一种利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统及方法

【技术领域】

本发明属于压缩空气储能系统及方法，涉及一种利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统及方法。

【背景技术】

截止2019年底，光伏和风电的累计装机容量分别占总装机容量的10.2％和10.4％，年总发电量分别占年总发电量的3％和5.5％。

新能源电力未来将大幅快速发展，要求火电机组在当前基础上进一步挖掘调峰潜力。具备波动性及间歇性特点的可再生能源电能大规模并网，对电网削峰填谷、安全稳定运行水平提出了更高要求。建设大规模储能装置，提升电力系统运行灵活性及安全性，是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。

目前，储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能。抽水蓄能技术成熟，效率较高，但存在地理位置限制等问题，难以大规模推广；电化学储能技术响应快、体积小、建设周期短，但存在整体寿命短和工业污染大等缺点；压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点，具备规模化推广应用潜力。

空气压缩机是压缩空气储能技术的关键设备之一，目前，最为高效的压缩方式为等温压缩。为实现等温压缩，将压缩机设置为多缸式结构，缸与缸之间的空气流道内设置冷却器，使前一缸的高温空气冷却后进入后一缸。该配置方式设备繁多，系统复杂，占地面积大。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有压缩空气储能技术采用等温压缩的压缩方式，配置的设备繁多，系统复杂且占地面积大的技术问题，提供一种利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统，包括凝汽器、循环水泵、冷却水塔，以及依次连通的空气压缩机、制冷膨胀机、气液分离器、液化空气存储装置、液体升压泵、空气加热器和空气膨胀发电机；空气经空气压缩机加压后，经制冷膨胀机降温，并在气液分离器中进行气态和液态分离后，液态部分进入液化空气存储装置，依次经液体升压泵加压和空气加热器升温后，进入空气膨胀发电机做功；

所述凝汽器与燃煤发电机组的低压缸连通，低压缸的排汽进入凝汽器冷凝，凝汽器中的冷却水对低压缸的排汽冷凝后，进入冷却塔冷却，再经循环水泵返回至凝汽器；

所述循环水泵与凝汽器之间的部分冷却水流入空气压缩机，作为空气压缩机的冷却介质，在空气压缩机中升温后流至冷却水塔。

本发明进一步的改进在于：

所述空气压缩机为多级式空气压缩机，且每一级后均设置具有翅片换热的盘管式气-水换热器。

所述循环水泵至凝汽器之间的部分冷却水，并行进入所述盘管式气-水换热器，升温后回流至冷却水塔。

燃煤发电机组包括依次锅炉、高压缸、中压缸、低压缸和发电机；

锅炉出口蒸汽经高压缸做功后返回锅炉的再热器二次提温后，依次进入中压缸和低压缸做功，驱动发电机发电。

还包括依次连通的凝结水泵、低压加热器组、给水泵组和高压加热器组；

所述低压缸排汽经凝汽器冷凝后，依次流经凝结水泵、低压加热器组、给水泵组和高压加热器组后，进入锅炉吸热。

一种利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统的储能方法，包括以下步骤：

燃煤发电机组中低压缸的排汽进入凝汽器冷凝，凝汽器中的冷却水对低压缸的排汽冷凝后，进入冷却塔冷却，再经循环水泵返回至凝汽器；

储能发电时，空气经空气压缩机加压后，在气液分离器中进行气态和液态分离后，液态部分进入液化空气存储装置，依次经液体升压泵加压和空气加热器升温后，进入空气膨胀发电机做功；

同时，循环水泵与凝汽器之间的部分冷却水流入空气压缩机，作为空气压缩机的冷却介质，在空气压缩机中升温后流回至冷却水塔进行冷却。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统，包含燃煤发电机组、液化空气储能发电系统、空气-水换热系统等，可高密度设置内置式冷却器，采用燃煤发电机组的低温水并行冷却级后高温空气，实现空气压缩过程的等温压缩，有效提升空气压缩机效率；与现有外置式冷却系统相比，系统简单，占地面积小，效率高。

2.本发明还优化了空气压缩机结构，采用多级式空气压缩机，每一级后设置具有翅片强化换热的盘管式气-水换热器，管内为低温冷却水，管外为空气，采用燃煤发电机组冷端系统的低温冷却水，实现空气压缩机的高效等温压缩。

【附图说明】

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明利用燃煤发电机组冷端的压缩空气储能系统实施例组成示意图。

其中：1-锅炉、2-高压缸、3-中压缸、4-低压缸、5-发电机、6-凝汽器、7-凝结水泵、8-循环水泵、9-冷却水塔、10-低压加热器组、11-给水泵组、12-高压加热器组、13-空气压缩机、14-制冷膨胀机、15-气液分离器、16-液化空气存储装置、17-液体升压泵、18空气加热器、19-空气膨胀发电机。

【具体实施方式】

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本发明提供了一种利用燃煤发电机组冷端的内置冷却的高效压缩空气储能系统，包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、凝汽器6、凝结水泵7、循环水泵8、冷却水塔9、低压加热器组10、给水泵组11、高压加热器组12、空气压缩机13、制冷膨胀机14、气液分离器15、液化空气存储装置16、液体升压泵17、空气加热器18和空气膨胀发电机19。

锅炉1出口新蒸汽依次经过燃煤发电机组中高压缸2做功后返回锅炉1再热器二次提温后，再进入燃煤发电机组内中压缸3和低压缸4做功，驱动发电机5发电，低压缸4排汽进入凝汽器6冷凝，依次流经凝结水泵7、低压加热器组10、给水泵组11和高压加热器组12后进入锅炉1吸热，完成燃煤发电机组汽水热力系统循环。凝汽器的冷却水由冷却水塔9和循环水泵8组成的闭式循环水系统提供。

空气由空气压缩机13吸入加压后再进入制冷膨胀机14实现深度降温，在气液分离器15实现空气的液态和气态分离，液态进入存储装置16，此为空气的液化压缩储能过程。

储能系统的发电释能过程：液化空气存储装置16出口的液态空气经升压泵17加压，再经空气加热器18升温后进入空气膨胀发电机19做功，排气排入大气环境。

对空气压缩机13部分进行优化，作为一种优选方案，空气压缩机13为多级式的空气压缩结构，每一级后设置具有翅片强化换热的盘管式气-水换热器，管内为低温冷却水，管外为空气。在循环水泵8出口引部分冷却水，经冷却水母管，分为多个子部分，各子部分并行进入空气压缩机13的各个内置式气-水冷却器，以图1中所示的四级空气压缩机13为例，a、b、c、d四点为低温水注入点，在空气压缩机13中升温后，以A、B、C、D四点做为吸热升温后的出水点，汇入回水母管，再进入冷却水塔9，各压缩级后高温空气被有效冷却。本发明图1中的低温水注入点a、b、c、d和高温水出水点A、B、C、D仅为系统示意，是本发明的一个实施例，不代表本发明的空气压缩机13仅能采用四级压缩结构，具体点数视空气压缩机13的实际结构而定，级数可根据实际使用情况进行选择。

本发明可高密度设置内置式冷却器，采用燃煤发电机组的低温水并行冷却级后高温空气，实现空气压缩过程的等温压缩，有效提升了空气压缩机13的效率。

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。

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。