用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统及启动方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统及启动方法，该系统依次为盐穴出口快关阀、整定阀、气水换热器、第一油气换热器、第二油气换热器、高压进气阀、高压调节阀、空气透平高压缸、第三油气换热器、第四油气换热器、低压进气阀、低压调节阀、空气透平低压缸和出口消音器。该方法包括温态启动方式和冷态启动方式；透平启动方式为空气透平高压缸单独启动，机组冲转前将低压进气阀、低压调节阀全开，并保持启动过程全过程开启，不参与调节，运行方式为定压运行。启动方法以满足温态启动快速、高效、可靠的性能需求为主，进而保证冷态启动可靠性，具备10min以下短时调相运行能力。

【技术实现步骤摘要】
用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统及启动方法
：本专利技术涉及一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统及启动方法，属于储能发电

技术介绍
：近年来，我国新能源发展迅速，但由于风光出力的波动性，导致弃风、弃光日趋严重。此外，随着新能源占比的扩大，电网峰谷差不断加大，电网调节能力严重不足。先进的储能技术是解决弃风弃光、实现电网削峰填谷最有效、最经济的手段之一。其中，非补燃压缩空气储能技术由于其容量大、造价低、经济性好、节能环保等优点，是目前最具发展前景的大规模物理储能技术。但目前的非补燃压缩空气储能系统中，空气透平的启动一般和火电系统或常规热力系统类似，未能按照压缩空气储能系统中的空气透平的运行特点对启动方法进行专门的设计。目前的压缩空气储能系统中，空气透平启动方法一般按照传统火电项目中的汽轮机的启动方法进行设计。但是相比传统火电项目，压缩空气储能系统在运行上有着自己显著的特点，采用常规汽轮机启动会带来以下几个问题：1、系统频繁启停带来的寿命问题：常规热力系统汽轮机一般在稳定工况下运行，只有在出现事故或者检修时才会停机，而压缩空气储能系统属于间歇运行的热力系统，其主要设备在设计时必须考虑频繁启停带来的相关问题。对于空气透平来说，频繁启停会导致空气透平金属材料的热冲击，需要考虑空气透平特别是关键部件金属材料冷热冲击下的疲劳寿命问题。2、无法快速启动满足，难以电网调峰快速响应的需求：目前的压缩空气储能系统中，空气透平未能根据电网调峰快速响应的需求做特殊设计，难以满足电网快速响应的需求。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对上述存在的问题提供一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统及启动方法，可实现储能系统温态启动时间小于10分钟，满足电网调峰快速响应的需求。并且实现冷态启动时间小于60分钟，实现机组在检修后的快速启动。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统，包括与盐穴连接的气水换热器、与所述气水换热器串联的第一油气换热器、第二油气换热器、与所述第二油气换热器连接的空气透平高压缸、与所述空气透平高压缸串联的第三油气换热器、第四油气换热器、与所述第四油气换热器连接的空气透平低压缸；所述盐穴与所述气水换热器之间的连接管路上依次设置有盐穴出口快关阀和整定阀；所述第二油气换热器与所述空气透平高压缸之间的连接管路上依次设置有高压进气阀和高压调节阀；所述第四油气换热器和所述空气透平低压缸之间的连接管路上依次设置有低压进气阀和低压调节阀。上述用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，该方法包括温态启动方式和冷态启动方式；所述温态启动方式执行的条件是：系统每日启停1次，透平机侧每次启动间隔时间为15小时以上或者系统两日启停1次，透平机侧每次启动间隔时间为40小时以上；所述温态启动的方法为空气透平高压缸单独启动，机组冲转前将低压进气阀和低压调节阀全开，并保持启动过程低压进气阀和低压调节阀全过程开启，不参与调节，运行方式为定压运行，所述空气透平高压缸单独启动的具体方法包括如下步骤：11）机组冲转：缓慢开启整定阀及高压调节阀，控制空气透平高压缸进气流量小于30t/h，维持整定阀至高压进气阀之间主气管道上压力为5-11MPa，高温导热油泵同步开始向第一油气换热器供油；当机组转速大于盘车转速时，盘车装置自动脱开，否则应立即停机；目标转速选定为3000r/min，升速率选定为600~800r/min；12）对机组进行保压检查后并网：机组到达3000r/min额定转速：整定阀至高压进气阀之间主气管道上压力维持在5-11MPa，对机组系统进行检查，做完检查以后，允许机组并网；13）升负荷：高压调节阀持续开大，导热油泵持续增大高温导热油供应流量，使得系统满足以10~17MW/min升负荷率升负荷至30%THA工况，；14）调节阀门切换及定速暖机：在30%THA负荷点暖机并完成整定阀与透平高压调节阀的交接，压力整定阀整定由5-11MPa调整为额定压力10-13MPa，压力整定阀逐渐打开，高压调节阀逐渐关闭使得负荷维持稳定在30%THA；15）提升负荷至目标值：并网带负荷至30%THA，暖机充足及阀门交接完成后，机组开始升负荷至目标值，此时增大高压调阀开度，增加进气量满足升负荷要求，升负荷率选择11~18MW/min；所述冷态启动方式执行的条件是系统首次启动或者系统停运后启动，在各油气换热器保温层外表温度不超过50℃的情况下执行冷态启动；所述冷态启动方式的方法具体包括如下步骤：21）预热暖管：首先将低压进气阀和低压调节阀全开，再对第一油气换热器和第三油气换热器的导热油预热，本体达到250~300℃，同时开启整定阀和高压调节阀使得透平高压缸进气流量小于30t/h，机组进入暖管、建立换热器温度场阶段，使得高压排气温度不得低于20~30℃；22）机组冲转：目标转速选定为450~550r/min,升速率选定为100~180r/min；在暖管阶段或冲转阶段，当转速大于盘车转速时，盘车装置自动脱开，否则应立即停机；23）500r/min摩擦检查后并网：24）升负荷阶段，高压调阀前压力达到5-11Mpa、透平负荷达到20-30%时，整定阀全部打开，由高压调阀单独调节透平进气；缓慢开启高压调阀，以1~2MW/min升负荷率升负荷至30%THA工况；25）调节阀门切换及定速暖机：在30%THA负荷点暖机并完成盐穴出口压力整定阀与透平调节阀的交接，压力整定阀整定由5~8MPa调整为额定压力0-13MPa，压力整定阀逐渐打开，透平前置高压调节阀逐渐关闭使得负荷维持稳定在30%THA工况；26）提升负荷至目标值：并网带负荷至30%，暖机充足及阀门交接完成后，机组开始升负荷至目标值，此时增大高压调节阀开度，增加进气量满足升负荷要求，升负荷率选择3~5MW/min。所述的压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，步骤15）中所述的暖机时间为1-2分钟。所述的压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，步骤23）中所述的500r/min摩擦检查时关闭高压调节阀和低压调节阀，在惰走转速下进行，在此期间转速不允许小于150~200r/min，检查动静部件摩擦，停留时间不得超过8分钟。所述的压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，步骤21）中所述的预热暖管过程中，如果高压排气温度低于20~30℃，应调整低压调节阀，减小低压调节阀的开度使得高压排气温度不低于20~30℃。所述的压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，步骤26）中所述的暖机时间为4~10min。有益效果：1、本专利技术提出了一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平启动方法，加入压力整定阀，保证了空气透平在低压力小流量进气阶段的可调解性，保障设备在启动过程中的稳定性。2、本专利技术提出了上一次系统停机后的保压要求，可以有效减小换热器启动的响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统，包括与盐穴连接的气水换热器、与所述气水换热器串联的第一油气换热器、第二油气换热器、与所述第二油气换热器连接的空气透平高压缸、与所述空气透平高压缸串联的第三油气换热器、第四油气换热器、与所述第四油气换热器连接的空气透平低压缸；其特征在于：/n所述盐穴与所述气水换热器之间的连接管路上依次设置有盐穴出口快关阀和整定阀；所述第二油气换热器与所述空气透平高压缸之间的连接管路上依次设置有高压进气阀和高压调节阀；所述第四油气换热器和所述空气透平低压缸之间的连接管路上依次设置有低压进气阀和低压调节阀。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统，包括与盐穴连接的气水换热器、与所述气水换热器串联的第一油气换热器、第二油气换热器、与所述第二油气换热器连接的空气透平高压缸、与所述空气透平高压缸串联的第三油气换热器、第四油气换热器、与所述第四油气换热器连接的空气透平低压缸；其特征在于：
所述盐穴与所述气水换热器之间的连接管路上依次设置有盐穴出口快关阀和整定阀；所述第二油气换热器与所述空气透平高压缸之间的连接管路上依次设置有高压进气阀和高压调节阀；所述第四油气换热器和所述空气透平低压缸之间的连接管路上依次设置有低压进气阀和低压调节阀。


2.上述用于压缩空气储能发电系统的空气透平系统的启动方法，其特征在于：该方法包括温态启动方式和冷态启动方式；
所述温态启动方式执行的条件是：系统每日启停1次，透平机侧每次启动间隔时间为15小时以上或者系统两日启停1次，透平机侧每次启动间隔时间为40小时以上；
所述温态启动的方法为空气透平高压缸单独启动，机组冲转前将低压进气阀和低压调节阀全开，并保持启动过程低压进气阀和低压调节阀全过程开启，不参与调节，运行方式为定压运行，所述空气透平高压缸单独启动的具体方法包括如下步骤：
11）机组冲转：缓慢开启整定阀及高压调节阀，控制空气透平高压缸进气流量小于30t/h，维持整定阀至高压进气阀之间主气管道上压力为5-11MPa，高温导热油泵同步开始向第一油气换热器供油；当机组转速大于盘车转速时，盘车装置自动脱开，否则应立即停机；目标转速选定为3000r/min，升速率选定为600~800r/min；
12）对机组进行保压检查后并网：机组到达3000r/min额定转速：整定阀至高压进气阀之间主气管道上压力维持在5-11MPa，对机组系统进行检查，做完检查以后，允许机组并网；
13）升负荷：高压调节阀持续开大，导热油泵持续增大高温导热油供应流量，使得系统满足以10~17MW/min升负荷率升负荷至30%THA工况，；
14）调节阀门切换及定速暖机：在30%THA负荷点暖机并完成整定阀与透平高压调节阀的交接，压力整定阀整定由5-11MPa调整为额定压力10-13MPa，压力整定阀逐渐打开，高压调节阀逐渐关闭使得负荷维持稳定在30%THA；
15）提升负荷至目标值：并网带负荷至30%THA，暖机充足及阀门交接完成后，机组开始升负荷至目标值，此时增大高压调阀开度，增加进气量满足升负荷要求，升负荷率选择11~18MW/min；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清格勒，梅生伟，陈辉，林迎虎，张通，张学林，麻林瑞，房久正，卢道志，
申请(专利权)人：中盐华能储能科技有限公司，华能南京金陵发电有限公司，中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32