[发明专利]一种基于非补燃式压缩空气储能的光储结合电站

说明书

本发明公开了一种基于非补燃式压缩空气储能的光储结合电站，该系统包括光伏/光热发电系统、压缩空气系统、蓄热系统、空气透平发电机组以及储能控制系统；光伏/光热发电系统基于常规的光伏/光热电站；压缩空气系统包括电动机、空气过滤器等；蓄热系统包括冷水储罐、辅热装置等；空气透平发电机组包括空气透平、发电机以及加热器；本发明充分利用了光伏/光热电站中光伏阵列/集热场所占用的土地，突破了大规模储气洞穴对压缩空气储能电站选址的限制，可以有效提高光伏/光热电站的储能容量，降低光伏/光热电站的功率波动；本发明解决了传统压缩空气储能电站在低储能时系统效率过低的问题，优化了释能过程中发电功率逐渐减小对电网的影响。

技术领域

本发明属于新能源发电领域，特别涉及一种基于非补燃式压缩空气储能的光储结合电站。

背景技术

近年来，随着环境保护的压力逐渐增大，光伏和光热发电技术得到了迅速的发展，其在整个能源市场所占的比例越来越大。然而光伏和光热电站最大的不足是发电的间歇性与波动性，这给大规模光伏和光热电站并网带来了极大的挑战。目前解决方法之一是建设储能电站，现有和光伏/光热电站结合的储能电站基本都是电池储能电站，其容量小，放电功率也较小，一般小于10MW，发电持续时间仅为2～3小时。其次，由于太阳光能量密度较低，导致光伏和光热电站占地面积巨大，如每年发电量6000～7100万千瓦时的光伏电站占地达到100W平方米，使得土地问题成为光伏行业的三大难题之一。

压缩空气储能电站储能容量大，可以大幅提高现有电池储能光伏和光热电站的储能比，且储能容量越大，单位储能容量的投资成本越低。但压缩空气储能电站最大的限制是需要巨大的储气室。例如美国某压缩空气储能电站，其压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW，在连续压缩41h后可发电26h，但其需要56万m³的储气室(利用了地下岩穴作为储气室)存储高压空气，大大限制了其推广应用。另一方面，在传统非补燃式压缩空气储能电站中，当充能时间较短时，储气室中空气压力较低，导致空气透平发点机组效率比设计工况降低50％以上，且随着释能过程的进行，空气压力逐渐下降，导致透平发电机组的功率逐渐降低，影响了释能发电的稳定性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于非补燃式压缩空气储能的光储结合电站，充分利用了光伏/光热电站中光伏阵列/集热场所占用的土地，同时降低了大规模储气洞穴对压缩空气储能电站选址的限制，可以有效提高光伏/光热电站的储能容量，降低光伏/光热电站的功率波动；在此基础上，本发明提出的压缩空气储能系统解决了传统压缩空气储能电站在低储能时系统效率过低的问题，优化了释能过程中发电功率逐渐减小对电网的影响。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于非补燃式压缩空气储能的光储结合电站，包括光伏/光热发电系统、压缩空气系统、蓄热系统、空气透平发电机组以及储能控制系统；其中，光伏/光热发电系统基于常规的光伏/光热电站，其采用晶硅板/聚光镜等采光装置，将太阳光能最终转换为电能，光伏/光热发电系统的光伏阵列/集热场建于压缩空气储气区顶部；压缩空气系统包括电动机、空气过滤器、压缩机、稳流罐、冷却器以及压缩空气储气区；蓄热系统包括冷水储罐、辅热装置、热水储罐、冷却水泵、冷却器、回水泵以及加热器；空气透平发电机组包括空气透平、发电机以及加热器；

电动机与压缩机同轴连接，空气过滤器入口与大气连通，出口与压缩机相连，压缩机出口依次与稳流罐、冷却器空气侧入口相连，冷却器空气侧出口依次通过充气主管道、储气区总阀、储气分区支管道、储气分区阀与储气分区中的储气室相连；高压空气主阀和空气透平发电机组的加热器气侧入口相连，经空气透平做功后排入大气；蓄热系统中，冷水储罐出口经过冷却水泵、冷却器、辅热装置，最终和热水储罐入口相连，热水储罐出口依次经过加热器、回水泵与冷水储罐入口相连；空气透平发电机组的高压空气入口连接压缩空气储气区的高压空气主阀，电气侧接入升压变压器；储能控制系统连接压缩空气系统和蓄热系统中的各传感器监测点以及阀门等执行机构，实现对压缩空气储能的运行监测及控制。