一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于壓縮空氣蓄能領域，特別涉及一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]壓縮空氣蓄能(CAES)是一種可實現(xiàn)電網有效調峰、可再生能源高效利用的大規(guī)模儲能技術，具有效率高、成本低、儲能規(guī)模大、環(huán)境影響小等特點。運用電網低谷的電能或者電網無法消納的可再生能源為動力，帶動壓氣機壓縮空氣，高壓空氣密封入廢棄礦井、過期油氣井、沉降的海底儲氣罐、山洞或人造儲氣室中；當電網處于峰負荷，高壓空氣從儲氣室被釋放，通常與天然氣等燃料在燃燒室中混合燃燒，高溫高壓燃氣進入透平進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0003]從能源結構和地理條件分析，CAES在中國華北、西北、東北等三北地區(qū)的發(fā)展?jié)摿κ欠浅＞薮蟮?。在這些地區(qū)，水資源匱乏，成為制約抽水蓄能的發(fā)展的瓶頸。另外，三北地區(qū)地質條件穩(wěn)定，適合開采地下礦洞作為儲氣室，同時西北、東北地區(qū)風能資源豐富，且電網對風力發(fā)電消納能力不足。但是我國能源的特點是多煤少油、少氣，三北地區(qū)化石能源中煤炭所占比例遠遠高于天然氣等資源的比例，所以煤炭作為主要消費的一次能源，傳統(tǒng)的CAES對天然氣依賴限制了自身的迅速發(fā)展。在外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)中煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，煤燃燒生成的高溫煙氣加熱透平進口空氣，無需天然氣的消耗，使之更適合我國能源結構。
[0004]外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:燃煤CAES適合在以煤為主要一次能源的國家及地區(qū)推廣發(fā)展，使得CAES的實踐應用范圍得到了擴大，在一定程度上可緩解當?shù)仉娋W的調峰壓力；煤的成本遠低于天然氣，因此燃煤CAES的燃料成本將有所降低，整個系統(tǒng)的成本也隨之降低。
【發(fā)明內容】
[0005]本實用新型的目的是提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其包括3個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)；其特征在于當電網處于低負荷，原動機驅動四級壓氣機壓縮空氣，前三級壓氣機均經過冷卻器與后一級壓氣機串聯(lián)，第四級壓氣機輸出經冷卻器與儲氣室連接；當電網處于峰負荷時，儲氣室輸出經節(jié)流閥后與回熱器連接，回熱器輸出進入外燃式加熱器的第一組熱管，熱管輸出進入高壓透平膨脹做功，高壓透平的排氣進入第二組熱管后與低壓透平連接，兩級透平與發(fā)電機同軸連接。
[0006]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機、第一級軸流式壓氣機、第二級離心式壓氣機、第三級離心式壓氣機和第四級離心式壓氣機串聯(lián)連接；每級壓氣機的輸出均與水冷卻器連接，第四級冷卻器出口與儲氣室連接，儲氣室一般為廢棄礦井、過期油氣井、沉降的海底儲氣罐、山洞。
[0007]所述外燃式加熱器子系統(tǒng)中的外燃式加熱器是基于熱管式熱風爐改進的，并采用煙氣循環(huán)方式。煤進入爐膛中燃燒生成高溫煙氣，高溫煙氣與循環(huán)煙氣混合后與熱管中的空氣進行熱交換，從排煙中抽取一部分作為循環(huán)煙氣，送到爐膛的中前部，混合后的煙氣再進入熱管換熱器。
[0008]所述燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)由高壓透平、低壓透平、發(fā)電機串聯(lián)連接，儲氣室出口的冷空氣流經節(jié)流閥，之后進入回熱器，回熱器輸出進入第一組熱管，熱管出口高溫空氣進入高壓透平，高壓透平的輸出流經第二組熱管后進入低壓透平，低壓透平的排氣流經回熱器后排出。其中，高壓透平、低壓透平及發(fā)電機同軸連接。
[0009]所述外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)組成。當電網處于低負荷或電網對可再生能源發(fā)電量的消納能力不足時，以富足的電能或者可再生能源為動力帶動原動機，從而驅動四級壓氣機壓縮空氣，并將高壓空氣儲存入儲氣室中，各級壓氣機出口空氣均經過冷卻器；當電網處于峰負荷時，高壓冷空氣從儲氣室中被釋放，經節(jié)流閥后進入回熱器與低壓透平的排氣進行熱交換，回熱器出口空氣進入外燃式加熱器的第一組熱管后溫度升高，之后進入高壓透平膨脹做功，高壓透平的排氣流經第二組熱管吸熱之后進入低壓透平膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，電能輸送至電網。
[0010]本實用新型的有益效果是使得壓縮空氣蓄能系統(tǒng)更適合在中國迅速發(fā)展。該系統(tǒng)將煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，在外燃式加熱器中，由煤燃燒生成的高溫煙氣加熱從儲氣室釋放的冷空氣。燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由此更適合在以多煤少油、少氣為能源結構特點的中國發(fā)展，其調峰能力將對我國電網消納可再生能源發(fā)電、電網的負荷調節(jié)及安全運行產生巨大的積極作用。
【附圖說明】
[0011]圖1是一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]本實用新型提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本實用新型。
[0013]本實用新型的目的是提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)組成。所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用四級壓縮，三級間冷和一級后冷方式；所述外燃式加熱器子系統(tǒng)采用循環(huán)煙氣法確保熱管的安全運行；所述發(fā)電子系統(tǒng)中采用兩級透平膨脹，兩級透平與發(fā)電機同軸連接。
[0014]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機1、第一級軸流式壓氣機2、第二級離心式壓氣機3、第三級離心式壓氣機4和第四級離心式壓氣機5串聯(lián)連接；每級壓氣機的輸出均與水冷卻器6連接，第四級冷卻器出口與儲氣室7連接。
[0015]所述外燃式加熱器子系統(tǒng)為煤進入爐膛15中燃燒生成高溫煙氣，高溫煙氣與循環(huán)煙氣混合后與熱管10、12中的空氣進行熱交換，從排煙中抽取一部分作為循環(huán)煙氣，送到爐膛15的中前部，混合后的煙氣再進入熱管換熱器。
[0016]所述燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)由高壓透平11、低壓透平13、發(fā)電機14串聯(lián)連接。儲氣室7出口的冷空氣流經節(jié)流閥8，之后進入回熱器9，回熱器9輸出進入第一組熱管10，熱管10出口高溫空氣進入高壓透平11，高壓透平11的輸出流經第二組熱管12后進入低壓透平13，低壓透平13的排氣流經回熱器9后排出。其中，高壓透平11、低壓透平13及發(fā)電機14同軸連接。
[0017]所述外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)組成。當電網處于低負荷或對可再生能源發(fā)電量的消納能力不足時，以富足的電能或者可再生能源為動力帶動原動機1，從而驅動四級壓氣機壓縮空氣，并將高壓空氣儲存入儲氣室7中，各級壓氣機出口空氣均經過冷卻器6 ;當電網處于峰負荷時，高壓冷空氣從儲氣室7中被釋放，經節(jié)流閥8后進入回熱器9與低壓透平13的排氣進行熱交換，回熱器9輸出進入外燃式加熱器的第一組熱管10，輸出高溫空氣進入高壓透平11膨脹做功，高壓透平11的輸出進入第二組熱管12換熱之后進入低壓透平13膨脹做功，并帶動發(fā)電機14發(fā)電，電能輸送至電網。
[0018]本實用新型可用其他的不違背本實用新型的思想和主要特征的具體形式來概述。因此，本實用新型的上述實施方案是對本實用新型進行說明，并非對實用新型進行限定。因此，在與本實用新型的權利要求書相當?shù)暮x和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，包括3個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)；其特征在于當電網處于低負荷，原動機(I)驅動四級壓氣機壓縮空氣，前三級壓氣機均經過冷卻器(6)與后一級壓氣機串聯(lián)，第四級壓氣機輸出經冷卻器(6)與儲氣室(7)連接；當電網處于峰負荷時，儲氣室(7)輸出經節(jié)流閥(8)后與回熱器(9)連接，回熱器(9)輸出進入外燃式加熱器的第一組熱管(10)，熱管(10)輸出進入高壓透平(11)膨脹做功，高壓透平(11)的排氣進入第二組熱管(12 )后與低壓透平(13 )連接，兩級透平與發(fā)電機(14)同軸連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其特征是所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用四級壓縮，三級間冷和一級后冷方式:原動機(I)、第一級軸流式壓氣機(2)、第二級離心式壓氣機(3)、第三級離心式壓氣機(4)和第四級離心式壓氣機(5)串聯(lián)連接；每級壓氣機的輸出均與水冷卻器連接，第四級離心式壓氣機(5)出口經冷卻器(6)后與儲氣室(7)連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其特征是所述燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)主要由高壓透平(11)、低壓透平(13)、發(fā)電機(14)串聯(lián)連接而成:儲氣室(7)出口的冷空氣經節(jié)流閥(8)后進入回熱器(9)，回熱器(9)輸出通過第一組熱管(10)連接高壓透平(11 )，高壓透平(11)的輸出經第二組熱管(12)后進入低壓透平(13)，低壓透平(13)的排氣流經回熱器(9)后排出。
【專利摘要】本實用新型公開了屬于壓縮空氣蓄能領域的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃氣透平發(fā)電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)將煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，在外燃式加熱器中，煤燃燒生成的高溫煙氣加熱從儲氣室釋放的冷空氣，增加透平出功。燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由此更適合在以多煤少油、少氣為能源結構特點的中國發(fā)展，其調峰能力將對我國電網消納可再生能源發(fā)電、電網的負荷調節(jié)及安全運行產生巨大的積極作用。
【IPC分類】F02C1/04, F04D25/16
【公開號】CN204691905
【申請?zhí)枴緾N201520180170
【發(fā)明人】劉文毅, 李慶, 滿孝增, 侯勇, 徐鋼
【申請人】華北電力大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年3月30日