CN215486194U - 一种与火电厂耦合的压缩空气储能*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，包括火电厂热力设备和压缩空气储能***：火电厂热力设备的蒸汽出口与压缩空气储能***的汽轮机连接；压缩空气储能***包括压缩机、汽轮机、换热***、储气室、空气膨胀机和发电机，压缩机进气口与空气连通，汽轮机与压缩机连接，汽轮机用于驱动压缩机压缩空气；压缩机的出气口通过换热***与储气室的进气口连接，储气室用于储存压缩空气；储气室的出气口通过换热***与空气膨胀机的进气口连接，膨胀器与发电机连接；本实用新型具有调节范围大、响应速度快的优点。

Description

一种与火电厂耦合的压缩空气储能***

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种与火电厂耦合的压缩空气储能***。

背景技术

近年来，风电、光伏发电等新能源发电装机容量迅猛增长。部分地区新能源的装机规模远远超过了当地的消纳能力，造成弃风和弃光问题严重。为提高新能源发电的利用率，减少弃风和弃光，需要进一步提高电网在火电机组的灵活性。受限于燃煤锅炉燃烧稳定性的要求，火电机组的调节范围一般在50％～100％。目前商业化的大规模储能技术中，只有压缩空气储能技术可实现大容量、低成本、长时间的储能。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，目的在于提高常规火电机组的灵活性，提高调峰能力。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，包括火电厂热力设备和压缩空气储能***：

所述压缩空气储能***包括压缩机、汽轮机、换热***、储气室、空气膨胀机和发电机，所述压缩机进气口与空气连通，所述汽轮机与所述压缩机连接，所述汽轮机用于驱动压缩机压缩空气；所述压缩机的出气口通过换热***与储气室的进气口连接，所述储气室用于储存压缩空气；所述储气室的出气口通过换热***与所述空气膨胀机的进气口连接，所述膨胀器与发电机连接；所述火电厂热力设备的蒸汽出口与压缩空气储能***的汽轮机连接。

进一步的，所述压缩机为多级压缩机，每级压缩后设置换热储热***回收压缩热，相邻设置的压缩机通过换热***连接，所述换热***的冷却工质进口与凝结水箱的凝结水出口连接，所述换热***的冷却工质出口与除氧器的进口连接，所述换热***用于回收压缩过程产生的压缩热。

进一步的，所述换热***采用的冷却工质为火电厂的凝结水，换热后的凝结水的温度升高，进入火电厂的除氧器中。

进一步的，所述空气膨胀机设置为多级空气膨胀机，相邻设置的空气膨胀机通过换热***连接，所述换热***的加热工质进口与高压加热器抽气口连接，所述换热***的加热工质出口与除氧器的进口连接，所述换热***用于加热储气室中的压缩空气。

进一步的，所述相邻空气膨胀机连接在同一发电机上；所述换热器的加热工质采用火电厂汽轮机的高压加热器抽汽，换热后的加热工质通入火电厂的除氧器中。

进一步的，当所述汽轮机为凝汽式汽轮机时，所述汽轮机的乏汽出口与凝汽器的进气口连接；当所述汽轮机为背压式汽轮机时，所述汽轮机的乏汽出口与供气管网相连。

进一步的，所述火电厂热力设备的蒸汽出口输出的蒸汽可采用锅炉的主蒸汽、锅炉的再热蒸汽或高压加热器的抽汽。

进一步的，所述储气室为废弃的矿洞、盐穴、地下洞穴或地面储气罐组。

进一步的，与火电厂耦合的压缩空气储能***可使火电机组的调节范围达到10％～100％。

本实用新型的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***的使用方法，当处于深度调峰时，火电厂的热力设备将蒸汽通入汽轮机中做功，做功后的乏汽排入凝汽器；空气自压缩机的进气口进入压缩机，汽轮机驱动压缩机压缩空气，得到的高温压缩空气，压缩机通过换热***与储气室连接，所述换热***的冷却工质进口与凝结水箱的出口相连，凝结水箱中的低温冷凝水通入换热***中，在换热***中高温压缩空气与低温冷凝水进行换热，换热后的压缩空气通入储气室，进行储存，换热后的冷凝水通入除氧机；当高峰发电时，储气室中的高压空气通入换热***，换热***的加热工质进口与高压加热器抽汽口连接，高温蒸汽通入换热***中，在换热***中压缩空气与高温蒸汽进行换热，蒸汽放热后冷凝的水通入除氧器中，升温后的压缩空气通入空气膨胀机中，空气膨胀机做功驱动发电机发电。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果，本实用新型的压缩空气储能***具有以下优点，装机容量大、建设和运行成本低、运行时间长，本实用新型将压缩空气储能***与火电厂热力***进行耦合，可实现高效、低成本的大规模储能，通过耦合压缩空气储能***，大幅度提高火电机组的灵活性，将压缩空气储能***应用于火电厂，提高火电厂灵活性。

本实用新型的压缩空气储能***中换热***在对压缩空气进行降温的同时还回收了压缩热，采用火电厂现有的凝结水***来冷却压缩空气，回收的压缩热通过凝结水进入火电厂现有的除氧器，实现了压缩热的利用，相较于独立的压缩空气储能***，本实用新型中，压缩空气储能***不需要配置专门的储热设备和***，降低了压缩空气储能***的复杂度。

本实用新型通过将压缩空气储能***与火电厂耦合，显著提高常规火电机组的灵活性和调峰能力，可将火电机组的调节范围从50％～100％提高到10％～100％，在参与电网的调峰时，可获得更高的调峰收入，提高了火电机组的灵活性，灵活性指火电机组负荷变化的范围，变化范围越大，灵活性越好，在参与电网的调峰时，可获得更高的调峰收入。

附图说明

图1是为优选的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***组成示意图。

附图中：1为压缩机；2为汽轮机；3为锅炉再热器出口；4为凝汽器；5为换热***；6为凝结水箱；7为除氧器；8为高压加热器抽汽口；9为储气室；10为空气膨胀机；11为发电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，其内容是对本实用新型的解释而不是限定。

图1为优选的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***实施例的组成示意图，包括火电厂热力设备和压缩空气储能***，其中，压缩空气储能***包括压缩机1、汽轮机2、换热***5、储气室9、空气膨胀机10、发电机11；火电厂热力设备包括锅炉再热器出口3、凝汽器4、凝结水箱6、除氧器7、高压加热器抽汽口8。

压缩机1可以根据实际需要设置多级压缩机；空气膨胀机10可以根据实际需要设置多级空气膨胀机；在本实用新型的优选实施例中，多级压缩机的级数为2～8级，且在每级压缩后设置换热储热***回收压缩热，提高效率。在本实用新型的另一优选实施例中，多级膨胀机的级间设置有换热***，加热进入压缩机的压缩空气，提高发电效率；多级膨胀机的级数设置为 2～4级。

在本实例中，锅炉再热器出口3与压缩空气储能***的汽轮机2连接，压缩机1进气口与空气连通，汽轮机2与压缩机1连接，汽轮机2驱动压缩机1压缩空气；压缩机1的出气口通过换热***5的热侧与储气室的进气口连接，储气室9用于储存压缩空气；储气室9的出气口通过换热***5的冷侧与空气膨胀机10的进气口连接，空气膨胀器10与发电机11连接驱动发电机11发电。

在本实施例中，设置两级压缩机，两级压缩机通过换热***的热侧连接，最后一级压缩机 1的压缩空气出口与换热***5的热侧进口连接，换热***5的热侧出口通过管路与储气室5 连接，换热***5的冷却工质进口与凝结水箱6的凝结水出口连接，所述换热***5的冷却工质出口与除氧器7的进口连接；换热***5采用的冷却工质为火电厂的凝结水，换热后的冷却工质通入火电厂的除氧器7中；除氧器中的液态水在火电厂中进入锅炉加热为水蒸气。

本实施例中，设置两级空气膨胀机，两级空气膨胀机之间通过换热***5的冷侧连接，储气室9的压缩空气出口通过管道与换热***5的冷侧进口连接，换热***5的冷侧出口与第一级空气膨胀机的压缩空气入口相连；

进一步的，两级空气膨胀机连接在同一发电机上，换热***5的加热工质采用火电厂汽轮机的高压加热器抽汽，换热后的加热工质通入火电厂的除氧器7中。

本实例中汽轮机2采用凝汽式汽轮机，汽轮机的乏汽出口与凝汽器4的进气口连接。

汽轮机2还可以为背压式汽轮机，当采用背压式汽轮机时，所述汽轮机的乏汽出口与供气管网相连。

本实例中火电厂热力设备利用锅炉的再热蒸汽驱动汽轮机2，蒸汽也可以采用锅炉的主蒸汽或高压加热器的抽汽。

优选的，储气室为废弃的矿洞、盐穴、地下洞穴或地面储气罐组。

一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，在储能调峰时，从锅炉再热器出口3将多余的部分再热蒸汽引入到压缩空气储能***的汽轮机2中做功，汽轮机2驱动两级压缩机压缩空气，压缩后得到的高温压缩空气通入换热***5的热侧，火电厂的凝结水通入凝结水箱6中，凝结水箱6中的低温凝结水在凝结水泵的驱动下进入换热***5的冷侧，高温压缩空气与火电厂的低温凝结水进行换热，换热后的压缩空气通入储气室中储存起来，换热后的凝结水进入火电厂的除氧器7；通过将部分再热蒸汽通入汽轮机2做功来驱动压缩机1压缩空气，减少了进入火电厂发电汽轮机的蒸汽量，可减少发电机的发电功率，实现储能调峰。

在高峰发电时，储气室9中的高压空气通入换热***5的冷侧中，高压加热器抽汽口8 处引部分蒸汽进入换热***5的热侧，高温蒸汽与压缩空气进行换热，每级空气膨胀机10入口均配置换热***5，蒸汽放热冷凝后的水进入火电厂的除氧器7，加热后压缩空气进入两级空气膨胀机膨胀做功，驱动发电机11发电；通过空气膨胀机10驱动发电机11发电，增加了火电厂的发电功率。

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型实施方式的一部分，根据本实用新型所描述的***所做的等效变化，均包括在本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，包括火电厂热力设备和压缩空气储能***：

所述压缩空气储能***包括压缩机(1)、汽轮机(2)、换热***(5)、储气室(9)、空气膨胀机(10)和发电机(11)，所述压缩机(1)进气口与空气连通，所述汽轮机(2)与所述压缩机(1)连接，所述汽轮机(2)用于驱动压缩机压缩空气；所述压缩机(1)的出气口通过换热***(5)与储气室的进气口连接，所述储气室(9)用于储存压缩空气；所述储气室(9)的出气口通过换热***(5)与所述空气膨胀机(10)的进气口连接，所述空气膨胀机(10)与发电机(11)连接；所述火电厂热力设备的蒸汽出口与压缩空气储能***的汽轮机(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述压缩机(1)为多级压缩机，每级压缩后设置换热储热***回收压缩热，相邻设置的压缩机(1)通过换热***(5)连接，所述换热***(5)的冷却工质进口与凝结水箱(6)的凝结水出口连接，所述换热***(5)的冷却工质出口与除氧器(7)的进口连接，所述换热***(5)用于回收压缩过程产生的压缩热。

3.根据权利要求2所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述换热***(5)采用的冷却工质为火电厂的凝结水，换热后的凝结水的温度升高，进入火电厂的除氧器(7)中。

4.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述空气膨胀机(10)设置为多级空气膨胀机，相邻设置的空气膨胀机(10)通过换热***(5)连接，所述换热***(5)的加热工质进口与高压加热器抽气口(8)连接，所述换热***(5)的加热工质出口与除氧器(7)的进口连接，所述换热***(5)用于加热储气室中的压缩空气。

5.根据权利要求4所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述相邻空气膨胀机(10)连接在同一发电机上；所述换热***(5)的加热工质采用火电厂汽轮机的高压加热器抽汽，换热后的加热工质通入火电厂的除氧器(7)中。

6.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，当所述汽轮机(2)为凝汽式汽轮机时，所述汽轮机(2)的乏汽出口与凝汽器(4)的进气口连接；当所述汽轮机(2)为背压式汽轮机时，所述汽轮机(2)的乏汽出口与供气管网相连。

7.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述火电厂热力设备的蒸汽出口输出的蒸汽可采用锅炉的主蒸汽、锅炉的再热蒸汽或高压加热器的抽汽。

8.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述储气室(9)为废弃的矿洞、盐穴、地下洞穴或地面储气罐组。

9.根据权利要求1所述的一种与火电厂耦合的压缩空气储能***，其特征在于，与火电厂耦合的压缩空气储能***可使火电机组的调节范围达到10％～100％。

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