基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法，该系统由第一汽轮机组、第二汽轮机组、凝汽器、制冷压缩机、空气压缩机、复叠制冷/储冷系统、液体空气储罐、空气加热装置、空气膨胀机和和控制阀门组成，该系统的运行方法包括包括储能模式和释能模式；该系统利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级，降低了压缩过程的温升和耗功，提高了系统储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法
本专利技术属于储能调峰
，具体涉及基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高燃煤机组的调峰能力和储能系统的经济性。
技术介绍
目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等，电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖，调峰能力强，但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组，水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低，但调峰能力有限，也只适用于热电联产机组，电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但寿命短、平均成本很高、安全风险大，是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。
技术实现思路
为克服现有燃煤机组调峰技术的不足，本专利技术提出基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法，空气压缩过程中压力和温度迅速升高，大部分高品位电能因此转化为热能，造成压缩机耗能很大、工况恶化，系统储能效率降低，此外深冷制取过程中耗能很大、COP很低，这也是影响液化空气储能系统经济性的关键因素，本专利技术可以有效解决这些问题。调峰期间机组产生大量多余的具备作功能力的蒸汽，利用该部分蒸汽驱动小汽轮机再带动制冷压缩机压缩制冷工质，最终通过复叠制冷系统获得所需冷量并储存，该部分冷量的生产成本基本为零；空气压缩机出口处部分高压空气经过储冷系统进行一定的降温后，通过中间吸气的形式送至压缩机内部不同工作级，以此降低空气温度，实现整体压缩过程温升较小、耗功较少，进而提高储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案。基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，由第一汽轮机组1、第一阀门2、第二阀门3、第二汽轮机组4、凝汽器5、制冷压缩机6、空气压缩机7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10、复叠制冷/储冷系统11、第六阀门12、液体空气储罐13、第七阀门14、空气加热装置15和空气膨胀机16所组成；所述第一汽轮机组1包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，中压缸出口通过第一阀门2依次与低压缸和凝汽器5连接，中压缸出口通过第二阀门3与第二汽轮机组4蒸汽入口连接；第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机6转动，制冷压缩机6驱动复叠制冷/储冷系统11，第二汽轮机组4出口与凝汽器5入口连接；空气压缩机7出口通过第三阀门8依次与复叠制冷/储冷系统11级间供气冷却侧入口a、复叠制冷/储冷系统11级间供气冷却侧出口b连接，复叠制冷/储冷系统11级间供气冷却侧出口b通过第四阀门9与空气压缩机7第一级间吸气入口a连接、通过第五阀门10与空气压缩机7第二级间吸气入口b连接；空气压缩机7出口依次与复叠制冷/储冷系统11降温液化侧入口c、复叠制冷/储冷系统11降温液化侧出口d、第六阀门12和液体空气储罐13连接；液体空气储罐13出口通过第七阀门14依次与复叠制冷/储冷系统11冷能回收侧入口e、复叠制冷/储冷系统11冷能回收侧出口f、空气加热装置15和空气膨胀机16连接；该系统利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级，降低了压缩过程的温升和耗功，提高了系统储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。所述第二阀门3与第一汽轮机组1的中压缸出口连接，或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。所述复叠制冷/储冷系统11通过蒸汽驱动的制冷压缩机6来带动，调峰期间高负荷运行，非调峰期间基本不运行。所述空气压缩机7第一级间吸气入口a和第二级间吸气入口b表示多个级间吸气入口，空气压缩机由电能或蒸汽驱动。所述空气加热装置15由第一汽轮机组1的抽汽作为热源。所述空气加热装置15和空气膨胀机16为一级或者多级，空气加热装置15和空气膨胀机16数量一一对应，每级空气加热装置后串联对应的空气膨胀机。该系统适用于热电联产机组和纯凝机组，深冷制取成本大幅度降低，空气压缩机7出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统11进行一定的降温后重新进入空气压缩机7内部不同工作级，压缩过程空气温升较小、单位质量空气的压缩耗功较小，具有较高的储能效率和经济性。所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统的运行方法，包括储能模式和释能模式，具体如下：储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12，调整第一阀门2的开度，关闭第七阀门14；第一汽轮机组1中压缸出口的一部分蒸汽通过第二阀门3进入第二汽轮机组4推动其高速转动，第二汽轮机组4通过连接轴带动制冷压缩机6旋转从而驱动复叠制冷/储冷系统11运行，产生的冷量直接储存在复叠制冷/储冷系统11中，第二汽轮机组4出口乏汽进入凝汽器5放热生成凝结水；第一汽轮机组1中压缸出口的其余蒸汽先进入第一汽轮机组1的低压缸作功，再进入凝汽器5放热生成凝结水；通过电能或者蒸汽驱动空气压缩机7压缩空气，一小部分高压空气通过第三阀门8进入复叠制冷/储冷系统11进行降温，降温后的空气分别通过第四阀门9和第五阀门10进入空气压缩机7的不同工作级，以降低空气压缩过程中的温升、减小单位质量空气的压缩耗功，其余空气进入复叠制冷/储冷系统11进行降温液化，液态空气通过第六阀门12进入液体空气储罐13进行储存；释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第二阀门3、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10和第六阀门12，打开第一阀门2和第七阀门14；低温液态空气从液体空气储罐13流出，经复叠制冷/储冷系统11进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入空气加热装置15吸收热量，高温高压空气进入空气膨胀机16膨胀作功输出电能，空气膨胀机16出口为常压常温空气，排入周围环境。和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统和方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高燃煤机组的调峰能力和储能系统的经济性，该系统利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级，降低了压缩过程的温升和耗功，提高了系统储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。附图说明图1是本专利技术的系统示意图。图中：1-第一汽轮机组2-第一阀门3-第二阀门4-第二汽轮机组5-凝汽器6-制冷压缩机7-空气压缩机8-第三阀门9-第四阀门10-第五阀门11-复叠制冷/储冷系统12-第六阀门13-液体空气储罐14-第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，其特征在于：由第一汽轮机组(1)、第一阀门(2)、第二阀门(3)、第二汽轮机组(4)、凝汽器(5)、制冷压缩机(6)、空气压缩机(7)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)、复叠制冷/储冷系统(11)、第六阀门(12)、液体空气储罐(13)、第七阀门(14)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)所组成；/n所述第一汽轮机组(1)包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，中压缸出口通过第一阀门(2)依次与低压缸和凝汽器(5)连接，中压缸出口通过第二阀门(3)与第二汽轮机组(4)蒸汽入口连接；第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机(6)转动，制冷压缩机(6)驱动复叠制冷/储冷系统(11)，第二汽轮机组(4)出口与凝汽器(5)入口连接；空气压缩机(7)出口通过第三阀门(8)依次与复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧入口(a)、复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧出口(b)连接，复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧出口(b)通过第四阀门(9)与空气压缩机(7)第一级间吸气入口(a)连接、通过第五阀门(10)与空气压缩机(7)第二级间吸气入口(b)连接；空气压缩机(7)出口依次与复叠制冷/储冷系统(11)降温液化侧入口(c)、复叠制冷/储冷系统(11)降温液化侧出口(d)、第六阀门(12)和液体空气储罐(13)连接；液体空气储罐(13)出口通过第七阀门(14)依次与复叠制冷/储冷系统(11)冷能回收侧入口(e)、复叠制冷/储冷系统(11)冷能回收侧出口(f)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)连接；该系统利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级，降低了压缩过程的温升和耗功，提高了系统储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。/n...

【技术特征摘要】
1.基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，其特征在于：由第一汽轮机组(1)、第一阀门(2)、第二阀门(3)、第二汽轮机组(4)、凝汽器(5)、制冷压缩机(6)、空气压缩机(7)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)、复叠制冷/储冷系统(11)、第六阀门(12)、液体空气储罐(13)、第七阀门(14)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)所组成；
所述第一汽轮机组(1)包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，中压缸出口通过第一阀门(2)依次与低压缸和凝汽器(5)连接，中压缸出口通过第二阀门(3)与第二汽轮机组(4)蒸汽入口连接；第二汽轮机组4通过连接轴直接带动制冷压缩机(6)转动，制冷压缩机(6)驱动复叠制冷/储冷系统(11)，第二汽轮机组(4)出口与凝汽器(5)入口连接；空气压缩机(7)出口通过第三阀门(8)依次与复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧入口(a)、复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧出口(b)连接，复叠制冷/储冷系统(11)级间供气冷却侧出口(b)通过第四阀门(9)与空气压缩机(7)第一级间吸气入口(a)连接、通过第五阀门(10)与空气压缩机(7)第二级间吸气入口(b)连接；空气压缩机(7)出口依次与复叠制冷/储冷系统(11)降温液化侧入口(c)、复叠制冷/储冷系统(11)降温液化侧出口(d)、第六阀门(12)和液体空气储罐(13)连接；液体空气储罐(13)出口通过第七阀门(14)依次与复叠制冷/储冷系统(11)冷能回收侧入口(e)、复叠制冷/储冷系统(11)冷能回收侧出口(f)、空气加热装置(15)和空气膨胀机(16)连接；该系统利用多余蒸汽驱动复叠制冷/储冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，空气压缩机出口一小部分空气通过复叠制冷/储冷系统进行一定的降温后重新进入空气压缩机内部不同工作级，降低了压缩过程的温升和耗功，提高了系统储能效率，同时无需再设置级间冷却器，降低了系统投资和占地面积。


2.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述第二阀门(3)与第一汽轮机组(1)的中压缸出口连接，或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。


3.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述复叠制冷/储冷系统(11)通过蒸汽驱动的制冷压缩机(6)来带动，调峰期间高负荷运行，非调峰期间基本不运行。


4.根据权利要求1所述的基于压缩机中间吸气的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述空气压缩机(7)第一级间吸气入口(a)和第二级间吸气入口(b)表示多个级间吸气入口，空气压缩机由电能或蒸汽驱动。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张建元，居文平，常东锋，王伟，雒青，范庆伟，黄嘉驷，
申请(专利权)人：西安西热节能技术有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61