本實用新型涉及壓縮空氣儲能領(lǐng)域，特別是涉及一種光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境問題的日益加劇和可再生能源發(fā)電的蓬勃發(fā)展，如何應(yīng)對可再生能源如風(fēng)電、光伏電源產(chǎn)生的波動性和不確定性，成為目前電力工業(yè)發(fā)展的突出問題。儲能技術(shù)是解決這一問題的核心技術(shù)。

現(xiàn)有的儲能方式主要有：抽水蓄能和壓縮空氣蓄能。抽水蓄能是實現(xiàn)大規(guī)模儲能的主要方式，在國際儲能市場中所占的裝機容量最大，但由于其電站的建站對地質(zhì)、地理條件、水源等要求苛刻，電站建站往往受限，因此壓縮空氣儲能開始被廣泛研究。壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理與抽水蓄能相類似，當(dāng)電力系統(tǒng)的用電處于低谷時，系統(tǒng)儲能，利用系統(tǒng)中的富余電量，壓縮機驅(qū)動空氣壓縮機以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲存在儲氣室中；當(dāng)電力系統(tǒng)用電負(fù)荷達(dá)到高峰發(fā)電量不足時，系統(tǒng)釋能，儲氣室將儲氣空間內(nèi)的壓縮空氣釋放出來，帶動發(fā)電機發(fā)電，完成了電能—空氣勢能—電能的轉(zhuǎn)化。壓縮空氣儲能對地理和地質(zhì)條件無特殊要求，山洞、荒灘、廢棄礦井，甚至海灘、海底都可以，儲氣庫可采用管線鋼深埋地下，幾乎不占用土地，也可以采用鋼制的高壓儲罐作為高壓氣體的存儲空間；儲能采用自然界的大氣作為工質(zhì)，吸氣和排氣都在環(huán)境大氣中進行，不會帶來污染和生態(tài)問題，是一種真正能夠?qū)崿F(xiàn)零排放環(huán)境友好的儲能方式。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高電能的轉(zhuǎn)化率，壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括級間冷卻器、天然氣補燃裝置和儲熱裝置，在儲能過程中，壓縮機將空氣進行多級壓縮，壓縮氣體產(chǎn)生的壓縮熱通過級間冷卻后將常溫壓縮空氣存儲在儲氣室中；在系統(tǒng)釋能的過程中，壓縮空氣進入天然氣補燃室，經(jīng)加熱后形成高溫高壓的壓縮空氣進入汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電?，F(xiàn)有技術(shù)存在成本高、儲熱效果差、采用天然氣補燃產(chǎn)生碳排放污染環(huán)境的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實用新型的目的是提供一種光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有補燃式壓縮空氣儲能技術(shù)中存在的成本高、有碳排放、依賴天然氣的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，包括：太陽能光熱單元、儲氣單元和高速透平發(fā)電單元；

所述太陽能光熱單元包括低溫儲油罐、高溫儲油罐、導(dǎo)熱介質(zhì)、泵、槽式集熱器、加熱器和油氣換熱器；所述低溫儲油罐的輸出端與所述槽式集熱器輸入端之間連接有所述泵，用于將所述導(dǎo)熱介質(zhì)從所述低溫儲油罐中泵入所述槽式集熱器中，所述槽式集熱器利用太陽能加熱所述導(dǎo)熱介質(zhì)；所述槽式集熱器的輸出端與所述高溫儲油罐的輸入端之間連接加熱器，所述低溫儲油罐的輸入端與所述高溫儲油罐的輸出端之間連接油氣換熱器；所述油氣換熱器的氣路進口連接所述儲氣單元的輸出端，用于加熱所述儲氣單元輸出的高壓空氣，加熱后的所述高壓空氣輸入所述高速透平發(fā)電單元進行發(fā)電。

其中，所述儲氣單元包括電動機、空氣壓縮機和儲氣室；所述空氣壓縮機通過所述電動機驅(qū)動，所述空氣壓縮機的輸出端連接所述儲氣室的進口。

其中，所述儲氣室的進口和出口分別設(shè)置控制閥，用于控制輸入和輸出儲氣室的氣體的流量。

其中，所述空氣壓縮機采用二級壓縮，每級壓縮出口均設(shè)有冷卻器，用于冷卻壓縮后的氣體。

其中，所述高速透平發(fā)電單元包括空氣膨脹透平、高速發(fā)電機組和電力電子變流器，所述電力電子變流器用于將高頻交流電實現(xiàn)交流 -直流-交流的變換。

其中，所述高速透平發(fā)電單元包括透平控制裝置。

其中，所述高速透平發(fā)電單元包括電力電子變流器控制裝置，所述電力電子變流器控制裝置依據(jù)不同工況下透平的轉(zhuǎn)速來調(diào)整控制參數(shù)，用于保證經(jīng)變頻后輸出的電能質(zhì)量。

其中，所述低溫儲油罐和所述高溫儲油罐中均設(shè)有氮氣保護裝置。

其中，所述低溫儲油罐和所述高溫儲油罐外表包有保溫材料。

(三)有益效果

本實用新型提供的光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，通過采用太陽能槽式集熱器和加熱器來為高壓空氣提供高溫?zé)嵩?，避免了現(xiàn)有技術(shù)中補燃式壓縮空氣儲能技術(shù)存在的成本高、有碳排放、依賴天然氣的問題，降低了對環(huán)境的污染，節(jié)省了成本。另外，通過同時設(shè)置槽式集熱器和加熱器，使得在利用太陽能儲熱的同時，還可通過加熱器對導(dǎo)熱介質(zhì)進行加熱，進而通過油氣換熱器實現(xiàn)對高壓空氣的加熱，既提高了系統(tǒng)釋能效率，又可滿足系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)示意圖；

圖2為太陽能光熱單元示意圖；

圖中，1、電動機；2、空氣壓縮機；3、高壓儲氣罐；4、油氣換熱器；5、太陽能光熱單元；6、高速透平發(fā)電單元；7、第一控制閥； 8、第二控制閥；9、第三控制閥；10、第四控制閥；51、低溫儲油罐；52、泵；53、槽式集熱器；54、加熱器；55、高溫儲油罐。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

圖1為光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)示意圖，圖2為儲熱系統(tǒng)示意圖。本實用新型提供的光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能光熱單元5、儲氣單元和高速透平發(fā)電單元6。如圖 1和圖2所示，太陽能光熱單元5包括低溫儲油罐51、高溫儲油罐 55、導(dǎo)熱介質(zhì)、泵52、槽式集熱器53、加熱器54和油氣換熱器4。低溫儲油罐51用于盛放低溫的導(dǎo)熱介質(zhì)，如本實施例中的導(dǎo)熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油。低溫儲油罐51的輸出端與槽式集熱器53輸入端之間連接泵52，當(dāng)需要對太陽能光熱單元5進行儲能時，泵52將低溫導(dǎo)熱油從低溫儲油罐51泵入槽式集熱器53中，槽式集熱器53利用收集到的太陽能將低溫導(dǎo)熱油加熱至高溫，再通過泵52將高溫導(dǎo)熱油壓入高溫儲油罐55中。油路流向如圖中實心箭頭所示。在槽式集熱器 53的輸出端與高溫儲油罐55的輸入端之間還連接有加熱器54，加熱器54采用電加熱器，當(dāng)太陽光輻照度低于設(shè)計值或陰雨天氣時，儲熱過程需要啟動電加熱器，對導(dǎo)熱油進行加熱后存儲在高溫儲油罐 55中。低溫儲油罐51的輸入端與高溫儲油罐55的輸出端之間連接油氣換熱器4，油氣換熱器4具有氣路和油路兩條通道，在油氣換熱器4中實現(xiàn)高溫導(dǎo)熱油和高壓空氣之間的熱量傳導(dǎo)。油氣換熱器4的氣路進口連接儲氣單元的輸出端，用于加熱儲氣單元輸出的高壓空氣，加熱后的高壓空氣輸入高速透平發(fā)電單元6進行發(fā)電，空氣流向如圖1中空心箭頭所示。

本實用新型提供的光熱復(fù)合式非補燃壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，通過采用太陽能槽式集熱器和加熱器來為高壓空氣提供高溫?zé)嵩矗苊饬爽F(xiàn)有技術(shù)中補燃式壓縮空氣儲能技術(shù)存在的成本高、有碳排放、依賴天然氣的問題，降低了對環(huán)境的污染，節(jié)省了成本。另外，通過同時設(shè)置槽式集熱器和加熱器，使得在利用太陽能儲熱的同時，還可通過加熱器對導(dǎo)熱介質(zhì)進行加熱，進而通過油氣換熱器實現(xiàn)對高壓空氣的加熱，既提高了系統(tǒng)釋能效率，又可滿足系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定運行。

其中，儲氣單元包括電動機1、空氣壓縮機2和儲氣室。空氣壓縮機2通過電動機1驅(qū)動，利用棄風(fēng)電、棄光電或低谷電驅(qū)動，對空氣進行壓縮，以高壓空氣的形式輸出；空氣壓縮機2的輸出端連接儲氣室的進口，儲氣室可以是高壓儲氣罐3或其他形式，本實施例中采用高壓儲氣罐3。高壓儲氣罐3的出口連接所述油氣換熱器4的氣路進口，高壓空氣經(jīng)高溫導(dǎo)熱油加熱后，變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，從油氣換熱器4的氣路出口輸出，并輸入至與其連接的高速透平發(fā)電單元6，進行釋能發(fā)電。

其中，高壓儲氣罐3的進口處設(shè)置有用于控制進入氣量的第一控制閥7，出口處設(shè)置有用于控制輸出氣量的第二控制閥8，通過設(shè)置控制閥，使得高壓儲氣罐內(nèi)部環(huán)境更容易控制。

其中，空氣壓縮機2采用二級壓縮，每級壓縮出口均設(shè)有冷卻器，用于冷卻壓縮后的氣體。當(dāng)空氣經(jīng)第一級壓縮機壓縮后，通過壓縮機自帶的冷卻器對壓縮后的氣體冷卻，然后再進入第二級壓縮，經(jīng)冷卻器冷卻后，實現(xiàn)高壓空氣以常溫進入儲氣室。通過采用二級壓縮，提高了空氣壓縮效率，節(jié)省了能源，使絕熱壓縮空氣儲能擺脫了對高溫壓縮機的依賴。

其中，高速透平發(fā)電單元6包括空氣膨脹透平、高速發(fā)電機組和電力電子變流器，從油氣換熱器4輸出的高溫高壓空氣輸入空氣膨脹透平，釋能驅(qū)動高速發(fā)電機組運轉(zhuǎn)發(fā)電，電力電子變流器將高頻交流電整流成直流電，再經(jīng)逆變器變換為50Hz工頻交流電后接入電網(wǎng)。本申請采用高速發(fā)電機組和電力電子變流器相配合，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中機械連接帶來運行噪音大和可靠性差的問題，而且使得發(fā)出的電能柔性接入電網(wǎng)，大大提升了發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的友好性。

其中，所述高速透平發(fā)電單元6包括透平控制裝置，用以實現(xiàn)不同工況下的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

其中，所述高速透平發(fā)電單元6包括電力電子變流器控制裝置，所述電力電子變流器控制裝置依據(jù)不同工況下透平的轉(zhuǎn)速來調(diào)整控制參數(shù)，用于保證經(jīng)變頻后輸出的電能質(zhì)量，確保輸出的電能質(zhì)量滿足并網(wǎng)要求。另外，在高速透平發(fā)電單元6和油氣換熱器4之間還設(shè)置有第三控制閥9，用于控制進入透平的高溫高壓空氣的流量。

其中，經(jīng)換熱后進入高速發(fā)電機組的壓縮空氣的溫度為250℃～ 300℃。儲氣室的壓力不大于8.8Mpa。在油氣換熱器4和高速在儲熱單元下游，即油氣換熱器4和高溫儲油罐55之間，還設(shè)置有第四控制閥 10，用于控制進入油氣換熱器4的導(dǎo)熱油的流量。

其中，低溫儲油罐和所述高溫儲油罐中設(shè)有氮氣保護裝置，用于防止導(dǎo)熱油被氧化，延長導(dǎo)熱油使用壽命。低溫儲油罐和高溫儲油罐外表包有保溫材料，可實現(xiàn)24小時油罐內(nèi)的溫度變化不超過±1℃，保證油罐內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。