一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统及方法

技术领域

本发明属于光热发电技术领域，涉及一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统及方法。

背景技术

随着可再生能源的大规模并网发电，对电力系统安全稳定性提出了更高要求。建设大规模储能装置，是平抑可再生能源发电波动性、提高电力系统运行可靠性的有效手段之一。目前，发展较为成熟的储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能等。其中，抽水蓄能虽效率较高，但地理条件要求苛刻；电化学储能存在寿命短、工业污染等问题。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。特别是液态压缩空气储能技术，通过将空气深冷液化实现压缩空气的液态存储，大幅缩小储存容积，极大地提升了系统储能密度。

液态压缩空气储能系统空气压缩过程中会产生大量圧缩热，同时释能过程中需要热源供给空气膨胀机入口空气加热需求。因此，常规液态压缩空气储能系统通常配置储热装置，导致系统投资增加且占地面积增大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种与光热发电耦合的液态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：

一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统，包括：

光热发电系统，所述光热发电系统用于将太阳光转化为热能，一部分热能进入蒸汽发生器加热汽轮机组给水，驱动汽轮机组带动第一发电机发电；另一部分热能作为热源输送至空气膨胀释能系统；汽轮机组的排汽经凝汽器换热后产生凝结水，凝结水一部分输送至空气压缩储能系统吸收空气圧缩热，另一部分经加热器组加热，之后返回蒸汽发生器；

空气压缩储能系统，所述空气压缩储能系统包括空气压缩机组，空气压缩机组的级间换热冷源来自汽轮机组的部分凝结水，空气经空气压缩机组后储存至液态压缩空气储罐中；

空气膨胀释能系统，所述空气膨胀释能系统包括空气膨胀机组，所述空气膨胀机组的热源来自光热发电系统产生的部分热能，液态压缩空气储罐中的液态压缩空气进入空气膨胀机组，空气膨胀机组带动第二发电机发电。

本发明进一步的改进在于：

所述光热发电系统包括吸热塔，所述吸热塔的周围布置若干定日镜，吸热塔的顶部设置吸热器，所述定日镜能够实时跟踪太阳光，将太阳光聚集到吸热器用于向热盐储罐提供热源，热盐储罐中的高温熔盐在出口处的热盐泵的驱动下一部分进入蒸汽发生器中，另一部分作为空气膨胀机组的热源；高温熔盐在蒸汽发生器中与汽轮机组的给水进行换热，换热后的低温熔盐进入冷盐储罐中，冷盐储罐中的低温熔盐通过在出口处的冷盐泵的驱动下进入吸热器。

所述加热器组包括低压加热器组和高压加热器组；经过空气压缩机组换热后的凝结水与经过低压加热器组加热后的凝结水汇合后经给水泵进入高压加热器组。

所述空气压缩储能系统还包括深冷液化装置，深冷液化装置的入口连接空气压缩机组的出口，深冷液化装置的出口连接气液分离器，气液分离器的液体出口与液态压缩空气储罐相连。

所述空气压缩机组包括若干空气压缩机和若干空气冷却器，所述第一空气压缩机的空气入口与大气相连通，出口连接第一空气冷却器，第一空气冷却器的出口连接第二空气压缩机的入口，第二空气压缩机的出口连接第二空气冷却器的入口，依次类推，第N空气压缩机的出口连接第N空气冷却器入口，第N空气冷却器的出口连接深冷液化装置的入口；第一空气冷却器至第N空气冷却器的冷源均来自光热发电系统的凝结水。

所述空气膨胀释能系统还包括空气蒸发器，所述空气蒸发器的入口与深冷泵相连，出口连接空气膨胀机组；空气蒸发器与深冷液化装置之间设置有循环空气通路，循环空气在空气蒸发器中与液态空气进行换热，换热后进入深冷液化装置，为深冷液化装置提供冷量。

所述空气膨胀机组包括若干空气膨胀机和若干空气加热器，所述第一空气加热器的入口与空气蒸发器的出口相连，出口连接第一空气膨胀机，第一空气膨胀机的出口连接第二空气加热器的入口，第二空气加热器的出口连接第二空气膨胀机的入口，依次类推，第N空气加热器的出口与第N空气膨胀机的入口相连，第N空气膨胀机的出口与大气相连通，第一空气膨胀机至第N空气膨胀机共同驱动第二发电机发电。

所述凝汽器的出口连接凝结水泵，凝结水泵的出口分为两路，一路经第一阀门连接低压加热器组，低压加热器组的出口连接第二阀门；凝结水泵出口的另一路连接第三阀门，空气压缩机组换热后的凝结水通过第四阀门与第二阀门出口的凝结水汇合；

热盐泵出口的高温熔盐通过第五阀门与空气膨胀机组相连，换热后通过第六阀门进入冷盐储罐中。

一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能方法，包括以下步骤：

储能模式

关闭第一阀门和第二阀门，打开第三阀门和第四阀门，凝汽器出口凝结水进入各空气冷却器中，冷却各级空气压缩机出口空气，凝结水升温后返回给水泵入口；当空气压缩储能过程结束时，打开第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门和第四阀门，凝结水泵出口凝结水经由低压加热器组加热后进入给水泵入口；

释能模式

打开第五阀门和第六阀门，从热盐泵出口引一路高温熔盐进入液态压缩空气储能系统各空气加热器中，对各级空气膨胀机入口空气进行加热，放热后的低温熔盐返回冷盐储罐中；当压缩空气储能系统释能发电模式结束时，关闭第五阀门和第六阀门，热盐泵出口高温熔盐全部进入蒸汽发生器中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统，通过光热发电系统与液态压缩空气储能系统的耦合，分别利用光热发电系统低温凝结水和高温熔盐，实现对液态压缩空气储能系统空气压缩热的吸收和膨胀机入口空气的加热。本发明将压缩空气储能过程的空气压缩热用于加热光热发电系统汽轮机组凝结水，排挤原有低压加热器组抽汽。在压缩空气储能系统释能发电时，利用光热发电系统高温熔盐加热空气膨胀机入口空气。与常规液态压缩空气储能系统相比较，避免了常规液态压缩空气储能系统储热装置的配置，降低系统建设投资。

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为本发明的热力系统示意。

其中，1-定日镜，2-吸热塔，3-吸热器，4-冷盐储罐，5-热盐储罐，6-蒸汽发生器，7-冷盐泵，8-热盐泵，9-汽轮机组，10-凝汽器，11-凝结水泵，12-低压加热器组，13-给水泵，14-高压加热器组，15-第一发电机，16-第一空气压缩机，17-第一空气冷却器，18-第二空气压缩机，19-第二空气冷却器，20-第三空气压缩机，21-第三空气冷却器，22-深冷液化装置，23-气液分离器，24-液态压缩空气储罐，25-深冷泵，26-空气蒸发器，27-第一空气加热器，28-第一空气膨胀机，29-第二空气加热器，30-第二空气膨胀机，31-第三空气加热器，32-空气膨胀机3，33-第二发电机，34-第一阀门，35-第二阀门，36-第三阀门，37-第四阀门，38-第五阀门，39-第六阀门。

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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图，一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统，由1-定日镜，2-吸热塔，3-吸热器，4-冷盐储罐，5-热盐储罐，6-蒸汽发生器，7-冷盐泵，8-热盐泵，9-汽轮机组，10-凝汽器，11-凝结水泵，12-低压加热器组，13-给水泵，14-高压加热器组，15-第一发电机，16-第一空气压缩机，17-第一空气冷却器，18-第二空气压缩机，19-第二空气冷却器，20-第三空气压缩机，21-第三空气冷却器，22-深冷液化装置，23-气液分离器，24-液态压缩空气储罐，25-深冷泵，26-空气蒸发器，27-第一空气加热器，28-第一空气膨胀机，29-第二空气加热器，30-第二空气膨胀机，31-第三空气加热器，32-空气膨胀机3，33-第二发电机，34-第一阀门，35-第二阀门，36-第三阀门，37-第四阀门，38-第五阀门，39-第六阀门组成。

吸热器3安装在吸热塔2上，吸热塔2周围布置一定数量的定日镜1，定日镜1由计算机控制，可实时跟踪太阳光，将太阳光聚集到吸热塔2顶部的吸热器3。冷盐储罐4内低温熔盐由冷盐泵7驱动进入吸热塔2，在吸热器3中由太阳能加热温度升高，之后进入热盐储罐5中。热盐储罐5中高温熔盐在出口热盐泵8的驱动下进入蒸汽发生器6中与汽轮机组给水进行换热，低温熔盐重新返回冷盐储罐4中。

汽轮机组给水在蒸汽发生器6中经高温熔盐加热蒸发为高温蒸汽，之后进入汽轮机组9膨胀做功，带动第一发电机15发电。汽轮机组9排汽进入凝汽器10冷凝，之后经凝结水泵11升压后进入低压加热器组12，再依次经给水泵13、高压加热器组14后返回蒸汽发生器6中。

空气经各级空气压缩机逐级加压成为高压空气，各级压缩机出口设置空气冷却器。之后进入深冷液化装置22冷却为低温气液混合空气，在气液分离器23中完成液态空气与气态空气分离，液态空气存储在液态压缩空气储罐24中，完成液态压缩空气储能过程。

当液态压缩空气储能系统对外释能发电时，液态压缩空气储罐24出口液态空气经深冷泵25升压后，进入空气蒸发器26中吸热蒸发为气态空气，之后依次经各空气加热器升温，进入各级空气膨胀机做功，驱动第二发电机33发电。

本发明提出的一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统，将光热发电系统与液态压缩空气储能系统相耦合，主要创新点如下：

当液态压缩空气储能系统储能模式运行时，关闭第一阀门34、第二阀门35，打开第三阀门36、第四阀门37，凝汽器10出口凝结水进入各空气冷却器中，冷却各级压缩机出口空气，凝结水升温后返回给水泵13入口。当空气压缩储能过程结束时，打开第一阀门34、第二阀门35，关闭第三阀门36，第四阀门37，凝结水泵出口凝结水经由低压加热器组加热后进入给水泵入口。

当液态压缩空气储能系统释能模式运行时，打开第五阀门38、第六阀门39，从热盐泵8出口引一路高温熔盐进入液态压缩空气储能系统各空气加热器中，对各级空气膨胀机入口空气进行加热，放热后的低温熔盐返回冷盐储罐4中。当压缩空气储能系统释能发电模式结束时，关闭第五阀门38、第六阀门39，热盐泵出口高温熔盐全部进入蒸汽发生器中。

深冷液化装置22与空气蒸发器26之间设置循环空气通路，循环空气在空气蒸发器26中经液态空气冷却为低温空气，之后进入深冷液化装置22中，为空气深冷液化过程提供冷量。

本发明空气压缩机不局限于三级(可减少或增多)，空气压缩机与空气冷却器数量一一对应。空气膨胀机不局限于三级(可减少或增多)，空气膨胀机与空气加热器数量一一对应。

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。