一种分布式能源发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于分布式能源发电技术领域，公开了一种分布式能源发电系统及其控制方法；所述分布式能源发电系统包括：抽气储能及释能系统和燃气轮机系统；抽气储能及释能系统中，抽气阀的出口依次经干燥器、储气罐、释气阀与空气透平的进口相连通；燃气轮机系统中，压气机的进口用于输入空气，压气机的出口与燃烧室的空气进口相连通，燃烧室的燃料进口用于输入燃料，燃烧室的燃气出口与燃气透平的进口相连通；其中，压气机的出口还与抽气阀的进口相连通。本发明专利技术可提高分布式能源发电系统的灵活性以及可调节宽度，能够实时高效、灵活匹配外界负荷，满足多元化能源的供给需求问题。满足多元化能源的供给需求问题。满足多元化能源的供给需求问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式能源发电系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于分布式能源发电
，特别涉及一种分布式能源发电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，天然气作为一种清洁、高效、优质的低碳能源而备受关注。天然气管路建设等基础设施的日益完善，进口天然气量快速增长，国内天然气储产量的丰富以及非常规天然气的迅猛发展，为天然气发电事业提供保障，也使得天然气装机容量逐渐增加。
[0003]分布式能源系统(Distributed Energy System，DES)是相对于集中式能源系统而言的，与常规集中供能系统相比，分布式能源系统具有靠近用户端，可就地取材，因地制宜发展地区电力工业，减少对外来能源依赖等特点。示例解释性的，以燃气轮机为代表的微小型动力是分布式能源系统的核心，截至2015年，国内分布式能源系统中超过80％容量的原动力装置为小型或微型燃气轮机。
[0004]分布式燃气轮机供能系统配置灵活，可配置余热锅炉、背压式蒸汽轮机、溴化锂吸收式制冷机等供能设备，按负荷需求提供冷、热、电多种形式能量，实现联供；其中，通过耦合不同用能品位的子系统一方面可以实现能的梯级利用，增加能源利用率，提高经济性；另一方面，由于靠近用户端，可以克服热、冷能不能远距离传输的缺点，同时避免了大电网输电损失。
[0005]基于上述陈述可知，虽然相比集中式供能，分布式能源系统动力装置发电效率低，装机成本高，但通过联产系统可以发挥其优势，在体现其优越性同时还是安全可靠的供能系统，可以与大电网互补，实现电力调峰，在面对极端天气引起气象灾害等突发情况时，提高终端用户用能可靠性。然而，受需求侧负荷波动的影响，分布式燃气轮机供能系统需要较频繁、间歇运行于变工况状态，运行热电比偏低、综合能效远未达到其额定值；此外，大气环境变化、燃料改变、部件性能恶化也会使得机组偏离设计工况运行。进一步解释性的，供能系统平衡的原则是跟踪用户变化，调节机组出力，保持动态平衡，因而系统的调节能力应该大于负荷变化；分布式燃气轮机供能系统可与清洁能源耦合，成为多能源互补的先进供能系统，因而在运行过程中，除平衡负荷冷/热/电变化外，还要平衡清洁能源的出力波动，对系统调节的灵活性、可调节宽度提出了更高的要求。
[0006]综上，目前现有的燃气轮机分布式供能系统可实现能量的梯级、高效利用，发展前景广阔；然而，受外界负荷波动等多因素的影响，难以实时全工况高效、灵活匹配外界负荷，故运行热电比偏低，综合能效远未达到其额定值；其中，动力源、需求负荷、热、电等多元能源的实时匹配与平衡是影响系统性能的关键所在。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种分布式能源发电系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案，具体是一种基于压气机抽气储能的分布
式能源发电系统，可提高分布式能源发电系统的灵活性以及可调节宽度，能够实时高效、灵活匹配外界负荷，满足多元化能源的供给需求问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供的一种分布式能源发电系统，包括：抽气储能及释能系统和燃气轮机系统；
[0010]所述抽气储能及释能系统中，抽气阀的出口依次经干燥器、储气罐、释气阀与空气透平的进口相连通；其中，所述空气透平用于驱动发电机发电；
[0011]所述燃气轮机系统中，压气机的进口用于输入空气，压气机的出口与燃烧室的空气进口相连通，燃烧室的燃料进口用于输入燃料，燃烧室的燃气出口与燃气透平的进口相连通；其中，所述燃气透平用于驱动发电机发电；
[0012]其中，压气机的出口还与抽气阀的进口相连通；所述抽气阀、所述释气阀根据接收的流量指令进行开度调节，使抽气储能及释能系统分段、间歇运行于抽气储能工况或释能工况，以满足外界负荷。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0014]截止阀，所述截止阀设置于所述压气机的出口与所述抽气阀的进口之间。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0016]第一发电机，所述第一发电机用于在空气透平的驱动下发电；
[0017]第二发电机，所述第二发电机用于在燃气透平的驱动下发电。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0019]余热锅炉，用于回收燃气透平的排气余热并对外供热。
[0020]本专利技术的进一步改进在于，
[0021]所述压气机为轴流式压气机；
[0022]所述轴流式压气机与所述燃气透平同轴布置。
[0023]本专利技术提供的一种分布式能源发电系统的控制方法，包括：
[0024]燃气透平功率大于外界负荷时，释气阀接收流量指令进行开度调节，使得抽气储能工况投入；
[0025]燃气透平功率小于外界负荷时，抽气阀接收流量指令进行开度调节，使得释能工况投入。
[0026]本专利技术的进一步改进在于，释气阀接收流量指令进行开度调节的步骤中，
[0027]根据外界负荷与燃气透平功率之间的偏差，在PI控制作用下控制释气阀开度。
[0028]本专利技术的进一步改进在于，抽气阀接收流量指令进行开度调节的步骤中，
[0029]根据外界负荷与燃气透平功率之间的偏差，在PI控制作用下控制抽气阀开度。
[0030]本专利技术的进一步改进在于，抽气储能工况投入或释能工况投入时，燃气轮机系统的控制包括燃气透平功率控制和透平排气温度控制；其中，
[0031]燃气透平功率控制中，接收的输入指令为燃气透平功率指令信号、功率测量信号，经过PI及函数的作用后，实现对抽气阀的开度调节；通过调节抽气阀开度，并与来自抽气阀反馈信号比较，实现对执行器的控制；
[0032]透平排气温度控制中，接收的输入指令为透平排气温度指令信号、透平排气温度反馈信号，经过PI及函数控制作用下，输出燃料阀开度指令信号，并与来自燃料阀开度反馈
信号比较后，在PID控制下输出指令，实现对执行机构的控制。
[0033]本专利技术的进一步改进在于，所述燃气轮机系统中配置IGV的调节方式，使得燃气透平在运行时尽快达到低的透平排气温度或大的IGV开度。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术提供的分布式能源发电系统，具体是一种基于压气机抽气储能的分布式能源发电系统，构成空气储能/释能的燃气轮机能源系统，系统根据外界负荷变化，抽气储能/释能子系统分段、间歇运行于抽气储能工况或释能工况；压气机抽气可在较大范围内改变空气流量，故可维持燃气轮机等排汽温度运行。
[0036]本专利技术中，当燃气轮机组供电量不够满足外界电需求时，储能/释能系统启动释能程序，空气透平以恒压储气室内储气为工质对外做功，弥补不足电力；压气机抽气可在较大范围内改变燃气透平内做功工质流量，因而可以作为燃气轮机负荷调节手段，最终能够提高分布式能源发电系统的灵活性以及可调节宽度，能够实时高效、灵活匹配外界负荷。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式能源发电系统，其特征在于，包括：抽气储能及释能系统(100)和燃气轮机系统(200)；所述抽气储能及释能系统(100)中，抽气阀(3)的出口依次经干燥器(4)、储气罐(5)、释气阀(6)与空气透平(7)的进口相连通；其中，所述空气透平(7)用于驱动发电机发电；所述燃气轮机系统(200)中，压气机的进口用于输入空气，压气机的出口与燃烧室(9)的空气进口相连通，燃烧室(9)的燃料进口用于输入燃料，燃烧室(9)的燃气出口与燃气透平(10)的进口相连通；其中，所述燃气透平(10)用于驱动发电机发电；其中，压气机的出口还与抽气阀(3)的进口相连通；所述抽气阀(3)、所述释气阀(6)根据接收的流量指令进行开度调节，使抽气储能及释能系统(100)分段、间歇运行于抽气储能工况或释能工况，以满足外界负荷。2.根据权利要求1所述的一种分布式能源发电系统，其特征在于，还包括：截止阀(2)，所述截止阀(2)设置于所述压气机的出口与所述抽气阀(3)的进口之间。3.根据权利要求1所述的一种分布式能源发电系统，其特征在于，还包括：第一发电机(8)，所述第一发电机(8)用于在空气透平(7)的驱动下发电；第二发电机(12)，所述第二发电机(12)用于在燃气透平(10)的驱动下发电。4.根据权利要求1所述的一种分布式能源发电系统，其特征在于，还包括：余热锅炉(11)，用于回收燃气透平(10)的排气余热并对外供热。5.根据权利要求1所述的一种分布式能源发电系统，其特征在于，所述压气机为轴流式压气机(1)；所述轴流式压气机(1)与所述燃气透平(10)同轴布置。6.一种权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少雄，薛志恒，张朋飞，何欣欣，杨可，陈会勇，孙伟嘉，杜文斌，赵鹏程，吴涛，孟勇，赵杰，王伟锋，赵永坚，
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：