CN113279829B - 一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 - Google Patents
一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113279829B CN113279829B CN202110748558.8A CN202110748558A CN113279829B CN 113279829 B CN113279829 B CN 113279829B CN 202110748558 A CN202110748558 A CN 202110748558A CN 113279829 B CN113279829 B CN 113279829B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- medium
- compression
- temperature
- temperature heat
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007376 cm-medium Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
- F01K7/02—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of multiple-expansion type
- F01K7/04—Control means specially adapted therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B25/00—Multi-stage pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
- F22B31/08—Installation of heat-exchange apparatus or of means in boilers for heating air supplied for combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
- F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
- F22D1/50—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters incorporating thermal de-aeration of feed-water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2205/00—Fluid parameters
- F04B2205/11—Outlet temperature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法,该***通过梯级利用压缩空气储能过程中产生的压缩热部分替代了火力发电除氧加热自用汽。空气经多级空气压缩机压缩存储于盐穴的过程中,经若干个低温换热器和一个中温换热器以提取压缩过程中产生的热量,并储存于低温储热罐和中温储热罐中。低温储热罐中工质将高压压缩空气再热用于膨胀发电,中温储罐内工质将常温补水加热至除氧蒸汽,供给火力发电除氧器,替代除氧自用汽。该方法可大幅提升压缩空气储能效率,同时显著降低火力发电除氧自用汽量,增加其供热出力。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域,涉及一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法。
背景技术
在目前碳达峰、碳减排的新形势下,作为新能源消纳主力的储能技术已日渐受到国家层面的关注和推动。压缩空气储能技术作为目前安全性好、储能密度大、自带调频等优点,相比电化学储能具有较多优势。目前在国内、国际已经和正在开展的较大容量绝热压缩空气储能示范项目采用天然盐穴等定容空间作为压缩空气储存媒介,为了保障膨胀时间,盐穴内的空气将会通过调节阀降低到压力较低的状态(约为正常储存压力的70%)。这样会带来大量的做功能力损失,即电动压缩机需要在储能压缩过程中额外存储大约30%的压力能,且相对应产生的压缩热在***中无法消纳,通常由冷却水通过间冷器带走。因此,对这部分富裕压缩热进行利用有助于提升压缩空气储能整体的效率,同时提升经济效益。
对这部分能量的利用去向进行合理和可行地利用是一个值得深入的问题:尽管火力发电的热效率或热经济性在设计落成后基本不太可能有额外较大的提升,但挖掘工艺潜力和小型技术改造是目前较常规的提效降耗手段。本发明拟将压缩空气储能富裕的压缩热与火力发电除氧***耦合,对这部分能量进行充分的梯级利用,提升电厂***效率,提供额外热源,减少除氧自用汽。所减少的火力发电除氧自用汽可作为外供热量,提升电厂热经济性。
发明内容
本发明的目的是将压缩空气储能与火力发电除氧***相耦合,梯级利用压缩空气储能***中的压缩热,完成火力发电除氧***自用汽的部分替代,提升火力发电循环效率,增加供热能力。
为了耦合压缩空气储能与火力发电,并满足火力发电具体参数要求,本发明采用以下方案:
一种压缩空气储能与火力发电耦合的方法,在给定的压缩空气储存压力下,采用多级压缩机和多级膨胀机储存和释放空气压力能。在压缩侧,前若干级压缩机为低压比压缩机,控制每一级空气出口温度在145~155℃低温,最后一级压缩机采用中压比压缩机,控制空气出口温度在275~285℃中温。
对压缩机压缩热梯级利用,采用中低温两种压缩空气出口温度和储热介质:在每级低压比压缩机出口设置压缩侧低温换热器,用于将压缩空气的低温压缩热传递给从低温储冷罐来的低温储热工质,经换热后存储于低温储热罐中;在中压比压缩机出口设置压缩侧中温换热器,用于将压缩空气的中温压缩热传递给从中温储冷罐来的工质,经换热后存储于中温储热罐中。
在释放储存的压缩空气能量过程中,通过低温储热罐中的低温储热工质对压缩空气再热,将低温压缩热返还给高压压缩空气,提高能量释放效率,降温后的低温储热工质存储于低温储冷罐。
通过中温储热罐和中温储冷罐与火力发电耦合,将中温储热罐中的储热工质与来自电厂的补水通过耦合侧中温换热器换热,使补水被加热至除氧蒸汽参数的蒸汽,储热工质换热后返回中温储冷罐,该过程利用了中温压缩热替代了部分用于除氧***的自用汽。
本发明的有益效果为:
本发明方法梯级利用了压缩空气储能压缩过程中的压缩热,且可完全利用膨胀机入口压力与盐穴储存压力间的节流压力能所对应的压缩热,将整个压缩过程中的压缩热梯级存储于低温、中温两种储热介质中,分别应用于膨胀作功过程的空气再热以及电厂除氧***的自用汽,提高了***整体的热效率。
本发明方法对压缩热的梯级利用考虑了储热介质的成本。采用了若干级低压比压缩机和低膨胀比膨胀机,因而大部分所需要的低温储热介质可采用水,成本较低;为与火力发电耦合,最后一级中温储热介质采用导热油,相对价格较高,但占***储热介质的比重较小且为一次性投入,相比***压缩热的梯级利用带来的收益,该部分成本的增加是有益的,利于提高项目经济性。
本发明方法可实践性较强,与火力发电耦合的改造代价较低,在设计压缩空气储能电厂时,只需要从临近火力发电厂引入一根补水管道和一根外供除氧蒸汽管道以及一台中温换热器即可实现;被替代的除氧蒸汽可直接在火力发电厂内并入已有的外供线路,不需对已有热网走向进行改造。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明压缩空气储能部分简图;
图2是本发明火力发电部分简图;
图中标号:
CL1-第一级低压比压缩机;CL2-第二级低压比压缩机;CL3-第三级低压比压缩机;CL4-第四级低压比压缩机;CM-中压比压缩机;CXL1-压缩侧低温换热器1;CXL2-压缩侧低温换热器2;CXL3-压缩侧低温换热器3;CXL4-压缩侧低温换热器4;CXM-压缩侧中温换热器;E1-第一级膨胀机;E2-第二级膨胀机;E3-第三级膨胀机;E4-第四级膨胀机;EX1-膨胀再热器1;EX2-膨胀再热器2;EX3-膨胀再热器3;EX4-膨胀再热器4;OX-耦合侧中温换热器
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施例进行说明。在此过程中,为确保说明的明确性和便利性,我们可能对图示中线条的宽度或构成要素的大小进行夸张的标示。
如图1所示为本发明压缩空气储能侧的***示意,储能过程中,来自电网的富裕电量驱动电动机,推动各级空气压缩机对空气进行加压,在第一级低压比压缩机CL1出口,被压缩加热的空气温度达到145~155℃,并通过压缩侧低温换热器CXL1与来自低温储热罐的工质进行换热,随后进入第二级低压比压缩机CL2入口,被换热升温的工质进入低温储热罐存储,类似的,空气经过第二、三、四级低压比压缩机CL2、CL3、CL4逐级压缩并经过压缩侧低温换热器CXL2、CXL3、CXL4提取压缩热,随后进入中压比压缩机CM。空气经中压比压缩机CM压缩后出口温度达到275~285℃,进入压缩侧中温换热器CXM与来自中温储冷罐的工质进行换热后存储于压缩空气盐穴中,被加热的工质存储于中温储热罐。
在压缩空气膨胀释能时,存储于压缩空气盐穴内的高压空气通过节流阀降低并稳定在固定压力后通往膨胀再热器1EX1,与来自低温储热罐来的工质进行换热升温,随后进入第一级膨胀机E1进行膨胀作功,推动发电机发电,换热降温后的工质进入低温储冷罐中;类似的,空气经过膨胀再热器EX2、EX3、EX4再热后,进入第二、三、四级膨胀机E2、E3、E4膨胀推动发电机发电,最后排入大气。
在与火力发电除氧***耦合时(可与膨胀释能发电过程不同步,但必须在下一次空气压缩储能前),存储于中温储热罐中的工质与通过中继泵中继后的来自火力发电厂补水泵后的补水(图2中B1处)在耦合侧中温换热器OX中进行换热,补水被加热至除氧蒸汽,并返回至火力发电厂除氧器进汽管道(图2中D1处),被冷却后的工质存储于中温储冷罐中用于下一次空气压缩过程的压缩热提取。通过该过程,火力发电除氧蒸汽被部分替代,原先用于加热除氧器的部分富余汽轮机排汽可用于对厂外供热的补充。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种压缩空气储能与火力发电耦合的方法,其特征在于:空气在压缩过程中被划分为多级低压比压缩和中压比压缩,压缩过程中产生低温和中温两种品质的压缩热,分别采用低温储热工质及中温储热工质对两种品质的压缩热进行提取和存储,并根据其温度品位进行梯级利用;
通过压缩侧中温换热器提取的压缩热储存于中温储热罐内,用于与火力发电的除氧***耦合,替代除氧自用汽,具体过程为:中压比压缩机压缩过程中产生的中温压缩热,通过压缩侧中温换热器传递给来自中温储冷罐的工质,工质升温后存储于中温储热罐内;当需要替代火力发电除氧器自用汽时,中温储热罐内工质通过耦合侧中温换热器加热来自电厂的常温补水,补水经换热后送至除氧器前管道作为除氧蒸汽;换热冷却后的中温储热工质存储于中温储冷罐中,用于下一次压缩储气过程压缩侧中温换热器的压缩热提取;
通过压缩侧低温换热器提取的压缩热储存于低温储热罐内,用于膨胀释能时的空气再热;具体过程为:低压比压缩机压缩过程中产生的低温压缩热,通过压缩侧低温换热器传递给来自低温储冷罐的工质,工质升温后存储于低温储热罐内;释能时,低温储热罐内工质通过膨胀再热器加热来自盐穴中的高压空气和膨胀机出口的空气,换热降温后的低温储热工质存储于低温储冷罐中,用于下一次压缩储气过程压缩侧低温换热器的压缩热提取。
2.一种压缩空气储能与火力发电耦合的***,其特征在于:采用如权利要求1所述的方法进行耦合。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110748558.8A CN113279829B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110748558.8A CN113279829B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113279829A CN113279829A (zh) | 2021-08-20 |
CN113279829B true CN113279829B (zh) | 2022-04-08 |
Family
ID=77286346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110748558.8A Active CN113279829B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113279829B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114320828B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-01-23 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 一种蓄热式压缩空气储能***及控制方法 |
CN114776393A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-22 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种耦合火电的空气储能发电***及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105043147A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能*** |
CN106438297A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种温度自适应的蓄热式压缩空气储能*** |
CN111396162A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-10 | 贵州电网有限责任公司 | 一种高效率的先进压缩空气储能***及方法 |
CN112780375A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-05-11 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种与火电厂耦合的压缩空气储能***及其使用方法 |
-
2021
- 2021-07-02 CN CN202110748558.8A patent/CN113279829B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105043147A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能*** |
CN106438297A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种温度自适应的蓄热式压缩空气储能*** |
CN111396162A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-10 | 贵州电网有限责任公司 | 一种高效率的先进压缩空气储能***及方法 |
CN112780375A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-05-11 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种与火电厂耦合的压缩空气储能***及其使用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113279829A (zh) | 2021-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110374838B (zh) | 一种基于lng冷量利用的跨临界二氧化碳储能***及方法 | |
CN113279829B (zh) | 一种压缩空气储能与火力发电耦合的***及方法 | |
CN111928511B (zh) | 基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰***和方法 | |
CN214741517U (zh) | 一种与煤电机组耦合的液态二氧化碳储能发电*** | |
CN111305918A (zh) | 一种无冷源损失的汽驱空气储能调峰***及方法 | |
CN111305920B (zh) | 一种汽驱空气储能调峰***及方法 | |
CN211777622U (zh) | 一种与燃煤热电联产机组耦合的压缩空气储能*** | |
CN111121390A (zh) | 一种耦合燃煤发电机组汽水***的液化空气储能发电*** | |
CN217737678U (zh) | 一种耦合lng冷能及orc的液化空气储能*** | |
CN114060111B (zh) | 火电机组循环水余热利用的液态压缩空气储能方法及*** | |
CN112412561B (zh) | 压缩空气储能***和火力发电厂控制***耦合控制方法 | |
CN213807777U (zh) | 火力发电***和压缩空气储能***的耦合*** | |
CN113982891B (zh) | 旧火电厂锅炉改造的压缩空气复合储能***及其运行方法 | |
CN112065516A (zh) | 蒸汽热量梯级利用的液态压缩空气储能调峰***及方法 | |
CN213574689U (zh) | 一种提高液态压缩空气储能***转化效率的*** | |
CN212054838U (zh) | 一种蒸汽补热空气储能调峰*** | |
CN217652793U (zh) | 一种压缩空气储能电站组合式储换热*** | |
CN211903494U (zh) | 一种耦合燃煤发电机组汽水***的液化空气储能发电*** | |
CN114109543B (zh) | 利用汽轮机旁路补热的液态压缩空气储能方法及*** | |
CN112160805A (zh) | 与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能***及方法 | |
CN104420996A (zh) | 液态空气储能*** | |
CN114033516B (zh) | 耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及*** | |
CN213540514U (zh) | 压缩热自消纳的液态空气储能*** | |
CN214701459U (zh) | 一种基于煤电机组的氢气制取及液化存储*** | |
CN210483984U (zh) | 利用加压液态丙烷蓄冷的液化空气储能*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |