一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统的制作方法

1.本发明涉及调峰系统，尤其是涉及一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统。


背景技术：

2.近年来新能源发电发展迅猛，新能源发电占比的不断提升导致火电机组调峰作用越来越明显，且对火电机组调峰的深度也提出了更高的要求。但是机组在调峰时负荷偏低，锅炉在低负荷运行时，存在燃烧器无法稳定燃烧、烟气温度低脱硝设备无法正常投入运行和过热蒸汽和再热蒸汽参数下降导致汽水侧运行安全等问题，影响火电机组的灵活性。而机组的经济性随负荷的降低逐渐降低，深度调峰时机组的能耗较常规负荷明显偏高。所以安全性和经济性两方面因素限制了火电机组的宽负荷深度调峰。
3.储能技术在太阳能、风能等新能源发展的历程中应运而生，并且近年来发展迅速，其将电能用一定的方式或介质储存，并在有电力需求时释能放电，它具有独特的分时储、释能特点，能够实现“削峰填谷”和平衡电力负荷的作用。如何将储能技术融入电力系统，使其更好的推动可再生能源的利用、提高电网输送能力和稳定性以及辅助煤电调峰等，成了目前能源领域研究的重点，尤其是储能技术的辅助调峰作用，在能源变革的过渡期显得至关重要。当前储能技术种类较多，也都有着各自的优缺点，压缩空气储能技术是众多储能技术中优势较为明显的一种，其容量最大、技术最成熟，而且相对于其他形式的储能技术，它具备工作效率高、使用周期长、存储容量大和投资小等优点，被称为“最具潜力的储能手段”之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，包括：
7.汽轮机蒸汽缸组、第一发电机、压缩机、电动机、第一联轴器、第二联轴器、储气室、冷水塔、凝汽器、压缩过程换热器、膨胀机、循环换热器、第三联轴器和循环水泵；
8.汽轮机蒸汽缸组的输出端连接至第一发电机，所述第一发电机的电力输出端分别连接至电网和电动机的供电端，所述电动机的输出端通过第一联轴器连接至压缩机，并通过第二联轴器连接至制冷及存储设备，所述制冷及存储设备连接至循环换热器的吸热管路，所述压缩机的输出端经由压缩过程换热器的放热管路连接至储气室，所述凝汽器的凝结水排水口连接至压缩过程换热器的吸热管路，所述储气室的输出端经由膨胀过程换热器的吸热管路连接至膨胀机，所述膨胀机的输出端通过第三联轴器连接至循环水泵，所述循环水泵的一端连接至冷水塔，另一端经由循环换热器的放热管路连接至凝汽器。
9.所述汽轮机蒸汽缸组包括通过转轴依次连接的高压缸、中压缸和低压缸。
10.所述高压缸、中压缸和低压缸与第一发电机通过转轴连接，蒸汽依次经过高压缸、
中压缸和低压缸做功，驱动发电机发电。
11.所述系统还包括凝结水泵，所述压缩过程换热器的吸热管路的输出端经由所述凝结水泵连接至锅炉。
12.所述凝结水泵为变频泵。
13.所述系统还包括第二发电机，所述膨胀机的输出端还通过第四联轴器连接至第二发电机。
14.所述膨胀过程换热器的放热管路连接至汽轮机蒸汽缸组。
15.所述循环水泵为变频泵。
16.所述压缩机共设有多级。
17.所述膨胀机共设有多级。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在需要深度调峰时，压缩空气储能的压缩过程参与机组运行，部分汽轮机出力用于驱动压缩机做功，将调峰以外的多余电量转换成空气的压力能存储，或转换成冷量，用于降低机组背压实现冷端优化。在机组需要额外出力时，压缩空气储能的膨胀过程参与机组运行，压缩过程存储的能量作为部分出力送入电网，也可用于驱动循环水泵，降低厂用电率。耦合后的系统使机组的运行负荷范围从gmin～gmax扩大至(gmin-g1)～(gmax+g2)，调峰范围提高了g1+g2，实现了机组的宽负荷深度调峰，又可以优化冷端、减少厂用电，提高了机组经济性。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.其中：1、锅炉，2、高压缸，3、中压缸，4、低压缸，5、第一发电机，6、输电线，7、电网，8、冷水塔，9、循环水泵，10、换热器，11、凝汽器，12、压缩机，13、第一联轴器，14、第三电动机，15、第二联轴器，16、制冷及存储设备，17、膨胀过程换热器，18、第三联轴器，19、膨胀机，20、第四联轴器，21、第二发电机，22、第一调节阀，23、第二调节阀，24、储气室，25、第三调节阀，26、压缩过程换热器，27、凝结水泵，28、第四调节阀，29、压力传感器。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
22.一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，如图1所示，包括：
23.汽轮机蒸汽缸组、第一发电机5、压缩机12、电动机、第一联轴器13、第二联轴器15、储气室24、冷水塔8、凝汽器11、压缩过程换热器26、膨胀机19、循环换热器10、第三联轴器18和循环水泵9；
24.汽轮机蒸汽缸组的输出端连接至第一发电机5，第一发电机5的电力输出端分别连接至电网7和电动机的供电端，电动机的输出端通过第一联轴器13连接至压缩机12，并通过第二联轴器15连接至制冷及存储设备16，制冷及存储设备16连接至循环换热器10的吸热管路，压缩机12的输出端经由压缩过程换热器26的放热管路连接至储气室24，凝汽器11的凝结水排水口连接至压缩过程换热器26的吸热管路，储气室24的输出端经由膨胀过程换热器
17的吸热管路连接至膨胀机19，膨胀机19的输出端通过第三联轴器18连接至循环水泵9，循环水泵9的一端连接至冷水塔8，另一端经由循环换热器10的放热管路连接至凝汽器11。
25.本技术通过耦合压缩空气储能、汽轮机蒸汽缸组和冷水塔8，在需要深度调峰时，压缩空气储能的压缩过程参与机组运行，部分汽轮机出力用于驱动压缩机12做功，将调峰以外的多余电量转换成空气的压力能存储，或转换成冷量，用于降低机组背压实现冷端优化。在机组需要额外出力时，压缩空气储能的膨胀过程参与机组运行，压缩过程存储的能量作为部分出力送入电网7，也可用于驱动循环水泵9，降低厂用电率。耦合后的系统使机组的运行负荷范围更大。
26.本实施例中，汽轮机蒸汽缸组包括依次连接的高压缸2、中压缸3和低压缸4，高压缸2、中压缸3和低压缸4与第一发电机5通过转轴连接，蒸汽依次经过高压缸2、中压缸3和低压缸4做功，带动第一发电机5发电。
27.此外，系统还包括凝结水泵27，压缩过程换热器26的吸热管路的输出端经由凝结水泵27连接至锅炉。在某些实施例中，凝结水泵27可以为变频泵。
28.系统还包括第二发电机21，膨胀机19的输出端还通过第四联轴器20连接至第二发电机21。
29.此外，膨胀过程换热器17的放热管路连接至汽轮机蒸汽缸组，在某些实施例中，循环水泵9为变频泵。
30.在一些实施例中，压缩机12共设有多级，同理。在一些实施例中，膨胀机19共设有多级。
31.以下解决具体案例，对本技术进行说明
32.设机组最大出力为g
max
，保证安全下的最小出力为g
min
，压缩机12额定功率为g1，膨胀机19输出功率为g2。
33.(1)电厂接收到机组深度调峰指令时，连接第一联轴器13，打开第三调节阀25，接通第一发电机5至电动机14的电源，利用第一发电机5输出的部分电能驱动电动机工作，从而带动压缩机12工作(压缩机12可以为单级也可以为多级压缩机12)，压缩空气储能的压缩过程参与机组运行，机组在保证安全性条件下的调峰负荷可降低至g
min-g1；
34.(2)凝汽器11排出的凝结水通过换热器10冷却经过压缩后温度升高的空气，若压缩机12为多级压缩，压缩过程换热器26数量与压缩机12级数一致，每个换热器26布置在每一级压缩机12后；
35.(3)被压缩和冷却后的空气存储于储气室24中；
36.(4)经过压缩的空气加热后的凝结水会提高最终给水温度；
37.(5)待到压力传感器29显示储气室24内气体压力达到储气装置极限压力p
max
后储气过程结束，关闭第三调节阀25；
38.(6)若储气过程结束，机组仍处于深度调峰状态，断开第一联轴器13，连接第二联轴器15，使第一发电机5输出的部分电能驱动制冷设备工作，冷却介质被冷却后存储于制冷设备16中；
39.(7)机组高负荷运行或白天或环境温度较高时，制冷及存储设备16中存储的冷却介质通过换热器10降低循环水温度，从而降低机组真空，提高机组经济性；
40.(8)第一发电机5的部分电量用于压缩空气或者制冷，机组对电网7的供电量减少，
但是机组的实际运行负荷较高，能耗较低；
41.(9)当机组某些辅助设备故障导致机组不能高负荷或满负荷运行，或机组供热量较大不能高负荷或满负荷运行，若此时电网7需要机组高负荷或满负荷出力时，使压缩空气储能的膨胀过程参与机组运行，机组最大供电负荷可以增加至g
max
+g2；
42.(10)打开第一调节阀22、第二调节阀23、第四调节阀28，使在储气室24存储的空气在进入膨胀机19前被中压缸3排汽抽汽加热，提高做功能力，抽汽被冷却后排入凝汽器11；
43.(11)连接第四联轴器20，使第二发电机21至电网7的输电线6处于开路，压缩空气储能的膨胀机19做功，系统出力为第一发电机5和第二发电机21的出力之和；
44.(12)膨胀机19可以为多级膨胀机19，每一级膨胀机19前设有一个膨胀过程换热器17，储气室24内空气在进入每一级膨胀机19前先经过膨胀过程换热器17加热；
45.(13)若机组本身出力可以满足电网7负荷要求，不需要第二发电机21发电并网，可以打开第一调节阀22、第二调节阀23、第四调节阀28，连接第三联轴器18，储气室24内的压缩空气驱动膨胀机19做功，带动循环水泵9工作，节约了厂用电；
46.(14)若压力传感器29显示储气室24内空气压力降低至膨胀机19入口压力p
t-in
时，膨胀过程结束，关闭第一调节阀22、第二调节阀23、第四调节阀28；
47.(15)可以操作调节阀的关闭和联轴器的断开，使火电机组与压缩空气储能解离。
48.上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

技术特征：
1.一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，包括：汽轮机蒸汽缸组、第一发电机、压缩机、电动机、第一联轴器、第二联轴器、储气室、冷水塔、凝汽器、压缩过程换热器、膨胀机、循环换热器、第三联轴器和循环水泵，汽轮机蒸汽缸组的输出端连接至第一发电机，所述第一发电机的电力输出端分别连接至电网和电动机的供电端，所述电动机的输出端通过第一联轴器连接至压缩机，并通过第二联轴器连接至制冷及存储设备，所述制冷及存储设备连接至循环换热器的吸热管路，所述压缩机的输出端经由压缩过程换热器的放热管路连接至储气室，所述凝汽器的凝结水排水口连接至压缩过程换热器的吸热管路，所述储气室的输出端经由膨胀过程换热器的吸热管路连接至膨胀机，所述膨胀机的输出端通过第三联轴器连接至循环水泵，所述循环水泵的一端连接至冷水塔，另一端经由循环换热器的放热管路连接至凝汽器。2.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述汽轮机蒸汽缸组包括通过转轴依次连接的高压缸、中压缸和低压缸。3.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述高压缸、中压缸和低压缸与第一发电机通过转轴连接，蒸汽依次经过高压缸、中压缸和低压缸做功，驱动发电机发电。4.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述系统还包括凝结水泵，所述压缩过程换热器的吸热管路的输出端经由所述凝结水泵连接至锅炉。5.根据权利要求4所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述凝结水泵为变频泵。6.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述系统还包括第二发电机，所述膨胀机的输出端还通过第四联轴器连接至第二发电机。7.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述膨胀过程换热器的放热管路连接至汽轮机蒸汽缸组。8.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述循环水泵为变频泵。9.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述压缩机共设有多级。10.根据权利要求1所述的一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，其特征在于，所述膨胀机共设有多级。

技术总结
本发明涉及一种火电机组与压缩空气储能耦合的深度调峰系统，汽轮机蒸汽缸组的输出端连接至第一发电机，第一发电机的电力输出端分别连接至电网和电动机的供电端，电动机的输出端通过第一联轴器连接至压缩机，并通过第二联轴器连接至制冷及存储设备，制冷及存储设备连接至循环换热器的吸热管路，压缩机的输出端经由压缩过程换热器的放热管路连接至储气室，凝汽器的凝结水排水口连接至压缩过程换热器的吸热管路，储气室的输出端经由膨胀过程换热器的吸热管路连接至膨胀机，膨胀机的输出端通过第三联轴器连接至循环水泵，循环水泵的一端连接至冷水塔，另一端经由循环换热器的放热管路连接至凝汽器。与现有技术相比，本发明具有拓宽调峰范围等优点。宽调峰范围等优点。宽调峰范围等优点。


技术研发人员：李国庆 胡磊 徐威 秦攀 刘利 陈啸 王乃斌 刘岩 宋立远 曾胜龙 崔传涛
受保护的技术使用者：中电华创电力技术研究有限公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/5/30