[发明专利]一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统和方法

权利要求书

1.一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：由第一汽轮机组(1)、第一阀门(2)、凝汽器(3)、第二阀门(4)、第三阀门(5)、第二汽轮机组(6)、第三汽轮机组(7)、制冷压缩机(8)、复叠制冷系统(9)、吸收式制冷装置(10)、空气压缩机(11)、第四阀门(12)、储冷装置(13)、第五阀门(14)、液体空气储罐(15)、第六阀门(16)、空气加热装置(17)、空气膨胀机(18)和第七阀门(19)所组成；

所述第一汽轮机组(1)包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，中压缸出口通过第一阀门(2)依次与低压缸和凝汽器(3)连接，中压缸出口通过第二阀门(4)与第三汽轮机组(7)蒸汽入口连接，中压缸出口通过第三阀门(5)与第二汽轮机组(6)蒸汽入口连接；第二汽轮机组(6)通过连接轴直接带动空气压缩机(11)压缩空气；第三汽轮机组(7)通过连接轴直接带动制冷压缩机(8)转动，制冷压缩机(8)驱动复叠制冷系统(9)，复叠制冷系统(9)通过第四阀门(12)与储冷装置(13)连接；吸收式制冷装置(10)空气冷却侧出口依次与空气压缩机(11)、储冷装置(13)降温液化侧入口、储冷装置(13)降温液化侧出口、第五阀门(14)、液体空气储罐(15)、第六阀门(16)、储冷装置(13)冷能回收侧入口、储冷装置(13)冷能回收侧出口、空气加热装置(17)和空气膨胀机(18)连接；第二汽轮机组(6)和第三汽轮机组(7)出口依次与吸收式制冷装置(10)蒸汽驱动侧入口、吸收式制冷装置(10)蒸汽驱动侧出口、第七阀门(19)和凝汽器(3)出口连接；该系统利用多余蒸汽驱动空气压缩机和复叠制冷系统，降低了能量传递损失并且大幅度降低深冷生产成本，汽轮机出口蒸汽潜热用于驱动吸收式制冷装置，产生的冷量用于冷却空气压缩机进口空气温度，降低压缩过程中空气温升从而减小耗功，提高了整体的储能效率。

2.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述第二阀门(4)、第三阀门(5)与第一汽轮机组(1)的中压缸出口连接，或根据发电机组情况优化筛选抽汽位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述复叠制冷系统(9)通过蒸汽驱动的制冷压缩机(8)来带动，调峰期间高负荷运行，非调峰期间基本不运行，获得的冷量保存在储冷装置(13)中，用于高压空气的降温液化。

4.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述吸收式制冷装置(10)由第二汽轮机(6)、第三汽轮机组(7)出口乏汽驱动，产生的冷量用于降低空气压缩机(11)进口空气温度。

5.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述空气压缩机(11)表示一级或多级，当为多级时，空气经过压缩后进行冷却，冷却后的空气重新进入下一级空气压缩机提升压力直至末级。

6.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述空气加热装置(17)和空气膨胀机(18)为一级或者多级，空气加热装置(17)和空气膨胀机(18)数量一一对应，每级空气加热装置后串联对应的空气膨胀机。

7.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：所述空气加热装置(17)由第一汽轮机组(1)的抽汽作为热源，或根据情况由热力过程的储热量作为热源。

8.根据权利要求1所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，其特征在于：该系统适用于热电联产机组和纯凝机组，深冷制取成本大幅度降低，利用乏汽潜热驱动吸收式制冷机组冷却空气，压缩阶段空气温升较小、耗功较小，具有较高的储能效率和经济性。

9.权利要求1至8任一项所述的一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统的运行方法，其特征在于：包括储能模式和释能模式，具体如下：

储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第二阀门(4)、第三阀门(5)、第四阀门(12)、第五阀门(14)和第七阀门(19)，调整第一阀门(2)的开度，关闭第六阀门(16)；第一汽轮机组(1)中压缸出口的一部分蒸汽通过第三阀门(5)进入第二汽轮机组(6)推动其高速转动，第二汽轮机组(6)通过连接轴带动空气压缩机(11)压缩空气；第一汽轮机组(1)中压缸出口的另外一部分蒸汽通过第二阀门(4)进入第三汽轮机组(7)推动其高速转动，第三汽轮机组(7)通过连接轴带动制冷压缩机(8)旋转从而驱动复叠制冷系统(9)运行，利用输冷介质将复叠制冷系统(9)制取的冷量通过第四阀门(12)储存在储冷装置(13)中；第一汽轮机组(1)中压缸出口的其余蒸汽先进入第一汽轮机组(1)的低压缸作功，再进入凝汽器(3)放热生成凝结水；第二汽轮机组(6)和第三汽轮机组(7)出口排汽驱动吸收式制冷装置(10)制取低品位冷量，排汽凝结成水后通过第七阀门(19)送至凝汽器(3)出口，再继续进入燃煤机组热力系统；空气先经过吸收式制冷装置(10)冷却，再进入空气压缩机(11)中提高压力，高压空气先经储冷装置(13)降温液化后再通过第五阀门(14)进入液体空气储罐(15)储存；

释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第二阀门(4)、第三阀门(5)、第四阀门(12)、第五阀门(14)和第七阀门(19)，打开第一阀门(2)和第六阀门(16)；低温液态空气从液体空气储罐(15)流出，经储冷装置(13)进行冷能回收后生成的常温高压空气再进入空气加热装置(17)，高温高压空气进入空气膨胀机(18)膨胀作功输出电能，空气膨胀机(18)出口为常压常温空气，排入周围环境。