[发明专利]风力发电、火力发电和压缩空气储能一体化发电系统

说明书

技术领域

 本发明属于可再生能源利用的发电领域，特别涉及一种风力发电、火力发电和压缩空气储能一体化发电系统。具体说，主要利用压缩空气储能系统连接风电场和火电厂，压缩空气储能系统根据电网负荷需求及风电场和火电厂出力情况调节其功率输出情况。从而实现风电场、火电厂的联动，提高其对电网负荷的响应能力，保证电网安全的情况下，更多的接纳清洁能源并网。

背景技术

 地球能源的开发和利用，仍属当今世界的重大课题，在不断开发新能源的同时，如何更有效的利用现有能源已成为一项迫切的工程。随着社会的高速发展，使现在的用电量极不均衡，夜间与白天负荷之比几乎达到1:100以上，而风电在夜间出力较大，而火电很难在夜间低谷期间停炉灭火，因此造成了大量清洁能源的浪费。

风电存在间歇性和稳定性差两个致命问题，在电网的高负荷需求时期，风电是不可靠的，在低负荷时期却可能发出大量电网难以消纳的功率。因此，大规模风电送出消纳的矛盾日益突出，“弃风”问题逐渐严重。据国家能源局公布的数据显示，2012年全国弃风电量约200亿千瓦时，是2011年弃风量100亿千瓦时的一倍，全国风电平均利用小时数持续下降，吉林省甚至降至1400小时左右（盈亏平衡点）。如何解决弃风限电问题已关系到我国节能减排战略和国家关于调整和优化能源结构，提高可再生能源比例的目标。

传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统。在用电低谷将空气压入储气室中从而将电能转化为空气内能存储起来,在用电高峰将高压空气从储气室释放,进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧,然后驱动透平发电。传统压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率较高和单位投资相对较小等优点；但是压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮氧化物、硫化物和二氧化碳等，不符合绿色能源发展要求。

为了实现风力发电的优质利用，提高风电场和传统火电厂的调峰能力，提出一种风力发电、火力发电、压缩空气储能一体化系统是非常重要的，这种系统当电网处于用电低谷时，通过火电厂的蒸汽和部分风电驱动压气机系统压缩空气、并将高压空气储存起来；在用电高峰时，将压缩空气释放出来驱动发电机发电供给电网。这样的系统大大提高了风能的利用率与效益、同时也提高了火电厂的调峰特性，增强了电网的安全性与稳定性。

发明内容

本发明的目的提出一种风力发电、火力发电、压缩空气储能一体化系统，其特征在于：

1）首先通过压缩空气储能系统连接风电场和火电厂，构成风、火、储一体化系统；

2）当电网处于用电低谷时，压缩空气储能系统通过利用火电厂蒸汽（或部分风电）驱动压气机系统压缩空气、并将高压空气储存于大型储气室，形成压缩空气储能，同时由于压缩空气储能系统消耗了火电厂蒸汽，降低了火电厂出力，为风电并网提供了空间。

3）在用电高峰时，将储气室的高压空气释放出来，驱动透平发电，供给电网；压缩空气储能系统具有启动快、容量大的特点，可实现在数分钟内启动加满负荷，因此其调峰能力大、可大幅提高电网调峰能力和电网安全性。

4）压缩空气储能系统中利用蓄热装置收集火电厂高温炉渣中的废热，利用该部分热量加热储气室中的压缩空气，使其在透平机内膨胀做功发电。由于利用蓄热装置取代了传统压缩空气储能系统中的燃烧室，因此该系统不受地理因素的限制，同时更加经济环保，具有了更高的实用性。

所述风电场、火电厂与压缩空气储能系统结合的关键在于压缩空气储能系统与风电场和火电厂的耦合作用，所述的压气机分为两类：汽动压气机和电动压气机，汽动压气机的动力来自于火电厂高温蒸汽，电动压气机动力来自于风电场过剩风电；两类压气机均采用容积式压缩机，通过改变压气机台数和转速比来适应整个压气过程中空气容积的变化。

所述风电场、火电厂、压缩空气储能一体化发电系统的组成为：小汽轮机1，电动机3，压气机2、4，储气室5，换热器6，蓄热装置7，透平机8，发电机9。

压缩空气储能系统组成为：冷却水12，级间换热器13，并联运行的汽动压气机11与电动压气机10，储气室5。

蓄热装置组成为：外筒15，内筒16，螺旋管屏换热器17。内筒16内含有蓄热材料。

本发明的有益效果是，通过压缩空气储能系统使风电场和火电厂组合成了一个一体化系统，该系统可以提高风电场和火电厂的调峰和填谷能力，并且该系统具有较好的环境效益。

附图说明

图1是风电场、火电厂、压缩空气储能一体化系统示意图。