[发明专利]一种适用于CAES系统高压膨胀机的组合式喷嘴配气结构

说明书

本发明公开了一种适用于压缩空气储能(CAES)系统高压膨胀机的组合式喷嘴配气结构，针对各类存在长期节流及变工况运行的CAES系统，其高压膨胀机入口存在巨大的压力、流量调节，针对于此，采用喷嘴配气结构有效提高其变工况运行范围及调节可靠性。本发明通过改变高压膨胀机进气流道个数实现静叶通流面积控制调节，同时能够根据CAES系统不同进气(储气)压力和用户端不同负荷要求有效调整膨胀机组通流流量和输出功率。本发明针对传统CAES及各类新型CAES如蓄热式CAES，提出采用组合式喷嘴配气结构适应于大范围变工况的运行，避免了传统可调导叶在高压下可靠性低、效率低的缺陷，改进了传统节流配气效率较低的问题，提高了CAES系统运行效率及变工况性能。

技术领域

本发明属于压缩空气储能(CAES)领域，涉及一种膨胀机的配气结构，具体地说是一种CAES高压膨胀机中的组合式喷嘴配气结构。

背景技术

近年来随着国家对能源安全、可持续发展的重视，可再生能源风能、太阳能等新能源发展迅猛，但风能、太阳能存在较大的波动性和不稳定性，储能技术是可再生能源大规模利用的迫切需要，也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性，以及智能电网和分布式能源系统的必备关键技术，被称为能源革命的支撑技术。压缩空气储能(CAES)具有储能容量大、周期长、单位投资小等优点，被公认为两种适合大规模电力储能(100MW级)的技术之一(另一种为抽水蓄能)，但由于抽水蓄能受到特定地理资源的限制，特别是与我国风能、太阳能资源存在地域错位，CAES被认为是目前最具发展潜力的大规模储能技术之一。

目前无论是传统CAES还是蓄热式CAES基本原理均是利用低谷低质电，将空气压缩并储存；在用电高峰，将储存的高压空气释放，驱动膨胀机发电。这些在发电过程中均存在将高压空气通过节流降压达到所需要膨胀机入口压力；另一方面即使针对恒压式CAES，在储能系统发电过程中由于用户端负荷的频繁变化，也需要节流阀随时调节膨胀机入口压力以匹配对应负荷，由于高压空气通过节流阀是个显著地熵增过程，存在较大能量损失，造成CAES系统效率下降。

喷嘴配气结构在火电汽轮机领域具有广泛应用，可实现汽轮机组高效大范围调节，而CAES系统中喷嘴配气和汽轮机又存在显著区别：对于汽轮机组一般只有部分负荷时才采用喷嘴配气进行调节，而对于非定压类CAES系统(传统CAES、蓄热式CAES)则是全工况存在压差，即全工况进行配气调节。组合式喷嘴配气结构采用节流阀和喷嘴配气结构联合调节，可有效降低CAES系统节流损失的同时，也可实现膨胀机发电负荷的大范围调节。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有各类CAES系统的技术缺陷，本发明提供了一种适用于CAES系统高压膨胀机的组合式喷嘴配气结构，在有效降低CAES系统节流损失的同时，还可实现膨胀机发电负荷的大范围调节，具有操作简单、运行成本低及适用范围广等优点。

(二)技术方案

本发明所涉及的一种适用于CAES系统高压膨胀机的组合式喷嘴配气结构通过以下技术方案实现：

一种适用于CAES系统高压膨胀机的组合式喷嘴配气结构，用于对所述高压膨胀机的进气喷嘴进行配气，包括主进气管线、分支配气管线以及设置在所述高压膨胀机进口并沿周向分布的多个进气喷嘴，其特征在于：

所述主进气管线的进口与CAES系统中的高压储气装置连通，出口与各所述分支配气管线的进口连通，且所述主进气管线上设有主进气阀门；

每一所述分支配气管线的进口分别与所述主进气管线的出口连通，且每一所述分支配气管线上均设有喷嘴配气调节阀门；

设置在所述高压膨胀机进口的多个进气喷嘴，沿周向划分为多个喷嘴配气分组，每一喷嘴配气分组包括至少一个所述进气喷嘴，且各所述喷嘴配气分组的进口与各所述分支配气管线的出口一一连通；