[发明专利]一种储能系统与燃煤机组耦合的热电联产系统及运行方法

说明书

一种储能系统与燃煤机组耦合的热电联产系统及运行方法，本发明涉及一种热电联产系统及运行方法，本发明根据不同运行场景切换不同的运行方式，能够实现在各种场景下的高效集成，实现热电解耦，起到提升机组深度调峰和快速调频能力、提高系统经济性、运行安全性等多重功效。电动机与空气压缩机连接，第四阀门组通过管路和第一空气冷却器并联设置，冷水储罐出水端与第二空气冷却器连通，第二空气冷却器的出水端与热水储罐入水端连通，热水储罐出水端与空气预热器连通，空气预热器的出水端与冷水储罐连通，空气预热器与第五阀门组和空气换热器的进气端连通，第五阀门组和空气换热器并联设置，发电机与空气膨胀机连接，本发明属于压缩空气储能领域。

技术领域

本发明涉及一种热电联产系统及运行方法，具体涉及一种储能系统与燃煤机组耦合的热电联产系统及运行方法，本发明属于压缩空气储能技术领域。

背景技术

全球气候变化、人口持续增长和城市环境恶化及不断扩张带来严重的能源短缺以及环境污染问题，近年来已引起人们的高度关注。为实现能源可持续化、清洁化、高效化发展，风光等新能源进入快速、大规模的发展阶段，电力系统逐渐由传统的化石能源为主体向以可再生能源为主体的新型电力系统转型。然而，风光等可再生能源具有较强的间歇性、波动性与不确定性，其大规模并网容易对电力系统产生较大冲击，必须配备足够的灵活调节资源。我国的资源禀赋决定了我国的电力系统长期以来以火力发电为主，因此火电机组一直承担维护电力系统安全稳定运行的重要任务。为了满足以新能源为主体的新型绿色电力系统的多样化调节需求，需要频繁调节负荷达到源-荷平衡，导致火电机组持续以快速变工况、长期低工况等运行状态来实现电网的调峰和调频需求。这种调节状态不仅不经济、高效，不符合节能减排的发展理念，同时受制于火电机组自身的响应特性，调峰区间和快速调频能力无法满足更高比例新能源渗透下的电网调节需求。尤其是热电联产机组，其调峰区间严重受制于供热需求的影响，“风热”冲突下导致新能源大规模并网更加困难，亟需开发提高热电联产机组灵活性的技术。

储能设施能够实现能源在时间尺度的平移，具备平滑发电出力、削峰填谷和快速响应的能力，是实现新能源与电网间协调运行的重要手段。通过结合电源侧储能技术，可大幅提高火电机组的灵活调节能力，以更好地发挥其为新能源发展“保驾护航”的历史使命。常见大规模储能技术主要包括抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能等。在所有的储能技术中，压缩空气储能技术具有容量大、成本低廉、环境友好、寿命长、选址条件宽泛等优势，具备规模化推广和应用潜力。此外，压缩空气储能技术具备天然的冷热电接口和灵活布置的特点，具备与其他热力循环高效集成以实现更能源更充分利用的潜力。

现有的提升热电机组灵活调节能力技术主要分为机组自身改造，以及配置储热装置或电锅炉等蓄热设备两类方式。前者通过设备改造优化机组热电生产过程，然而鉴于安全性考虑，对火电机组的灵活性提升程度较小，无法满足更高的调节需求。后者通过热能在时间尺度上的转移削弱与用户之间的热负荷关系，从而实现一定程度的热电解耦。然而配置储热罐对于系统长期低负荷调峰适应能力弱，受火电机组，存在容量上限；而电锅炉初期投资大，同时能源利用效率低，适用性弱。此外，以上各项技术仍主要依靠火电机组进行电网调节指令的响应，只能部分缓解热电耦合带来的运行约束，无法解决火电机组自身运行特性带来的调节能力制约。

压缩空气储能技术能够从电能角度缓解热电负荷在时间上的耦合和不平衡，然而压缩空气储能技术目前多以独立运行的储能电站形式发挥作用或与太阳能、风能联合运行，未充分考虑其热电多能流协调互补的技术特点，与火电机组相结合的研究较少，存在循环效率低、运行小时数低等问题，制约了其商业化、大规模的应用和发展。此外，现有的储能与火电机组结合技术未考虑面向电力系统不同调节需求时，二者配合模式的变化。

发明内容

本发明为解决现有技术存在以上的问题，提供压缩空气储能系统与燃煤机组耦合的多运行模式储能型热电联产系统及方法，根据不同运行场景切换不同的运行方式，能够实现在各种场景下的高效集成，实现热电解耦，起到提升机组深度调峰和快速调频能力、提高系统经济性、运行安全性等多重功效。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：