一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统，包括火电机组和储能及释能装置；储能及释能装置包括低压储罐和高压储罐，低压储罐中二氧化碳经压缩机和压缩热冷却器后进入高压储罐，高压储罐中的二氧化碳经二氧化碳加热器组后进入二氧化碳透平做功，二氧化碳透平驱动发电机发电；做功后的二氧化碳经排气冷却器后进入低压储罐中；压缩热冷却器和排气冷却器的冷源均来自煤电机组凝结水泵出口的凝结水。本实用新型专利技术的目的在于进一步降低煤电机组最小电出力，设置一套超临界二氧化碳储能发电系统，通过与煤电机组热源及动力源的高效耦合，简化现有二氧化碳发电技术的系统，降低投资，并提升煤电机组和储能系统的整体能效。统的整体能效。统的整体能效。

【技术实现步骤摘要】
一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统


[0001]本技术属于超临界二氧化碳储能发电系统
，涉及一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统。

技术介绍

[0002]基于能源结构优化调整、工业污染物严控等诸多因素，风、光等新能源电力预计以每年新增0.8
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1亿kW装机的增速发展。当前装机和发电量占主体的煤电机组需要具备高效灵活特征以实现高比例消纳快速增加的强间歇性新能源，从而适应电网深度调峰和快速调频的要求。
[0003]当前以蒸汽朗肯循环为主的煤电机组，其发电效率和机组灵活性的提升均面临较为明显的技术瓶颈，不能满足能源结构优化升级的要求，亟待通过实质性变革以突破当前面临的困境。
[0004]在灵活性调峰方面，现有技术如锅炉低负荷稳燃及脱硝、热电解耦、控制系统优化等可实现纯凝机组和热电联产机组最小电出力分别降低至30％和40％额定出力。在风、光等新能源电力快速发展并高比例上网的大前提下，未来煤电机组最小电出力仍需进一步下降。从现有技术局限性及未来极深度调峰需求的矛盾来讲，在电源侧设置储能是一种可行的技术路线。
[0005]电能存储技术是一种将电能通过特定介质特性形式储存起来，在需要使用时进行放电的技术。主要技术有抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能等。从容量、寿命、环境等角度综合考虑，适用于电源侧调峰需求的储能技术仅有抽水蓄能和压缩空气储能两种。抽水蓄能需要水坝和水库，受地理地址条件限制，不具备普遍推广的条件。压缩空气储能无选址要求，对环境污染小，与其他储能系统相比压缩气体储能具有储能容量大，使用寿命长，经济性好等优势，高压和液化是提升能量密度的研究方向。
[0006]超临界二氧化碳(Su
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percritical carbon dioxide，S
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CO2)是气态和液态并存的流体，密度接近于液体，粘度接近于气体，可压缩性小。以超临界二氧化碳为工质的热力循环，具有设备紧凑、发电效率高、系统简单和热源适用性广等优势，具备良好的深度调峰和快速调峰潜力，可作为性能优良的储能介质，与煤电机组高效耦合。
[0007]二氧化碳在7.38MP、32℃的临界点以上，称之为超临界状态。压缩至20MPa，密度为700
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900kg/m3。当前工程常用范围内压缩空气在13MPa时，密度为100
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140kg/m3。对比可知，超临界二氧化碳作为储能介质，可进一步提升能量密度，降低储罐体积和投资。
[0008]关于以二氧化碳为储能，尤其是在电源侧的应用的研究，目前尚未有公开报道。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统。
[0010]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：
[0011]一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统，包括：
[0012]火电机组，所述火电机组包括锅炉、高压缸、中压缸和低压缸，所述高压缸、中压缸和低压缸同轴连接驱动发电机发电；低压缸的排汽经凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、给水泵以及高压加热器组后进入锅炉；
[0013]储能及释能装置，所述储能及释能装置包括低压储罐和高压储罐，低压储罐中二氧化碳经压缩机和压缩热冷却器后进入高压储罐，高压储罐中的二氧化碳经二氧化碳加热器组后进入二氧化碳透平做功，二氧化碳透平驱动透平发电机发电；做功后的二氧化碳经排气冷却器后进入低压储罐中；
[0014]所述压缩热冷却器和排气冷却器的冷源均来自凝结水泵出口的凝结水。
[0015]本技术进一步的改进在于：
[0016]所述锅炉再热器的部分排汽和中压缸的部分排汽进入蒸汽透平做功，蒸汽透平通过齿轮联轴器驱动压缩机；蒸汽透平的排汽经过小凝汽器冷却后进入凝汽器。
[0017]所述凝汽器和小凝汽器的冷源均来自冷却水塔，冷却水塔中的循环冷却水经循环水泵分别进入凝汽器和小凝汽器，换热后回流至冷却水塔。
[0018]所述凝汽器出口的凝结水依次经凝结水泵、7&8号低压加热器、6号低压加热器、5号低压加热器、给水泵组和高压加热器组后进入锅炉。
[0019]所述凝结水泵出口的凝结水分别进入压缩冷却器和排气冷却器；经压缩冷却器换热后的凝结水分别进入7&8号低压加热器、6号低压加热器和5号低压加热器的出口处；经排气冷却器换热后的凝结水进入5号低压加热器的出口处。
[0020]所述二氧化碳加热器组包括第一级加热器和第二级加热器，高压储罐的出口与第一级加热器，第一级加热器的出口与第二级加热器相连，第二级加热器的出口与二氧化碳透平的进汽端相连。
[0021]所述第一级加热器的热源来自低压缸的6段抽汽，第二级加热器的热源来自锅炉再热器出口的部分再热蒸汽，做功后经疏水管道进入第一级加热器，在第一级加热器中换热后的疏水经疏水泵返回凝汽器。
[0022]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0023]本技术的目的在于进一步降低煤电机组最小电出力，设置一套超临界二氧化碳储能发电系统，通过与煤电机组热源及动力源的高效耦合，简化现有二氧化碳发电技术路线的系统，降低投资，并提升煤电机组和储能系统的整体能效。
[0024]本技术从深度提升煤电机组调峰能力、提高整体能效的角度出发，提出一种与煤电机组热源和动力源耦合的超临界二氧化碳储能发电系统：储能阶段，用煤电机组中压缸排汽为驱动汽源，在凝汽式蒸汽透平膨胀做功，拖动超临界二氧化碳压缩机做功，将低压储罐出口超临界二氧化碳压缩升压，在进入高压储罐前，将压缩热传递给煤电机组低温凝结水。释能阶段，高压储罐出口的高压常温二氧化碳，由煤电机组热再和6段抽汽加热升温，再进入二氧化碳透平做功发电，将排气余热传递给煤电机组低温凝结水，以略高于临界点的状态进入低压储罐存储。
[0025]与当前的二氧化碳发电技术相比，本技术取消了回热器等设备，取代以二氧化碳
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水换热器，大幅降低投资，简化投资，并取得整体能效进一步提升。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的某些实施例，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。
[0027]图1为本技术与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统实施例的示意图。
[0028]其中：1
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锅炉，2
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高压缸，3
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中压缸，4
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低压缸，5
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发电机，6
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凝汽器，7
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循环水泵，8
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冷却水塔，9
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凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统，其特征在于，包括：火电机组，所述火电机组包括锅炉(1)、高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)，所述高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)同轴连接驱动发电机(5)发电；低压缸(4)的排汽经凝汽器(6)、凝结水泵(9)、低压加热器组、给水泵组(13)以及高压加热器组(14)后进入锅炉(1)；储能及释能装置，所述储能及释能装置包括低压储罐(26)和高压储罐(19)，低压储罐(26)中二氧化碳经压缩机(17)和压缩热冷却器(18)后进入高压储罐(19)，高压储罐(19)中的二氧化碳经二氧化碳加热器组后进入二氧化碳透平(23)做功，二氧化碳透平(23)驱动透平发电机(24)发电；做功后的二氧化碳经排气冷却器(25)后进入低压储罐(26)中；所述压缩热冷却器(18)和排气冷却器(25)的冷源均来自凝结水泵(9)出口的凝结水。2.根据权利要求1所述的与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统，其特征在于，所述锅炉(1)再热器的部分排汽和中压缸(3)的部分排汽进入蒸汽透平(15)做功，蒸汽透平(15)通过齿轮联轴器(16)驱动压缩机(17)；蒸汽透平(15)的排汽经过小凝汽器(27)冷却后进入凝汽器(6)。3.根据权利要求2所述的与煤电机组耦合的超临界二氧化碳储能发电系统，其特征在于，所述凝汽器(6)和小凝汽器(27)的冷源均来自冷却水塔(8)，冷却水塔(8)中的循环冷却水经循环水泵(7)分别进入凝汽器(6)和小凝汽器(27)，换热后回流至冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕凯，马汀山，王妍，石慧，邓佳，薛朝囡，张建元，许朋江，常东锋，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：