[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

说明书

本发明公开了一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统和方法，该系统由第一汽轮机组、凝汽器、第二汽轮机组、第三汽轮机组、制冷压缩机、复叠制冷系统、吸收式制冷装置、空气压缩机、储冷装置、液体空气储罐、空气加热装置、空气膨胀机和控制阀门组成，该系统的运行方法包括包括储能模式和释能模式；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深冷生产成本大幅度降低，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。

技术领域

本发明属于储能调峰技术领域，具体涉及一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统和方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高燃煤机组的调峰能力和储能系统的经济性。

背景技术

目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。

目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等，电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖，调峰能力强，但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组，水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低，但调峰能力有限，也只适用于热电联产机组，电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但寿命短、平均成本很高、安全风险大，是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。

发明内容

为克服现有燃煤机组调峰技术的不足，本发明提出一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统和方法，空气压缩过程中温度升高的很快，大部分高品位电能因此转化为热能，这造成压缩机耗能很大、系统储能效率降低，此外深冷制取过程中耗能很大、COP很低，这也是影响液化空气储能系统经济性的关键因素，本发明可以有效解决这些问题。调峰期间机组产生大量多余的具备作功能力的蒸汽，利用其中一部分蒸汽驱动小汽轮机再带动空气压缩机压缩空气，减小了能量传递损失；利用另一部分蒸汽驱动小汽轮机再带动制冷压缩机压缩制冷工质，最终通过复叠制冷系统获得所需冷量，该部分冷量的生产成本基本为零；小汽轮机出口排汽的潜热用于驱动吸收式制冷装置，获得的低品位冷量用于冷却压缩机进口空气的温度，以减少每级压缩机耗功进而提高储能效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种基于级前冷却的液化空气储能调峰系统，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。