[发明专利]压缩空气蓄能-煤气化发电一体化系统及集成发电方法

说明书

技术领域

本发明属于压缩空气蓄能发电系统领域，特别提出一种压缩空气蓄能-煤气化发电一体化系统及集成发电方法。具体涉及利用气化炉产生的煤气作为压缩空气蓄能的燃料气，在用电高峰时，将高压空气和煤气分别引出驱动空气膨胀透平和煤气透平发电、然后进入燃烧室中燃烧、高温燃气再驱动燃气透平发电；同时将气化炉产生的煤气热和压缩空气过程中产生的热量进行蓄热集成，从而实现热能的优化利用。

技术背景

压缩空气蓄能(CAES)是一种公认的有发展前景的大规模蓄能方式，它既可实现低成本、大容量蓄能，又对环境几乎没有污染。在一个典型的压缩空气系统中，在电网的低负荷时期，一部分电能或全部电能用来驱动空气压缩机。压缩的空气储存在某种特定的空间(如地下盐洞、矿洞、溶洞或人造的储气室等)里。然后，在高负荷时期，压缩的空气被释放出来，经过膨胀驱动透平发电。一般使用某种气体或液体燃料(通常是天然气)在压缩空气中燃烧以提高压缩空气的温度，从而提高系统的效率。与传统的燃气轮机发电不同，CAES系统的压缩空气由低谷电压缩并储存得到，减少了机组在用电高峰时运行的燃料需求。

我国能源结构的特点为多煤少油、少气，煤成为我国最重要的污染源之一。煤气化技术是洁净煤技术领域的重点，它不仅提高了煤的利用效率，还能减少污染物的排放，达到清洁用煤的目的。典型的煤气化技术，是将固体的煤炭在一定的温度和压力条件下，通过加入气化剂(多为氧气和水蒸气)，使之转化为气态产物的工艺过程。煤经过气化得到的气态产品，可以直接用作各种用途的燃料气，如民用燃气、工业用燃气、发电用燃气等。煤气化技术对解决我国煤炭利用过程中存在的资源与环境问题，实现经济、能源、环境的协调发展具有重要的现实意义，已成为切实可行的战略选择。

压缩空气蓄能系统与煤气化发电技术两者存在一些契合点。第一，煤气化过程产生的煤气可直接作为燃料气供给CAES系统利用，这样就无需消耗天然气，从而使CAES系统获得稳定的气源保证、更加适合我国国情；第二，煤气可采用专门的储气室进行储存，从而可以选择较小容量的气化炉，节省投资，同时，由于有储存煤气的装置、能够确保合成煤气的连续供应，且气化炉的连续运行时间等技术要求可适当降低、有利于降低成本；第三，在气化炉中产生的高温煤气的显热可以通过蓄热再利用方式，用于加热高压空气、煤气等，提高透平的出功，进一步提高系统效率；第四，多级压缩的CAES系统在制备压缩空气的过程中，压缩机产生的间冷热通过蓄热后，可用于加热产生蒸汽回收功率，从而提高系统的整体性能。这样，就将CAES与煤气化炉有机地结合起来，集成为一个新的系统。

由此可见，将压缩空气蓄能系统与煤气化发电技术结合对于可再生能源发电来说，显得尤为重要。既实现了低附加值的低谷电、以及不稳定可再生能源发电向稳定、高品质的调峰电能的转换，同时又能实现压缩空气蓄能系统与煤气化系统的热量合理分配利用，提高能源利用效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种压缩空气蓄能-煤气化发电一体化系统及集成发电方法，其特征在于，所述的压缩空气蓄能-煤气化发电一体化系统包括3个子系统：压缩空气蓄能系统，煤气化系统以及透平发电系统；其中，

所述的压缩空气蓄能系统为原动机1连接三个串联的压气机组成的压气机系统2，其中后两级压气机的输入分别连接20-1空气冷却器和20-2空气冷却器的输出；三个串联的压气机的输出分别与低温蓄热器3连接，20-1空气冷却器和20-2空气冷却器的输入与低温蓄热器3连接，低温蓄热器3通过20-3空气冷却器和储气室5连接，储气室5再与换热器17连接；

所述煤气化系统为空气分离装置6与气化炉7连接，气化炉7输出串联连接高温蓄热器8、中温蓄热器9、煤气净化装置10和煤气储气室11，煤气储气室11出口再返回连接中温蓄热器9；中温蓄热器9输出连接煤气膨胀透平12；

所述的透平发电系统为空气膨胀透平13输出连接燃气透平14输入，燃气透平14输出接第二发电机15，煤气透平12单独连接第一发电机23；燃烧室16的输入分别连接高温蓄热器8输出和煤气透平12输出，燃烧室16的输出接至燃气透平14输入；空气膨胀透平13和燃气透平14均连接至换热器17；两级蒸汽轮机18串联，两级蒸汽轮机18的输入均连接至低温蓄热器3输出；第一级蒸汽轮机连接凝汽器19，凝汽器19输出通过两个并联的给水泵4和低温蓄热器3连接；第一级蒸汽轮机通过单向阀21和低温蓄热器3连接。

所述煤气储气室为利用现存的盐洞、矿洞，或是专门挖掘而成的岩石洞。