一种压缩蒸汽储能发电系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种压缩蒸汽储能发电系统。

背景技术

随着节能减排得到越来越多国家重视，储能技术作为一种平滑可再生能源波动、实现传统电力系统调峰调频、提升可再生能源并网灵活性的重要手段，得到了快速的发展。目前，传统的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能，其中抽水蓄能技术受地理条件的限制，必须具有合适建造上下水库的地理条件；压缩空气储能，储能效率低，能量密度低；电化学储能等存在规模等级等局限。

水蒸汽储热是一种高温高压储热技术，将热能以高压蒸汽的形式存储起来。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种压缩蒸汽储能发电系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题，本发明能够充分利用现有余热资源，实现最优配合，实现多级能量存储与释放，灵活地进行移峰填谷。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种压缩蒸汽储能发电系统，包括储能系统和做功系统；

所述储能系统主要包括低压储水器、双介质换热器、压缩机组、电动机和高温储水器；所述低压储水器与双介质换热器的内部介质通道的一端通过管道连通起来；所述双介质换热器内部介质通道的另一端与压缩机组介质进口通过管道连通；压缩机组介质出口与高温储水器通过管道连通；

所述做功系统主要包括低压储水器、双介质换热器、汽轮机组、发电机和高温储水器；所述汽轮机组介质进口与高温储水器通过管道连通；所述汽轮机组介质出口与双介质换热器内部介质通道的一端通过管道连通；所述双介质换热器的内部介质通道的另一端与低压储水器通过管道连通起来；

所述汽轮机组与压缩机组共用一个压缩机与汽轮机一体机；所述发电机与电动机共用一个电动机与发电机一体机；

这样，所述储能系统和做功系统共用一套系统。

进一步地，还包括工作介质，所述工作介质是经过处理的去离子纯净水。

进一步地，压缩机与汽轮机一体机和电动机与发电机一体机通过电连接。

进一步地，所述压缩机与汽轮机一体机组的压缩机组工作时，电动机与发电机一体机的电动机工作来给压缩机组提供工作电能；所述压缩机与汽轮机一体机组的汽轮机组工作时，电动机与发电机一体机的发电机工作。

进一步地，还包括恒温储热器和循环泵；所述循环泵安装在恒温储热器的出口与双介质换热器外部介质通道入口之间；所述双介质换热器外部介质通道出口通过管道与恒温储热器入口连通。

进一步地，所述高压储水器是一个用钢铁特制的密封保温容器；所述低压储水器是一个密封的保温容器。

进一步地，所述压缩机与汽轮机一体机组的压缩机组工作模式时进行多级压缩优先选择临界压缩，即饱和压缩或者二相压缩。

进一步地，还包括第一阀门和第二阀门；所述第一阀门入口与压缩机与汽轮机一体机组连通，其出口与高压储水器的底端连通；所述第二阀门的入口与高压储水器的上部连通，其出口与压缩机与汽轮机一体机组连通。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：本发明压缩蒸汽储能发电系统采用作为压缩蒸汽作为循环介质，结合相变传热技术，能够降低传热温差，提高储能效率，是一种集显热储能和潜热储能为一体的高效储能系统；另外本系统充分利用由煤、天然气、光热、核能等热源，实现最优配合，具有规模大、效率高、成本低、环保等优点，能够将可再生能源发出的不稳定电能转化为稳定、可控的优质电能、有效解决弃风、弃光问题，实现可再生能源发电大规模消纳。同时，可实现电力调峰、调频、调相、电压支持、旋转备用、应急响应等储能服务，提升电力系统效率、稳定性、安全性。

附图说明

图1为本发明压缩蒸汽储能发电的结构示意图。

图2为本发明压缩蒸汽储能发电的第一种实施方式结构示意图。

图3为本发明压缩蒸汽储能发电的第二种实施方式结构示意图。

图4为本发明压缩蒸汽储能发电的第三种实施方式结构示意图。

图5为本发明压缩蒸汽储能发电的第四种实施方式结构示意图。

图中：1、低压储水器；2、双介质换热器；21、第一换热器；22、第二换热器；3、压缩机与汽轮机一体机组；31、汽轮机组；32、压缩机组；4、电动机与发电机一体机组；41、发电机组；42、电动机组；5、高温储水器；6、恒温储热器。7、循环泵；8、第一阀门；9、第二阀门；10、第三阀门；11、第四阀门。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

具体实施方式一

参考图1所示的本发明压缩蒸汽储能发电系统，包括低压储水器1、双介质换热器2、压缩机与汽轮机一体机组3、电动机与发电机一体机4、高温储水器5和工作介质。压缩机与汽轮机一体机组3是由至少两组压缩机与汽轮机一体机串联起来；所述低压储水器1与双介质换热器2的内部介质通道的一端通过管道连通起来；所述双介质换热器2内部介质通道的另一端与压缩机与汽轮机一体机组3的低压端通过管道连通；所述压缩机与汽轮机一体机组3的高压端与高温储水器5通过管道连通起来；所述压缩机与汽轮机一体机组3和电动机与发电机一体机4电连接；在压缩机与汽轮机一体机组3的压缩机组工作时，电动机与发电机一体机4的电动机工作，给压缩机组提供工作电能，电动机消耗的能量是用电低峰期电网富余电能或可再生能源产生的电能；在压缩机与汽轮机一体机组3的汽轮机组工作时，电动机与发电机一体机4的发电机工作。所述工作介质是经过处理的去离子纯净水。

请参考图2所示，在附图1所示的结构基础上，本发明压缩蒸汽储能发电系统的双介质换热器2是液液换热器，其外部换热通道与恒温储热器6连通；所述恒温储热器6的出口与双介质换热器2外部介质通道入口之间连接有循环泵7；所述双介质换热器2外部介质通道出口通过管道与恒温储热器6入口连通。

所述低压储水器是一个密封的保温容器。

所述高压储水器是一个用钢铁特制的密封保温容器。

所述压缩机与汽轮机一体机组3的压缩机组工作模式时进行多级临界压缩，即饱和压缩或者二相压缩。

基于以上所述的本发明压缩蒸汽储能发电系统包括两种工作循环模式，分别是储能工作模式和做功工作模式。

所述本发明储能工作模式工作时，压缩机与汽轮机一体机组3的压缩机组工作，电动机与发电机一体机4的电动机工作；在压缩机与汽轮机一体机组3的压缩机工作带动下，低压储水器1中的低温低压水介质进入双介质换热器2的内循环通道与双介质换热器2外循环通道的介质进行热交换，低温低压的水吸收热量汽化，然后进入压缩机与汽轮机一体机组3中，进行多级压缩，最后压缩为高温高压的饱和蒸汽，高温高压的饱和蒸汽从高压储水器5的底部被送入高压储水器5，这样就完成了储能工作模式。

所述本发明做功工作模式工作时，压缩机与汽轮机一体机组3的膨胀机组工作，电动机与发电机一体机4的发电机工作；高压储水器5的出口阀门打开，高温高压的饱和蒸汽从高压储水器5直接喷射出来，推动压缩机与汽轮机一体机组3的膨胀机组进行逐级做功，压缩机与汽轮机一体机组3的每级汽轮机做功产生的能量通过电动机与发电机一体机4的发电机以电能输出，用来补充用电高峰期电网供电；高温高的饱和蒸汽做功之后变为低压高温的水和水蒸气混合状态，然后低压高温的水和水蒸气混合状态进入双介质换热器2的内循环通道与双介质换热器2外循环通道的介质进行热交换，低压高温的水和水蒸气混合状态释放热量变为低压低温的水，最后被送入低压储水器1中，用于储能工作模式工作时的工作介质。

在储能工作模式和做功工作模式中，双介质换热器2外循环通道的介质是经过循环泵7从恒温储热器6抽取，然后送入双介质换热器2外循环通道与双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水进行热交换；储能工作模式工作时，恒温储热器6作为高温热源，来加热双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水；在做功工作模式工作时，恒温储热器6作为低温热源，吸收双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水和水蒸汽的热量。

具体实施方式二

请参考图3所示，与具体实施方式一相比，多了两个阀门，分别为第一阀门8和第二阀门9；所述第一阀门8入口与压缩机与汽轮机一体机组3连通，其出口与高压储水器5的底端连通，这样经压缩机与汽轮机一体机组3进行多级压缩的高温高压的饱和蒸汽从高压储水器5的底部被送入高压储水器5，与高压储水器5内部的介质形成对流，能够充分的混合在高压储水器5中。所述第二阀门9的入口与高压储水器5的顶部连通，其出口与压缩机与汽轮机一体机组3连通。在其余部分与实施例一相同，工作方法也相同。

所述第一阀门8和第二阀门9是单向阀或者电磁阀。

具体实施方式三

参考图4所示的本发明压缩蒸汽储能发电系统，包括低压储水器1、双介质换热器2、压缩机组32、电动机42、汽轮机组31、发电机41、高温储水器5、工作介质以及相关连接的管道。汽轮机组31由至少两组汽轮机串联起来；压缩机组32是由至少两组压缩机串联起来；所述低压储水器1与双介质换热器2的内部介质通道的一端通过管道连通起来；所述双介质换热器2内部介质通道的另一端分别与汽轮机组31出口和压缩机组32进口通过管道连通；所述汽轮机组31进口与高压储水器5的上端通过管道连通；所示压缩机组32的出口与高压储水器5的顶部通过管道连通。

进一步地，所述双介质换热器2与汽轮机组31之间连通有第三阀门10；所述双介质换热器2与压缩机组32之间连通有第四阀门。

所述第三阀门10和第四阀门11分别是单向阀或者电磁阀。

所述汽轮机组31与发电机41电连接；所述压缩机组32与电动机42电连接。

以上所述的本发明压缩蒸汽储能发电系统包括两种工作循环模式，分别是储能工作模式和做功工作模式。

所述本发明储能工作模式工作时，在压缩机组32抽压力带动下，低压储水器1中的低温低压水介质进入双介质换热器2的内循环通道与双介质换热器2外循环通道的介质进行热交换，低温低压的水吸收热量汽化，然后进入压缩机组32中，进行多级压缩，最后压缩为高温高压的饱和蒸汽，高温高压的饱和蒸汽从高压储水器5的底部被送入高压储水器5，这样就完成了储能工作模式。

所述本发明做功工作模式工作时，高压储水器5的出口阀门打开，高温高压的饱和蒸汽从高压储水器5直接喷射出来，推动汽轮机组31进行逐级做功，汽轮机组31的每级汽轮机做功产生的能量通过发电机41以电能形式输出，用来补充用电高峰期电网供电；高温高的饱和蒸汽做功之后变为低压高温的水和水蒸气混合状态，然后低压高温的水和水蒸气混合状态进入双介质换热器2的内循环通道与双介质换热器2外循环通道的介质进行热交换，低压高温的水和水蒸气混合状态释放热量变为低压低温的水，最后被送入低压储水器1中，用于储能工作模式工作时的工作介质。

在储能工作模式和做功工作模式中，双介质换热器2外循环通道的介质是经过循环泵7从恒温储热器6抽取，然后送入双介质换热器2外循环通道与双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水进行热交换；储能工作模式工作时，恒温储热器6作为高温热源，来加热双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水；在做功工作模式工作时，恒温储热器6作为低温热源，吸收双介质换热器2内循环通道的去离子纯净水和水蒸汽的热量。

所述其余部分与实施例一相同，工作方法也相同。

具体实施方式四

请参考图5所示，与实施例三相比，本发明压缩蒸汽储能发电系统的储能工作模式和做功工作模式不再共用一个双介质换热器2，而是分别用第二换热器22和第一换热器21；所述第一换热器21安装在低温储水器1和汽轮机组31之间；所述第二换热器22安装在低温储水器1与压缩机组32之间，其余部分与实施例三相同，工作方法也相同。

需要说明的是，在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。