耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及系统，本发明专利技术的系统充分利用了火电机组的有效质

【技术实现步骤摘要】
耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及系统


[0001]本专利技术属于汽轮机发电领域，具体涉及一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，风电、光伏发电等再生能源电源正在快速兴起，但再生能源的间歇性以及随机性会对电网造成较大冲击，这也将严重制约其进一步的发展和整个电网的安全稳定性。
[0003]储能设施可以提供平滑发电的出力，削峰填谷，实现间歇性可再生能源电源与电网之间的协调发展。进一步，通过发电侧增设储能设施，可实现增强机组调节能力、有效支持可再生能源并网以及提供备用容量等多重功能。此外，火电机组与储能设施相结合，可部分程度弥补火电机组调节响应时间缓慢的缺陷。随着灵活性辅助服务市场逐渐完善，火电机组还可以通过储能的方式将其灵活性发挥至最大潜力，实现经济效益的最大化。
[0004]根据现有的技术类型划分，储能主要分为机械储能(抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能)、电化学储能(钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍铬电池)以及电磁储能(超导磁能储能)三种类型。但目前能够实现MW级大规模储能的只有抽水蓄能与压缩空气储能两种方式。抽水蓄能方式受地形条件的约束较大，且在北方气温特别低的情况下可能会有结冰的风险。而气态压缩空气储能的储能密度比较低，需要盐穴、山洞等较大存储空间，因此也将受地形条件的约束。而液态空气储能的技术，通过把空气液化可实现比较高的储能密度，存储空间较小，不受地理条件的限制，因而获得了越来越多的关注。
[0005]现有的液态空气储能技术，主要是与可再生能源发电系统相结合，与火电机组系统相互结合的研究较少。储能系统与高背压供热机组相耦合，可以有效利用火电机组中的热能对储能系统进行补热，提升释能空气透平的进口参数使储能系统能量转换效率得以提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能方法及系统，能够实现火电电源侧，储能与释能的自由转换过程，储能过程中利用火电高背压机组排汽及汽轮机通流处的抽汽对储能系统进行回热补热，可有效提升储能系统转换效率。
[0007]为了达到上述目的，耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，包括汽轮机组，汽轮机组的中压排汽通过管路连接抽汽利用储热换热器和背压驱动式小汽轮机，汽轮机组分流部分的排汽通过管路连接高背压排汽利用储热换热器；
[0008]抽汽利用储热换热器的热工质出口通过管路连接抽汽利用高温工质储罐，抽汽利用高温工质储罐的工质作为热源通过管路连接抽汽利用释能换热器，抽汽利用释能换热器放热后的工质出口连接抽汽利用低温工质储罐，抽汽利用低温工质储罐连接抽汽利用储热换热器；
[0009]背压驱动式小汽轮机连接多级间冷压缩机，多级间冷压缩机的热源循环回路连接多级压缩热收集换热器，多级压缩热收集换热器的热工质出口通过管路连接压缩热利用高温工质储罐，多级间冷压缩机的压缩空气出口连接液化换热器，液化换热器连接低温膨胀机，低温膨胀机连接汽液分离器，汽液分离器连接储液罐，储液罐连接汽化换热器，高温工质储罐的工质作为热源连接汽化换热器，汽化换热器的工质出口通过管路连接压缩热利用低温工质储罐，压缩热利用低温工质储罐连接多级压缩热收集换热器，汽化换热器中升温后的液体出口通过管路连接高背压排汽利用释能换热器；
[0010]高背压排汽利用储热换热器的储热工质出口通过管路连接高背压排汽利用高温工质储罐，高背压排汽利用高温工质储罐的工质作为热源连接高背压排汽利用释能换热器，高背压排汽利用释能换热器中的热源出口通过管路连接高背压排汽利用低温工质储罐，高背压排汽利用释能换热器的被加热工质出口通过管路连接抽汽利用释能换热器，抽汽利用释能换热器的空气出口连接多级储能发电汽轮机。
[0011]低温膨胀机连接低温膨胀机发电机。
[0012]汽轮机组与高背压排汽利用储热换热器间通过高背压排汽利用管路连接。
[0013]汽轮机组的中压排汽通过抽汽利用储热管路连接抽汽利用储热换热器和背压驱动式小汽轮机。
[0014]汽轮机组分流部分的排汽连接高背压凝汽器，高背压凝汽器连接凝结水系；
[0015]高背压排汽利用储热换热器中换热后的排汽通过管路连接凝结水系；
[0016]抽汽利用储热换热器中换热后的蒸汽通过管路连接凝结水系。
[0017]汽轮机组包括锅炉，锅炉的主蒸汽通过管路连接火电汽轮机高压缸，锅炉的再热蒸汽通过管路连接的火电汽轮机中压缸，火电汽轮机高压缸连接火电汽轮机中压缸，火电汽轮机中压缸连接汽轮机低压缸，火电汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的中压排汽通过管路连接抽汽利用储热换热器和背压驱动式小汽轮机。
[0018]耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统的工作方法，包括储能流程和释能流程；
[0019]储能流程包括以下步骤：
[0020]S11，从汽轮机组的通流中压排汽处抽取蒸汽，分为两部分，第一部分蒸汽送入抽汽利用储热换热器中，与高温储热工质进行热交换，热交换后的高温储热工质送入抽汽利用高温工质储罐进行储存，第二部分蒸汽驱动背压驱动式小汽轮机推动多级间冷压缩机，汽轮机组的排汽送入高背压排汽利用储热换热器中，与高温储热工质进行热交换，换热后的将热能储存于高背压排汽利用高温工质储罐；
[0021]S12，多级间冷压缩机将空气压缩至高压状态，高压状态的空气与多级压缩热收集换热器进行热交换，将换热后热量储存至压缩热利用高温工质储罐中；
[0022]S13，换热后的被压缩空气进入液化换热器中吸收冷量，降温进入深冷状态；
[0023]S14，深冷状态的压缩空气再通过低温膨胀机和汽液分离器，液化成液态空气储存在储液罐中，而未液化的压缩空气执行S13；
[0024]储能流程包括以下步骤：
[0025]S21，储液罐中的液化空气，进入汽化换热器进行回热加热，汽化换热器中作为热源的循环工质为压缩热利用高温工质储罐中所收集的压缩热，汽化换热器中放热后的循环
工质进入压缩热利用低温工质储罐；
[0026]S22，汽化换热器中升温汽化后的液化空气进入高背压排汽利用释能换热器，液化空气在高背压排汽利用释能换热器中利用存储在高背压排汽利用高温工质储罐中的排汽余热能进行第二次升温，高背压排汽利用释能换热器中放热后的循环工质进入高背压排汽利用高温工质储罐；
[0027]S23，二次升温后的液化空气进入抽汽利用储热换热器，抽汽利用储热换热器利用存储在抽汽利用高温工质储罐中的储热能量对液化空气进行膨胀前的第三次升温，以提高液化空气的做功能力，利用储热换热器中放热后的循环工质进入抽汽利用低温工质储罐；
[0028]S24，三次升温后的液化空气进入多级储能发电汽轮机，在多级储能发电汽轮机中膨胀做功，向外供电。
[0029]汽轮机组的排汽送入高背压凝汽器中，高背压凝汽器的凝结水汇入凝结水系。
[0030]高背压排汽利用储热换热器中换热后的排汽冷凝成凝结水汇入凝结水系。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，包括汽轮机组，汽轮机组的中压排汽通过管路连接抽汽利用储热换热器(10)和背压驱动式小汽轮机(12)，汽轮机组分流部分的排汽通过管路连接高背压排汽利用储热换热器(5)；抽汽利用储热换热器(10)的热工质出口通过管路连接抽汽利用高温工质储罐(7)，抽汽利用高温工质储罐(7)的工质作为热源通过管路连接抽汽利用释能换热器(9)，抽汽利用释能换热器(9)放热后的工质出口连接抽汽利用低温工质储罐(8)，抽汽利用低温工质储罐(8)连接抽汽利用储热换热器(10)；背压驱动式小汽轮机(12)连接多级间冷压缩机(13)，多级间冷压缩机(13)的热源循环回路连接多级压缩热收集换热器(14)，多级压缩热收集换热器(14)的热工质出口通过管路连接压缩热利用高温工质储罐(15)，多级间冷压缩机(13)的压缩空气出口连接液化换热器(18)，液化换热器(18)连接低温膨胀机(19)，低温膨胀机(19)连接汽液分离器(17)，汽液分离器(17)连接储液罐(21)，储液罐(21)连接汽化换热器(22)，高温工质储罐(15)的工质作为热源连接汽化换热器(22)，汽化换热器(22)的工质出口通过管路连接压缩热利用低温工质储罐(16)，压缩热利用低温工质储罐(16)连接多级压缩热收集换热器(14)，汽化换热器(22)中升温后的液体出口通过管路连接高背压排汽利用释能换热器(2)；高背压排汽利用储热换热器(5)的储热工质出口通过管路连接高背压排汽利用高温工质储罐(3)，高背压排汽利用高温工质储罐(3)的工质作为热源连接高背压排汽利用释能换热器(2)，高背压排汽利用释能换热器(2)中的热源出口通过管路连接高背压排汽利用低温工质储罐(4)，高背压排汽利用释能换热器(2)的被加热工质出口通过管路连接抽汽利用释能换热器(9)，抽汽利用释能换热器(9)的空气出口连接多级储能发电汽轮机(1)。2.根据权利要求1所述的一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，低温膨胀机(19)连接低温膨胀机发电机(20)。3.根据权利要求1所述的一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，汽轮机组与高背压排汽利用储热换热器(5)间通过高背压排汽利用管路(6)连接。4.根据权利要求1所述的一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，汽轮机组的中压排汽通过抽汽利用储热管路(11)连接抽汽利用储热换热器(10)和背压驱动式小汽轮机(12)。5.根据权利要求1所述的一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，汽轮机组分流部分的排汽连接高背压凝汽器(26)，高背压凝汽器(26)连接凝结水系；高背压排汽利用储热换热器(5)中换热后的排汽通过管路连接凝结水系；抽汽利用储热换热器(10)中换热后的蒸汽通过管路连接凝结水系。6.根据权利要求1所述的一种耦合高背压供热机组的液态压缩空气储能系统，其特征在于，汽轮机组包括锅炉(25)，锅炉(25)的主蒸汽通过管路连接火电汽轮机高压缸(23)，锅炉(25)的再热蒸汽通过管路连接的火电汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈杰，高庆，居文平，马汀山，朱蓬勃，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：