[实用新型]一种外燃式燃煤压缩空气蓄能系统

说明书

技术领域

本实用新型属于压缩空气蓄能领域，特别涉及一种外燃式燃煤压缩空气蓄能系统。 

背景技术

压缩空气蓄能（CAES）是一种可实现电网有效调峰、可再生能源高效利用的大规模储能技术，具有效率高、成本低、储能规模大、环境影响小等特点。运用电网低谷的电能或者电网无法消纳的可再生能源为动力，带动压气机压缩空气，高压空气密封入废弃矿井、过期油气井、沉降的海底储气罐、山洞或人造储气室中；当电网处于峰负荷，高压空气从储气室被释放，通常与天然气等燃料在燃烧室中混合燃烧，高温高压燃气进入透平进行膨胀做功，从而带动发电机发电。

从能源结构和地理条件分析，CAES在中国华北、西北、东北等三北地区的发展潜力是非常巨大的。在这些地区，水资源匮乏，成为制约抽水蓄能的发展的瓶颈。另外，三北地区地质条件稳定，适合开采地下矿洞作为储气室，同时西北、东北地区风能资源丰富，且电网对风力发电消纳能力不足。但是我国能源的特点是多煤少油、少气，三北地区化石能源中煤炭所占比例远远高于天然气等资源的比例，所以煤炭作为主要消费的一次能源，传统的CAES对天然气依赖限制了自身的迅速发展。在外燃式燃煤压缩空气蓄能系统中煤替代传统燃料天然气，煤燃烧生成的高温烟气加热透平进口空气，无需天然气的消耗，使之更适合我国能源结构。

外燃式燃煤压缩空气蓄能系统的优势在于：燃煤CAES适合在以煤为主要一次能源的国家及地区推广发展，使得CAES的实践应用范围得到了扩大，在一定程度上可缓解当地电网的调峰压力；煤的成本远低于天然气，因此燃煤CAES的燃料成本将有所降低，整个系统的成本也随之降低。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种外燃式燃煤压缩空气蓄能系统，其包括3个子系统：压缩空气蓄能子系统、外燃式加热器子系统及燃气透平发电子系统；其特征在于当电网处于低负荷，原动机驱动四级压气机压缩空气，前三级压气机均经过冷却器与后一级压气机串联，第四级压气机输出经冷却器与储气室连接；当电网处于峰负荷时，储气室输出经节流阀后与回热器连接，回热器输出进入外燃式加热器的第一组热管，热管输出进入高压透平膨胀做功，高压透平的排气进入第二组热管后与低压透平连接，两级透平与发电机同轴连接。

所述压缩空气蓄能子系统由原动机、第一级轴流式压气机、第二级离心式压气机、第三级离心式压气机和第四级离心式压气机串联连接；每级压气机的输出均与水冷却器连接，第四级冷却器出口与储气室连接，储气室一般为废弃矿井、过期油气井、沉降的海底储气罐、山洞。

所述外燃式加热器子系统中的外燃式加热器是基于热管式热风炉改进的，并采用烟气循环方式。煤进入炉膛中燃烧生成高温烟气，高温烟气与循环烟气混合后与热管中的空气进行热交换，从排烟中抽取一部分作为循环烟气，送到炉膛的中前部，混合后的烟气再进入热管换热器。

所述燃气透平发电子系统由高压透平、低压透平、发电机串联连接，储气室出口的冷空气流经节流阀，之后进入回热器，回热器输出进入第一组热管，热管出口高温空气进入高压透平，高压透平的输出流经第二组热管后进入低压透平，低压透平的排气流经回热器后排出。其中，高压透平、低压透平及发电机同轴连接。

所述外燃式燃煤压缩空气蓄能系统由压缩空气蓄能子系统、外燃式加热器子系统和燃气透平发电子系统组成。当电网处于低负荷或电网对可再生能源发电量的消纳能力不足时，以富足的电能或者可再生能源为动力带动原动机，从而驱动四级压气机压缩空气，并将高压空气储存入储气室中，各级压气机出口空气均经过冷却器；当电网处于峰负荷时，高压冷空气从储气室中被释放，经节流阀后进入回热器与低压透平的排气进行热交换，回热器出口空气进入外燃式加热器的第一组热管后温度升高，之后进入高压透平膨胀做功，高压透平的排气流经第二组热管吸热之后进入低压透平膨胀做功，带动发电机发电，电能输送至电网。

本实用新型的有益效果是使得压缩空气蓄能系统更适合在中国迅速发展。该系统将煤替代传统燃料天然气，在外燃式加热器中，由煤燃烧生成的高温烟气加热从储气室释放的冷空气。燃煤压缩空气蓄能系统由此更适合在以多煤少油、少气为能源结构特点的中国发展，其调峰能力将对我国电网消纳可再生能源发电、电网的负荷调节及安全运行产生巨大的积极作用。

附图说明

图1是一种外燃式燃煤压缩空气蓄能系统的示意图。

具体实施方式

本实用新型提出一种外燃式燃煤压缩空气蓄能系统，下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本实用新型。