一種絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于壓縮空氣蓄能領(lǐng)域，特別提出一種絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣蓄能(CAES)是一種大規(guī)模儲能技術(shù)，主要實現(xiàn)對電網(wǎng)有效調(diào)峰、可再生能源高效利用，具有效率高、成本低、儲能規(guī)模大、環(huán)境影響小等特點。傳統(tǒng)CAES原理為運用電網(wǎng)低谷的電能或者電網(wǎng)無法消納的可再生能源為動力，帶動壓氣機壓縮空氣并儲存在儲氣室中；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷，高壓空氣從儲氣室被釋放，通常與天然氣等化石燃料在燃燒室中混合燃燒，高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入透平進(jìn)行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。化石燃料的使用相應(yīng)的帶來了環(huán)境污染問題，所以無需燃料的絕熱CAES吸引了越來越多的研宄者進(jìn)行相繼探索，絕熱CAES是將壓縮熱儲存起來，這部分熱量在電網(wǎng)高峰時用來加熱透平進(jìn)口空氣，避免了化石燃料的使用，實現(xiàn)了能源的高效利用。
[0003]太陽能資源是世界上分布最廣泛的取之不盡、用之不竭的可再生能源，我國也將大力倡導(dǎo)、支持太陽能發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電是其中一種發(fā)展較為成熟的發(fā)電技術(shù)，但太陽能輻射的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性給光熱發(fā)電帶來很多問題，另外由于受技術(shù)、設(shè)備所限，與傳統(tǒng)火電機組相比，現(xiàn)有的光熱發(fā)電站的規(guī)模較小，所以在現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)的條件下，將太陽能發(fā)電與其他形式的發(fā)電技術(shù)結(jié)合將對提高能源利用效率起到積極的作用。
[0004]絕熱CAES中壓氣機的高壓比使得出口空氣的溫度較高，蓄熱溫度由此較高，系統(tǒng)的效率可達(dá)70%左右，而傳統(tǒng)CAES中的壓氣機壓比都較小，所以本實用新型提出將絕熱CAES與太陽能蓄熱集成，降低壓氣機壓比，將壓縮儲熱為低溫?zé)嵩?，太陽能蓄熱作為再熱高溫?zé)嵩矗诓皇褂没茉吹那闆r下實現(xiàn)對電網(wǎng)有效調(diào)峰、對可再生能源的更加高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所述絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)、透平發(fā)電子系統(tǒng)及太陽能蓄熱子系統(tǒng)。系統(tǒng)以壓縮熱儲熱為低溫?zé)嵩?，太陽能蓄熱為再熱高溫?zé)嵩?。所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用兩級壓縮，兩級冷卻方式；所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)采用兩級蓄熱；透平發(fā)電子系統(tǒng)采用兩級透平膨脹，每級透平采用兩級加熱；太陽能蓄熱子系統(tǒng)采用槽式太陽能蓄熱方式。
[0006]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機、低壓壓氣機、高壓壓氣機串聯(lián)連接，低壓壓氣機輸出通過第一級冷卻器與高壓壓氣機連接，高壓壓氣機輸出經(jīng)第二級冷卻器后進(jìn)入儲氣室。
[0007]所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)中，第一級冷卻器和第二級冷卻器的輸出與低溫?zé)峁捱B接，低溫?zé)峁掭敵龇至鹘?jīng)第一級低溫加熱器和第二級低溫加熱器后與低溫冷罐連接，低溫冷罐輸出分流至第一級冷卻器和第二級冷卻器。
[0008]所述透平發(fā)電子系統(tǒng)由高壓透平、低壓透平及發(fā)電機同軸連接組成:從儲氣室被釋放的空氣依次流經(jīng)第一級低溫加熱器及第一級高溫加熱器進(jìn)入高壓透平膨脹做功，高壓透平輸出與第二級低溫加熱器連接后再與第二級高溫加熱器連接，第二級高溫加熱器輸出進(jìn)入低壓透平膨脹做功后排出。
[0009]所述太陽能蓄熱子系統(tǒng)包括集熱場、高溫?zé)峁?、高溫冷罐、換熱器。蓄熱階段:傳熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油等)在泵27作用下，經(jīng)集熱場吸收太陽能升溫，通過閥門15進(jìn)入換熱器，同時高溫冷罐中的蓄熱介質(zhì)(熔融鹽等)在泵23作用下進(jìn)入換熱器與傳熱介質(zhì)換熱，吸熱后的儲熱介質(zhì)經(jīng)閥門20儲存在高溫?zé)峁拗校瓿尚顭徇^程，放熱后的傳熱介質(zhì)經(jīng)閥門29、26流入泵27，進(jìn)入下一循環(huán)。放熱階段:傳熱介質(zhì)在泵24作用下流經(jīng)閥門25、29進(jìn)入換熱器，之后流至閥門16，同時，高溫?zé)峁拗械男顭峤橘|(zhì)在泵21作用下進(jìn)入換熱器中加熱傳熱介質(zhì)，放熱后的蓄熱介質(zhì)經(jīng)閥門22進(jìn)入高溫冷罐；或傳熱介質(zhì)經(jīng)閥門25、28進(jìn)入集熱場后經(jīng)閥門15流至閥門16。閥門16出口分流至高溫加熱器加熱空氣，放熱后的傳熱介質(zhì)經(jīng)泵24作用進(jìn)入下一循環(huán)。
[0010]所述絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)方法為:電網(wǎng)處于低負(fù)荷時，富余電能帶動原動機以驅(qū)動高壓壓氣機和低壓壓氣機壓縮空氣，并儲存入儲氣室中，高壓壓氣機和低壓壓氣機出口空氣的熱量由蓄熱介質(zhì)吸收并儲存入低溫?zé)峁拗?；?dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，冷空氣從儲氣室被釋放，經(jīng)第一級低溫加熱器被來自低溫?zé)峁拗械男顭峤橘|(zhì)加熱，后進(jìn)入第一級高溫加熱器吸收來自太陽能或太陽能蓄熱的熱量，高溫高壓空氣進(jìn)入高壓透平進(jìn)行膨脹做功。高壓透平的排氣再經(jīng)第二級低溫加熱器吸收儲存的壓縮熱，再經(jīng)第二級高溫加熱器吸收來自太陽能或者太陽能蓄熱的熱量，后進(jìn)入低壓透平膨脹，并帶動發(fā)電機發(fā)電，電能輸送至電網(wǎng)。
[0011]所述太陽能蓄熱子系統(tǒng)方法:白天電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，傳熱介質(zhì)在泵24的作用下通過閥門25和閥門28 (閥門26、29關(guān)閉)進(jìn)入集熱場吸收太陽能，高溫傳熱介質(zhì)經(jīng)閥門15和閥門16后分流進(jìn)入高溫加熱器加熱空氣；白天電網(wǎng)不處于峰負(fù)荷，即發(fā)電子系統(tǒng)不運作時，太陽能子系統(tǒng)只蓄熱而不向外供熱:閥門16、25、28關(guān)閉，傳熱介質(zhì)在泵27的作用下進(jìn)入集熱場，被加熱后經(jīng)閥門15進(jìn)入換熱器，同時在泵23作用下高溫冷罐中的儲熱介質(zhì)(熔融鹽等)流經(jīng)換熱器，吸熱后的儲熱介質(zhì)進(jìn)入高溫?zé)峁迌Υ嫫饋?，完成儲熱過程；晚上或白天太陽能不充足而電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，閥門15、26、28關(guān)閉，傳熱介質(zhì)在泵24作用下經(jīng)閥門25,29進(jìn)入換熱器吸熱，同時儲熱介質(zhì)從高溫?zé)峁拊诒?1的作用下進(jìn)入換熱器換熱后進(jìn)入高溫冷罐，傳熱介質(zhì)吸熱后經(jīng)閥門16后分流進(jìn)入兩級高溫加熱器加熱空氣。
[0012]所述太陽能蓄熱子系統(tǒng)方法:白天電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，傳熱介質(zhì)在泵24的作用下通過閥門25和閥門28 (閥門26、29關(guān)閉)進(jìn)入集熱場吸收太陽能，高溫傳熱介質(zhì)經(jīng)閥門15和閥門16后分流進(jìn)入高溫加熱器加熱空氣；白天電網(wǎng)不處于峰負(fù)荷，即發(fā)電子系統(tǒng)不運作時，太陽能子系統(tǒng)只蓄熱而不向外供熱:閥門16、25、28關(guān)閉，傳熱介質(zhì)在泵27的作用下進(jìn)入集熱場，被加熱后經(jīng)閥門15進(jìn)入換熱器，同時在泵23作用下高溫冷罐中的儲熱介質(zhì)(熔融鹽等)流經(jīng)換熱器，吸熱后的儲熱介質(zhì)進(jìn)入高溫?zé)峁迌Υ嫫饋?，完成儲熱過程；晚上或白天太陽能不充足而電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，閥門15、26、28關(guān)閉，傳熱介質(zhì)在泵24作用下經(jīng)閥門25,29進(jìn)入換熱器吸熱，同時儲熱介質(zhì)從高溫?zé)峁拊诒?1的作用下進(jìn)入換熱器換熱后進(jìn)入高溫冷罐，傳熱介質(zhì)吸熱后經(jīng)閥門16后分流進(jìn)入兩級高溫加熱器加熱空氣。
[0013]所述透平發(fā)電子系統(tǒng)采用兩級透平膨脹，每級透平采用兩級加熱?？諝鈴膬馐抑斜会尫藕笠来谓?jīng)第一級低溫加熱器被加熱至150-200°C，之后經(jīng)第一級高溫加熱器后進(jìn)行再熱至360-390°C，高溫高壓空氣進(jìn)入高壓透平進(jìn)行膨脹，高壓透平排氣經(jīng)第二級低溫加熱器后溫度升高到150-20(TC，經(jīng)第二級高溫加熱器再熱至360-390°C后進(jìn)入低壓透平膨脹做功，并帶動發(fā)電機發(fā)電，電能輸送至電網(wǎng)。
[0014]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用兩級壓縮，兩級冷卻:由原動機帶動低壓壓氣機和高壓壓氣機壓縮空氣并儲存入儲氣室中，兩級壓氣機出口空氣分別被第一級冷卻器和第二級冷卻器中的蓄熱介質(zhì)冷卻。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。
[0015]本實用新型合理的將絕熱壓縮空氣蓄熱和太陽能蓄熱有機的集成，完全不使用化石燃料，透平進(jìn)口空氣不需要與化石燃料混合燃燒，而是以壓縮儲熱為低溫?zé)嵩?，太陽能蓄熱作為再熱高溫?zé)嵩?，提高集成系統(tǒng)的能源利用效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)示意圖。圖中1-原動機，2-低壓壓氣機，3-第一級冷卻器，4-高壓壓氣機，5-第二級冷卻器，6-儲氣室，7-第一級低溫加熱器，8-第一級高溫加熱器，9-高壓透平，10-第二級低溫加熱器，11-第二級高溫加熱器，12-低壓透平，13-發(fā)電機，14-集熱場，15-閥門，16-閥門，17-高溫?zé)峁蓿?8-換熱器，19-高溫冷鍾，20-閥門，21-栗，22-閥門，23-栗，24-栗，25-閥門，26-閥門，27-栗，28-閥門，29-閥門，30-低溫冷罐，31-低溫?zé)峁蕖?br>【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本實用新型。
[0018]所述絕熱壓縮空氣蓄能與太陽能集成的系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)、透平發(fā)電子系統(tǒng)及太陽能蓄熱子系統(tǒng)。
[0019]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機1、低壓壓氣機2、高壓壓氣機4串聯(lián)連接，低壓壓氣機2輸出通過第一級冷卻器3與高壓壓氣機連接，高壓壓氣機4輸出經(jīng)第二級冷卻器5后進(jìn)入儲氣室6。
[0020]所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)中，第一級冷卻器3和第二級冷卻器5的輸出與低溫?zé)峁?1連接，低溫?zé)峁?1輸出分流經(jīng)第一級低溫加熱器7和第二級低溫加熱器10后與低溫冷罐30連接，低溫冷罐30輸出分流至第一級冷卻器3和第二級冷卻器5。