(12),调整第一阀门(2)的开度,关闭第七阀门(14);第一汽轮机组(1)中压缸出口的一部分蒸汽通过第二阀门(3)进入第二汽轮机组(4)推动其高速转动,第二汽轮机组(4)通过连接轴带动制冷压缩机(6)旋转从而驱动复叠制冷/储冷***(11)运行,产生的冷量直接储存在复叠制冷/储冷***(11)中,第二汽轮机组(4)出口乏汽进入凝汽器(5)放热生成凝结水;第一汽轮机组(1)中压缸出口的其余蒸汽先进入第一汽轮机组(1)的低压缸作功,再进入凝汽器(5)放热生成凝结水;通过电能或者蒸汽驱动空气压缩机(7)压缩空气,一小部分高压空气通过第三阀门(8)进入复叠制冷/储冷***(11)进行降温,降温后的空气分别通过第四阀门(9)和第五阀门(10)进入空气压缩机(7)的不同工作级,以降低空气压缩过程中的温升、减小单位质量空气的压缩耗功,其余空气进入复叠制冷/储冷***(11)进行降温液化,液态空气通过第六阀门(12)进入液体空气储罐(13)进行储存;
释能模式:电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式,关闭第二阀门(3)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)和第六阀门(12),打开第一阀门(2)和第七阀门(14);低温液态空气从液体空气储罐(13)流出,经复叠制冷/储冷***(11)进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入空气加热装置(15)吸收热量,高温高压空气进入空气膨胀机(16)膨胀作功输出电能,空气膨胀机(16)出口为常压常温空气,排入周围环境。
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