本發(fā)明屬于儲(chǔ)能，尤其涉及一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新型電力系統(tǒng)風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)及電量占比不斷提高，高比例可再生能源和電力電子設(shè)備的接入，使得電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出“雙高”特征，高比例可再生能源的接入導(dǎo)致發(fā)電不平衡的問題，高比例電力電子設(shè)備的計(jì)入使得傳統(tǒng)的同步電網(wǎng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)低慣量、低阻尼和電壓支撐能力減弱等問題，削弱了電力系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的應(yīng)變能力。

2、目前，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展能夠在一定程度上解決高比例新能源的接入。電化學(xué)儲(chǔ)能能夠解決短周期電量不平衡問題，但其本身通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)，增加了電力電子設(shè)備的比例。抽水蓄能電站可解決中長周期電量不平衡問題，但水泵、水輪機(jī)共用一臺(tái)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，水泵、水輪機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)三者同軸運(yùn)轉(zhuǎn)，無法提供每日24h的慣量支撐。

3、壓縮空氣儲(chǔ)能可以較好地解決電力系統(tǒng)“雙高”問題。在電量平衡方面，壓縮空氣儲(chǔ)能利用低谷電或棄風(fēng)、棄光電將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為壓縮熱能和壓力勢(shì)能，壓縮熱能存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱單元中，壓力勢(shì)能存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣庫單元中；在用電高峰時(shí)，釋放儲(chǔ)氣裝置中的空氣驅(qū)動(dòng)透平做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將儲(chǔ)熱單元中的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

4、常規(guī)模式下，壓縮空氣儲(chǔ)能主要作用用于電網(wǎng)調(diào)峰，每天僅發(fā)電6小時(shí)，大部分時(shí)間發(fā)電機(jī)都是處于閑置狀態(tài)。同時(shí)，頻繁的啟停也會(huì)對(duì)透平發(fā)電機(jī)造成一定的磨損，降低設(shè)備使用壽命。

5、隨著新能源比例的增加，未來火電機(jī)組比例逐步降低，電力系統(tǒng)中具備旋轉(zhuǎn)慣量的電源越來越少，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不斷被削弱。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)作為一種長時(shí)物理儲(chǔ)能方式，通過機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存，同時(shí)壓縮空氣儲(chǔ)能配置的透平發(fā)電系統(tǒng)自帶旋轉(zhuǎn)部件，具備很好的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐能力，比較適合用于旋轉(zhuǎn)備用、無功支撐場(chǎng)景。

6、為此，本發(fā)明提出一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)路線，支撐新型電力系統(tǒng)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、換熱器、冷卻器、冷水儲(chǔ)罐、熱水儲(chǔ)罐、儲(chǔ)氣庫、再熱器、空氣透平，所述冷水儲(chǔ)罐通過管道輸送冷卻水作用于所述換熱器、冷卻器將壓縮后的空氣降溫，所述熱水儲(chǔ)罐通過管道輸送熱水作用于所述再熱器將壓縮空氣加熱，所述壓縮機(jī)和再熱器之間設(shè)有雙通道，所述雙通道包括直接通道和儲(chǔ)氣通道，所述直接通道控制壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣直接進(jìn)入再熱器，所述儲(chǔ)氣通道控制壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣降溫后進(jìn)入儲(chǔ)氣庫，并控制儲(chǔ)氣庫內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入再熱器；所述系統(tǒng)運(yùn)行的模式包括壓縮儲(chǔ)能模式、膨脹釋能模式、電壓支撐模式和持續(xù)慣量模式，所述系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際需要在所述壓縮儲(chǔ)能模式、膨脹釋能模式、電壓支撐模式和持續(xù)慣量模式間自由切換，通過所述模式間自由切換實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)全天候不間斷運(yùn)行。

4、進(jìn)一步地，在所述持續(xù)慣量模式下，空氣透平發(fā)電機(jī)組處于減負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，通過儲(chǔ)氣庫中壓縮氣體使得發(fā)電機(jī)組處于額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，維持較小有功輸出狀態(tài)，用于每日發(fā)電機(jī)滿功率運(yùn)行之外的空窗時(shí)間。

5、進(jìn)一步地，在所述電壓支撐模式下，壓縮機(jī)處于工作或停止?fàn)顟B(tài)，空氣透平發(fā)電機(jī)組處于電壓支撐模式，空氣透平驅(qū)動(dòng)所需壓縮空氣來自壓縮機(jī)排氣或儲(chǔ)氣庫，利用高溫高壓空氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，通過勵(lì)磁控制系統(tǒng)發(fā)出無功功率，控制勵(lì)磁大小進(jìn)而控制無功功率大小，用于對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)全天候電壓支撐，所述系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)需要隨時(shí)切換至所述電壓支撐模式。

6、進(jìn)一步地，所述壓縮儲(chǔ)能模式用于低谷電、光伏或風(fēng)電資源高發(fā)時(shí)期，利用低谷電、光伏或風(fēng)電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，壓縮機(jī)滿功率運(yùn)行；所述膨脹釋能模式用于電力需求大于供應(yīng)量時(shí)，壓縮機(jī)停止，利用儲(chǔ)氣庫中壓縮空氣驅(qū)動(dòng)空氣透平發(fā)電機(jī)組滿功率運(yùn)行，以發(fā)出有功為主，所述系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際需要在所述壓縮儲(chǔ)能模式、膨脹釋能模式、電壓支撐模式和持續(xù)慣量模式之間自由切換。

7、進(jìn)一步地，所述直接通道為一條直通管，所述直通管兩端分別連接壓縮機(jī)和再熱器，所述直通管上設(shè)有第一閥門。

8、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)氣通道包括冷卻器進(jìn)氣管、冷卻器、冷卻器出氣管、儲(chǔ)氣庫、再熱器進(jìn)氣管，所述冷卻器進(jìn)氣管將壓縮空氣送入冷卻器，所述冷卻器出氣管將壓縮空氣送入儲(chǔ)氣庫，所述再熱器進(jìn)氣管用于將儲(chǔ)氣庫內(nèi)的壓縮空氣送入再熱器，所述冷卻器出氣管上設(shè)有第二閥門，所述再熱器進(jìn)氣管上設(shè)有第三閥門。

9、進(jìn)一步地，冷卻水作用于所述換熱器、冷卻器后得到升溫的熱水，所述升溫的熱水通過管道輸送到所述熱水儲(chǔ)罐，熱水作用于所述再熱器后得到冷卻水，所述冷卻水通過管道輸送到所述冷水儲(chǔ)罐。

10、進(jìn)一步地，所述壓縮機(jī)為3個(gè)，分別為第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)和第三壓縮機(jī)，所述換熱器為2個(gè)，分別第一換熱器和第二換熱器，所述第一壓縮機(jī)、第一換熱器、第二壓縮機(jī)、第二換熱器和第三壓縮機(jī)依次通過管道連接，所述雙通道設(shè)置于所述第三壓縮機(jī)與所述再熱器之間。

11、進(jìn)一步地，所述壓縮儲(chǔ)能模式下，第二閥門為打開狀態(tài)，第三閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，第一閥門按照系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)到適宜大小，使得一定比例壓縮空氣經(jīng)第一閥門進(jìn)入到再熱器，剩余比例的壓縮空氣經(jīng)第二閥門進(jìn)入儲(chǔ)氣庫；

12、所述膨脹釋能模式下，第一閥門和第二閥門關(guān)閉，第三閥門打開，儲(chǔ)氣庫中的壓縮空氣經(jīng)第三閥門進(jìn)入再熱器加熱后驅(qū)動(dòng)空氣透平。

13、進(jìn)一步地，所述電壓支撐模式下，壓縮機(jī)處于工作或停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，第一閥門和第二閥門打開，第三閥門關(guān)閉，壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣中一部分通過第一閥門進(jìn)入再熱器，當(dāng)壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，第一閥門和第二閥門關(guān)閉，第三閥門打開，進(jìn)入再熱器的壓縮空氣來自于儲(chǔ)氣庫；

14、所述持續(xù)慣量模式下，第一閥門和第二閥門關(guān)閉，第三閥門打開，儲(chǔ)氣庫中的壓縮空氣經(jīng)第三閥門進(jìn)入再熱器。

15、有益效果：

16、(1)本發(fā)明公開了一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，在傳統(tǒng)儲(chǔ)能電站有功調(diào)節(jié)為主的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了向有功和無功四象限調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)變，即增加了電壓支撐與持續(xù)慣量功能，完善了壓縮空氣儲(chǔ)能電站的強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)功能，為高比例新能源的新型電力系統(tǒng)提供調(diào)峰調(diào)頻、無功調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)慣量等多方面的構(gòu)網(wǎng)支撐。

17、(2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣儲(chǔ)能電站對(duì)大規(guī)模電能量的吞吐功能，解決電量供需的非實(shí)時(shí)平衡矛盾，以空氣“壓縮儲(chǔ)能-膨脹釋能”循環(huán)實(shí)現(xiàn)電量供需的“削峰填谷”。

18、(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了由常規(guī)儲(chǔ)能模式每日間歇性運(yùn)行方式，向每日24h持續(xù)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)支撐運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，充分利用了空氣透平發(fā)電機(jī)組額定有功輸出以外的空窗時(shí)間，保持空氣透平發(fā)電機(jī)組24h不間斷使用，提高了空氣透平發(fā)電機(jī)組對(duì)交流同步電網(wǎng)的穩(wěn)定支撐功能。

19、(4)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣儲(chǔ)能電站由間歇構(gòu)網(wǎng)型功能向持續(xù)大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型的轉(zhuǎn)變，提出了一種強(qiáng)構(gòu)網(wǎng)型壓縮空氣儲(chǔ)能電站的解決方案。

20、(5)本發(fā)明提出的工作模式，能夠使空氣透平發(fā)電機(jī)組可以保持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，減少機(jī)組啟停，避免頻繁啟停工況下帶來的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，減少給機(jī)組帶來潛在損傷，提高設(shè)備使用壽命。