基于压缩空气储能发电系统的调相机系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于压缩空气储能发电系统的调相机系统及其运行方法，所述系统包括：压缩子系统、膨胀子系统、储气库、液力耦合器和发电机；压缩子系统包括压缩机和压缩侧换热器，压缩机吸入空气进行压缩得到高压气体，高压气体输入压缩侧换热器进行冷却后输入储气库；膨胀子系统包括透平机和膨胀侧换热器，储气库储存的高压气体输入膨胀侧换热器进行加热后输入透平机，高温高压气体进入透平机膨胀做功，透平机输出轴连接液力耦合器的输入端，液力耦合器的输出端连接发电机的输入端。本发能够改善电网无功功率支撑能力不足现象，能够保留机组原有的发电功能，又能够兼具调相机功能。机功能。机功能。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩空气储能发电系统的调相机系统及其运行方法


[0001]本专利技术涉及基于压缩空气储能发电系统的调相机系统及其运行方法，属于压缩空气储能系统


技术介绍

[0002]现代电力系统中，大部分负载(如电动机、变压器等)都是感性负载，要从电源或电网吸收感性(滞后)无功功率，从而造成发电机励磁损耗增大、出力降低，并降低输电线路输电能力，降低输电质量和增大输电损耗。因此，必须在输电线路中加装容性无功设备，用容性无功补偿感性无功。在长距离高压输电系统中，由于输电线对地电容产生的容性无功功率很大，可能大于电抗消耗的无功功率，致使电压上升，危及设备和系统的安全。为了保持输电线路的无功平衡，需要在线路中装设并联电抗器或其他感性无功设备，用感性无功补偿容性无功。近年来，电力系统中由于非线性负我和新能源电源的接入，电能质量有劣化的趋势，因此也需装设无功补偿设备改善电能质量和降低电能损耗。
[0003]目前，电力系统中常用无功补偿方式有同步调相机、机械投切电容器、机械投切电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器、静止无功补偿器和静止无功发生器，现有技术包括CN202020848967.6及CN202010680265.6等各类调相机技术均需新建，且面临着运行维护工作量大，投资高等问题。
[0004]压缩空气储能是一种间接性、大型储能技术，它在电网负荷低谷期间，通过压缩机压缩空气存储电能，并将压缩空气运输至岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井或者其他压力容器中；在电网高负荷期间，放出储气库内高压气体，经过燃烧室或换热器加热，升高至一定温度送至涡轮膨胀机，将压缩空气的热力势能转变为膨胀机的机械功输出，驱动发电机发电。在3060双碳目标背景下，压缩空气储因其本身大容量、效率高、启动快、相应灵活等特点颇具应用前景。我国的压缩空气储能研究工作较国外起步较晚，
[0005]目前，已涌现多支颇具影响力的研发团队，多项国家示范工程有序推进，部分试验系统已开花结果。2017年5月，国家能源局批复立项我国首个AA
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CAES国家示范电站——江苏金坛盐穴压缩空气储能发电系统国家示范项目；2018年3月，国家能源局《2018年能源工作指导意见》指出，积极推进江苏金坛压缩空气储能项目，研究推进100MW压缩空气储能电站。2021年9月30日，金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目成功并网试验，预示着压缩空气储能电站商业化运行更近一步。根据压缩空气储能电站的运行特性可知，系统整体分为储能和释能两个过程，时间一般为8h/5h。因此，压缩空气储能电站存在间隙运行的特点，膨胀侧仅在释能过程运行，非释能阶段透平及发电机处于盘车状态，未得到充分利用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供基于压缩空气储能发电系统的调相机系统及其运行方法，能够驱动发电机冲转并网，利用液力耦合器将发电机与透平机脱开运行，通过调节励磁系统使得发电机以调相机模式向电网输送无功功率，改善电网无功
功率支撑能力不足现象，能够保留机组原有的发电功能，又能够兼具调相机功能。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于压缩空气储能发电系统的调相机系统，包括：压缩子系统、冷热循环子系统、膨胀子系统、储气库、液力耦合器和发电机；
[0008]所述储气库的输入端通过气体管道与压缩子系统的输出端连接，所述储气库的输出端通过气体管道与所述膨胀子系统的输入端连接；所述膨胀子系统的输出端通过轴依次与液力耦合器、发电机连接；
[0009]所述压缩子系统包括压缩机和压缩侧换热器，所述压缩机吸入空气进行压缩得到高压气体，高压气体输入所述压缩侧换热器进行冷却后输入所述储气库；
[0010]所述膨胀子系统包括透平机和膨胀侧换热器，所述储气库储存的高压气体输入所述膨胀侧换热器进行加热后输入所述透平机，高温高压气体进入所述透平机膨胀做功，做功后的冷空气排入大气；
[0011]所述透平机输出轴连接所述液力耦合器的输入端，所述液力耦合器的输出端连接所述发电机的输入端，所述液力耦合器用于调节透平机与发电机之间的转速关系；
[0012]所述冷热循环子系统一端连接所述压缩侧换热器吸收压缩侧的热量，另一端连接所述膨胀侧换热器提供膨胀侧需要的热量。
[0013]结合第一方面，优选地，所述透平机和所述发电机采用同轴布置。
[0014]结合第一方面，进一步地，所述压缩侧换热器和所述膨胀侧换热器采用卧式管壳式散热器，换热器管侧循环工质为压缩空气，壳侧循环工质为储热介质。
[0015]结合第一方面，优选地，所述压缩侧换热器的管侧出口与储气库进口连接的管道上设有隔断阀。
[0016]结合第一方面，进一步地，所述储热介质采用带压水。
[0017]结合第一方面，优选地，所述带压水的压力为1MPa。
[0018]结合第一方面，进一步地，所述冷热循环子系统包括低温侧循环水泵、高温侧循环水泵、高温储热罐和低温储热罐，
[0019]所述低温侧循环水泵的输入端连接低温储热罐，低温侧循环水泵输出端连接压缩侧换热器的壳侧进口，将低温储热介质输入压缩侧换热器壳侧，与管侧的压缩空气进行热交换，所述压缩侧换热器的壳侧出口连接所述高温储热罐的进口；所述高温储热罐出口连接所述高温侧循环水泵的输入端，所述高温侧循环水泵的输出端连接膨胀侧换热器的壳侧进口，将高温储热介质输入膨胀侧换热器壳侧，与管侧的压缩空气进行热交换，所述膨胀侧换热器的壳侧出口连接所述低温储热罐的进口。
[0020]结合第一方面，优选地，所述膨胀侧换热器的管侧进口与储气库出口连接的管道上设有隔断阀。
[0021]结合第一方面，进一步地，所述压缩机、所述压缩侧换热器、所述透平机、所述膨胀侧换热器和所述发电机的级数根据储气库边界参数进行选择，采用一级或者多级。
[0022]结合第一方面，进一步地，所述膨胀子系统还包括调节阀，所述调节阀设于所述膨胀侧换热器与所述透平机之间的气体管路上。
[0023]结合第一方面，优选地，所述调节阀的入口处设有隔断阀。
[0024]第二方面，基于第一方面的一种基于压缩空气储能发电系统的调相机系统运行方
法，包括：
[0025]所述压缩子系统和储气库为膨胀子系统提供高压气体；
[0026]所述膨胀子系统以高压空气为工作介质，调节发电机转速，向电网输送无功功率。
[0027]结合第二方面，进一步地，当发电机从盘车工况进入调相工况：
[0028]逐渐开启透平机前的调节阀，使透平机带动发电机运转，当发电机转速达到3000转/分钟，发电机同期并网，并网后调节励磁系统，向电网提供无功功率；调节液力耦合器使发电机与透平机脱开，逐步关闭透平机前的调节阀，透平机缓慢惰走至盘车状态。
[0029]结合第二方面，优选地，发电机与透平机脱开过程中需要全程监控透平机转速，规避透平机超速引发安全事故。
[0030]结合第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩空气储能发电系统的调相机系统，其特征在于，包括：压缩子系统、冷热循环子系统、膨胀子系统、储气库、液力耦合器和发电机；所述储气库的输入端通过气体管道与压缩子系统的输出端连接，所述储气库的输出端通过气体管道与所述膨胀子系统的输入端连接；所述膨胀子系统的输出端通过轴依次与液力耦合器、发电机连接；所述压缩子系统包括压缩机和压缩侧换热器，所述压缩机吸入空气进行压缩得到高压气体，高压气体输入所述压缩侧换热器进行冷却后输入所述储气库；所述膨胀子系统包括透平机和膨胀侧换热器，所述储气库储存的高压气体输入所述膨胀侧换热器进行加热后输入所述透平机，高温高压气体进入所述透平机膨胀做功，做功后的冷空气排入大气；所述透平机输出轴连接所述液力耦合器的输入端，所述液力耦合器的输出端连接所述发电机的输入端，所述液力耦合器用于调节透平机与发电机之间的转速关系；所述冷热循环子系统一端连接所述压缩侧换热器吸收压缩侧的热量，另一端连接所述膨胀侧换热器提供膨胀侧需要的热量。2.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能发电系统的调相机系统，其特征在于，所述压缩侧换热器和所述膨胀侧换热器采用卧式管壳式散热器，换热器管侧循环工质为压缩空气，壳侧循环工质为储热介质。3.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能发电系统的调相机系统，其特征在于，所述储热介质采用带压水。4.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能发电系统的调相机系统，其特征在于，所述冷热循环子系统包括低温侧循环水泵、高温侧循环水泵、高温储热罐和低温储热罐，所述低温侧循环水泵的输入端连接低温储热罐，低温侧循环水泵输出端连接压缩侧换热器的壳侧进口，将低温储热介质输入压缩侧换热器壳侧，与管侧的压缩空气进行热交换，所述压缩侧换热器的壳侧出口连接所述高温储热罐的进口；所述高温储热罐出口连接所述高温侧循环水泵的输入端，所述高温侧循环水泵的输出端连接膨胀侧换热器的壳侧进口，将高温储热介质输入膨胀侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌晨，宋坤林，吴斌，李季，朱学成，李睿，翁海峰，邹晗，孙宇，殷佳尉，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：