[发明专利]压缩空气储能电站系统的运行方法有效

专利信息
申请号: 202010208994.1 申请日: 2020-03-23
公开(公告)号: CN111379626B 公开(公告)日: 2021-03-16
发明(设计)人: 梅生伟;薛小代;张学林;张通 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: F02C1/10 分类号: F02C1/10;F04B41/02
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 麻雪梅
地址: 100084 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 压缩空气 电站 系统 运行 方法
【说明书】:

发明涉及储能技术领域,公开了一种压缩空气储能电站系统及运行方法,包括:压缩机通过冷却器的高温侧与储气库连通,储气库通过主回热器的低温侧与主膨胀机连通,冷却器的低温侧的冷端和热端分别与蓄冷器和蓄热器连通,主回热器的高温侧的冷端和热端分别与蓄冷器和蓄热器连通,辅膨胀机通过联轴器与主膨胀机的轴系联结或脱开,辅回热器的低温侧的两端分别与储气库和辅膨胀机连通,辅回热器的高温侧的两端分别与蓄热器和蓄冷器连通。该压缩空气储能电站系统可使主膨胀机长时间处于无外部能耗的盘车备用状态,使得压缩空气储能电站可快速响应发电调度,且可进行高效的调相运行。

技术领域

本发明涉及储能技术领域,特别是涉及一种压缩空气储能电站系统的运行方法。

背景技术

储能尤其是电能的存储对能源结构优化和电网运行调节具有重大意义。压缩空气储能系统是一种新型蓄能蓄电技术。

压缩空气储能发电系统的工作原理与抽水蓄能相类似,当电力系统的用电处于低谷时,系统储能利用系统中的富余电量,压缩机驱动空气压缩机以压缩空气,把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中;当电力系统用电负荷达到高峰,发电量不足时,系统释能,储气装置将储气空间内的压缩空气释放出来,并在燃烧室中与燃料混合燃烧,生成的高温气体在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电,完成了电能—空气势能—电能的转化。无补燃压缩空气储能系统摒弃了消耗燃料提升压缩空气做功能力的技术路线,利用绝热压缩在空气压缩过程中将电能分别转化为热能和空气势能并分别存储,此外,在发电过程中利用压缩空气储能系统自身热能加热透平膨胀机进气,满足了透平膨胀机对于入口温度的要求,并避免了系统碳排放。

作为一种电力调节型的储能系统,无补燃压缩空气储能系统需要应电网或电力用户调度需求快速响应,以最快速度进入满负荷空气压缩储能状态或空气膨胀发电状态。对于大型空气膨胀机而言,其由静止状态冲转至同期转速需要较长时间,且受限于膨胀机内部流道间隙的热涨效应,膨胀机流道结构要求进气温度按照一定升温速率逐渐升温,当温度升值至额定进气温度后,膨胀机才能进入满负荷工作状态,该过程同样需要消耗较长时间。同样地,大型空气膨胀机组与电网脱开后,由于轴系温度仍处于额定工作温度,直接停机将导致轴系侧弯,为避免轴系侧弯,大型空气膨胀机组停机后一般需要继续低速盘车数小时或连续盘车至下次启动,盘车过程不得不消耗大量的电力。作为储能机组,在电网非谷段消耗电力显然不符合储能系统移峰填谷的初衷。无补燃压缩空气储能机组中的空气膨胀发电机组特别适用于为电网提供无功补偿,从而实现调相运行,然而,调相运行模式下空气膨胀机的通流量较小,以额定工况设计的空气膨胀机组在此模式下效率严重退化。如何实现无补燃压缩空气储能系统膨胀机组快速启动及无电盘车,将成为其实际应用过程中需要进一步解决的技术问题。此外,提高无补燃压缩空气储能系统调相运行效率也有助于提升其在电网调相服务领域中的竞争力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种压缩空气储能电站系统及运行方法,以解决现有技术中,压缩空气储能电站系统长时间盘车备用需额外消耗外部电力、无法对电网调度进行快速响应、无法进行高效的调相运行的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题,本发明提供一种压缩空气储能电站系统,包括:压缩机、储气库、主回热器、主膨胀机、冷却器、蓄热器、蓄冷器、辅膨胀机以及辅回热器,所述压缩机通过所述冷却器的高温侧与所述储气库连通,所述储气库通过所述主回热器的低温侧与所述主膨胀机连通,所述冷却器的低温侧的冷端和热端分别与所述蓄冷器和所述蓄热器连通,所述主回热器的高温侧的冷端和热端分别与所述蓄冷器和所述蓄热器连通,所述辅膨胀机通过联轴器与所述主膨胀机的轴系联结或脱开,所述辅回热器的低温侧的两端分别与所述储气库和所述辅膨胀机连通,所述辅回热器的高温侧的两端分别与所述蓄热器和所述蓄冷器连通。

其中,所述蓄冷器、所述蓄热器、所述冷却器、所述主回热器以及所述辅回热器形成蓄热回路,在所述蓄热回路内充满换热介质;所述压缩空气储能电站系统还包括与所述主膨胀机连接的发电机。

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