一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)及方法，屬于蓄能發(fā)電【技術領域】。本發(fā)明利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能、工業(yè)余熱、太陽能等完成增壓蓄能過程；利用水蒸汽與壓縮空氣的混合氣體形成的壓頭驅動工質水流動并使水輪發(fā)電機組做功發(fā)電。本發(fā)明與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，具有對工程地質條件要求低、運行模式靈活、儲能功耗小、儲能發(fā)電效率高、儲能密度高及對多種種類、不同品味能源進行綜合梯級利用的特點。
【專利說明】一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)及方法，特別涉及一種利用空氣及蒸汽混合氣體增壓的抽水蓄能發(fā)電技術，屬于蓄能發(fā)電【技術領域】。

【背景技術】
[0002]可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性、間歇性和電網(wǎng)峰谷差的不斷增大已成為影響電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的重大難題，發(fā)展電力儲能技術是解決上述問題的有效途徑。
[0003]迄今為止能夠實現(xiàn)大規(guī)模(比如100麗以上)商業(yè)應用的電力儲能技術只有抽水蓄能發(fā)電技術和壓縮空氣蓄能發(fā)電技術，不過這兩種電力儲能技術都不同程度的受地質條件限制，無法大規(guī)模廣泛推廣應用。而且上述兩種電力儲能系統(tǒng)的儲能效率不高，造成了大量電能的浪費(根據(jù)相關文獻報道，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的儲能發(fā)電效率最高只能接近70%，常規(guī)抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的儲能發(fā)電效率為77%左右)。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足和缺陷，提出一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)及方法，即利用壓縮空氣及高壓蒸汽的混合氣體增加工質水的表面壓力，并利用該混合氣體壓力作為推動工質水驅動水輪機組的動力，使其既不受地質條件限制，又可進一步提高儲能發(fā)電效率，從而實現(xiàn)大規(guī)模廣泛推廣應用。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，含有高壓儲水罐、水輪發(fā)電機組、抽水泵和水池/水箱，其特征在于:該系統(tǒng)還包括電動機、壓氣機、凝結水箱、增壓泵和二次輔助增壓熱源設備；在所述的高壓儲水罐內安裝有隔離活塞，該隔離活塞將高壓儲水罐隔離為氣空間和水空間兩部分；
[0007]所述電動機與壓氣機通過傳動軸連接，壓氣機的排氣口通過管道和高壓儲水罐進氣閥與高壓儲水罐的氣空間連接；高壓儲水罐的水空間下部設有上水口和凝結水出水口，高壓儲水罐底部設有放水口，放水口通過管道與水輪發(fā)電機組連接，水輪發(fā)電機組的排水管道直接與外部的水池/水箱相連；所述的上水口通過管道、閥門和抽水泵與水池/水箱連接；水空間通過凝結水出水口、閥門和管道與凝結水箱相連；凝結水箱依次通過深入凝結水箱底部的抽水管道、增壓泵、二次輔助增壓熱源設備的進口閥門、二次輔助增壓熱源設備及二次輔助增壓熱源設備的出口閥門與高壓儲水罐的氣空間連接。
[0008]本發(fā)明的技術方案中還包括以下技術特征:
[0009]其中，所述抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)還包括噴水霧化降壓子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括霧化噴水裝置、噴水泵和霧化噴水進口閥門；霧化噴水裝置安裝在氣空間的頂部，該霧化噴水裝置通過管路及霧化噴水進口閥門與噴水泵連接。
[0010]其中，所述的高壓儲水罐的氣空間內設有高壓儲水罐換熱器，在凝結水箱的下部設置有凝結水箱換熱器，所述兩個換熱器均與供熱管網(wǎng)連接。
[0011]其中，所述高壓儲水罐與水池/水箱處在同一水平位置。
[0012]其中，所述的二次輔助增壓熱源設備采用工業(yè)廢熱利用設備、太陽能利用設備和熱泵中的一種或兩者的組合。
[0013]本發(fā)明提供的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0014]1)抽水蓄能過程:該抽水蓄能過程分為以下三個階段:
[0015]a)抽水蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能，驅動抽水泵將水從水池/水箱中抽出，送入到高壓儲水罐的隔離活塞下方的水空間，直至隔離活塞運動到高壓儲水罐一半高度的位置，從而完成對高壓儲水罐的抽水蓄能過程；
[0016]b)壓氣蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動電動機帶動壓氣機工作，將壓縮空氣存儲于隔離活塞上方的氣空間，最終使高壓儲水罐的氣空間內的空氣分壓達到0.5?1.0MPa ；
[0017]c) 二次增壓蓄能階段:利用低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動增壓泵工作，將凝結水箱中的除鹽水輸送至二次輔助增壓熱源設備進行加熱，吸熱后的除鹽水變?yōu)闇囟?30°C -300°C的過熱蒸汽后，送至高壓儲水罐的隔離活塞上方的氣空間，直至高壓儲水罐內氣空間的水蒸汽分壓達到0.5?1.0MPa，并且保證氣空間內蒸汽及空氣的分壓力之比為1:1，形成空氣及水蒸汽的混合氣體，完成二次增壓蓄能；
[0018]2)釋能發(fā)電過程:在電網(wǎng)高峰負荷時，開啟高壓儲水罐底部的放水閥，利用高壓儲水罐內空氣及水蒸汽混合氣體的壓頭，推動隔離活塞向下運動，推動工質水進入水輪發(fā)電機組，驅動水輪發(fā)電機組做功發(fā)電；當高壓儲水罐內空氣及水蒸汽混合氣體推動隔離活塞運動至其行程下限時，發(fā)電過程結束；
[0019]3)利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動噴水泵工作，開啟霧化噴水裝置進口閥門，將除鹽水經(jīng)霧化噴水裝置噴入高壓儲水罐的氣空間，利用霧化水吸收高壓儲水罐氣空間內殘存的熱量，使高壓儲水罐氣空間的水蒸汽迅速凝結，降低高壓儲水罐氣空間壓力，并使凝結水匯聚于隔離活塞的上方；
[0020]4)打開高壓儲水罐凝結水放水閥門，利用高壓儲水罐內的自然壓力使凝結水自動流入凝結水箱。
[0021]本發(fā)明所述方法中，其特征在于，抽水蓄能和壓氣蓄能的時間段安排在夜間0:00 ?5:00 ;
[0022]其中，二次增壓蓄能階段分為三種情況:若利用工業(yè)廢熱作為二次輔助增壓熱源，則該時間段上午為6:00?10:00 ;若利用太陽能作為二次輔助增壓熱源，則該時間段為白天日照良好、且電網(wǎng)非高峰負荷階段，即該時間段為上午10:00?12:00 ;若利用熱泵機組從周圍環(huán)境獲取熱量，則該時間段安排在早上5:00?6:00。釋能發(fā)電過程的時間段為13:00 ?22:00。
[0023]本發(fā)明所述方法中，其特征還在于，在高壓儲水罐的氣空間和凝結水箱內分別設置高壓儲水罐換熱器和凝結水箱換熱器，隔離活塞的行程上限為高壓儲水罐換熱器的下沿，隔離活塞行程下限為高壓儲水罐的底部；當隔離活塞運動到其行程下限時，凝結水出水口剛好位于隔離活塞的上方，隔離活塞上方匯集的凝結水通過凝結水出水口排入凝結水箱；經(jīng)換熱后的熱水作為生活熱水或對外供熱。
[0024]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性的技術效果:①儲能功耗小:在存儲相同容量電能及相同邊界條件情況下，與現(xiàn)有的壓縮空氣儲能系統(tǒng)相比，只需給高壓儲水罐很小的初始工作壓力1?2MPa，遠遠低于常規(guī)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲氣壓力9?lOMPa，因而壓縮單位質量空氣的功耗??；與現(xiàn)有的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)相比，由于儲水罐與水源地可在同一水平位置，兩個儲水地之間沒有“高程差”，且不需要長距離輸水管道，因而單位工質的抽水功耗也相對較??；②儲能發(fā)電效率高:本發(fā)明所述系統(tǒng)若單獨利用壓縮空氣進行增壓抽水蓄能發(fā)電時，其儲能發(fā)電效率可以達到83%。基于水蒸汽與壓縮空氣的混合氣體進行增壓抽水蓄能發(fā)電時，其純電能儲能發(fā)電效率可以達到184%。需要特別指出的是:在計算基于水蒸汽與壓縮空氣混合氣體增壓的抽水蓄能發(fā)電的儲能電力效率時，未計入產(chǎn)生蒸汽的能量，該效率指純電能存儲效率，因而該效率才可能大于100%。用于產(chǎn)生蒸汽的能量可來自于工業(yè)廢熱、太陽能或熱泵機組，上述能量屬于低品位、能量密度低的能量，對于儲存高品位的電能來說，我們將其看做可免費獲得的能源，故將其忽略；③儲能密度高:由于本發(fā)明所述系統(tǒng)采用水蒸汽與壓縮空氣增加工質水表面的壓力，高于傳統(tǒng)抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的工質水表面的大氣壓力，利用水蒸汽與壓縮空氣的混合氣體形成的壓頭驅動工質水流動并使水輪發(fā)電機組做功發(fā)電。因而本發(fā)明所述系統(tǒng)的單位工質具有比常規(guī)傳統(tǒng)抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)具有更大的做功能力，也意味著單位容量的儲能空間能存儲更多的能量，因而具有儲能密度大，單位工質發(fā)電功率高的特點；④多種種類、不同品味能源進行綜合梯級利用:本發(fā)明所述系統(tǒng)可綜合利用電網(wǎng)低谷負荷電能、風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能、工業(yè)廢熱、太陽能等多種不同品味的能量，并將上述能量存儲并轉化為電網(wǎng)聞峰負荷的聞價、聞品位的電能。⑤不受地質條件限制:本發(fā)明所述系統(tǒng)采用鋼制儲氣罐作為儲氣與儲水的容器，儲水罐與水源地可在同一水平位置，不需要有“高程差”的兩個儲水地。同時也不需要礦洞作為壓縮空氣的儲氣室。⑥運行模式靈活:本發(fā)明所述系統(tǒng)既可以單獨利用壓縮空氣進行增壓抽水蓄能發(fā)電，也可基于水蒸汽與壓縮空氣的混合氣體進行增壓抽水蓄能發(fā)電，因而本系統(tǒng)具有根據(jù)運行條件及外部約束靈活選擇運行模式的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為利用工業(yè)廢熱輔助增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)。
[0026]圖2為利用太陽能輔助增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)。
[0027]圖3為利用熱泵輔助增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)。
[0028]圖中:各標號清單為:1-電動機；2_壓氣機；3_高壓儲水罐進氣閥；4_高壓儲水罐；5-隔離活塞；6_放水口 ；7_水輪發(fā)電機組；8_抽水泵；9_上水口 ；10_凝結水出水口 ；11-凝結水箱；12-增壓泵；13a-工業(yè)廢熱利用設備；13b-太陽能利用設備；13c_熱泵機組；14-霧化噴水裝置；15-高壓儲水罐換熱器；16-凝結水箱換熱器；17-水池或水箱；18_放氣閥門；19_霧化噴水進口閥門；20_ 二次輔助增壓熱源設備進口閥門；21_高壓儲水罐換熱器進口閥門；22_噴水泵；23_ 二次輔助增壓熱源設備出口閥門；24_氣空間；25_水空間。

【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明提供的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)含有高壓儲水罐4、水輪發(fā)電機組7、抽水泵8和水池/水箱17、電動機1、壓氣機2、凝結水箱11、增壓泵12和二次輔助增壓熱源設備13。電動機1和壓氣機2構成壓縮空氣子系統(tǒng)；凝結水箱11、增壓泵12及二次輔助增壓熱源設備構成蒸汽增壓子系統(tǒng)。在所述的高壓儲水罐4內安裝有隔離活塞5，該隔離活塞將高壓儲水罐隔離為氣空間24和水空間25兩部分。所述電動機1與壓氣機2通過傳動軸連接，壓氣機2的排氣口通過管道和高壓儲水罐進氣閥3與高壓儲水罐4的氣空間24連接；高壓儲水罐的水空間下部設有上水口 9和凝結水出水口 10，高壓儲水罐的底部設有放水口 6，該放水口通過管道與水輪發(fā)電機組7連接，水輪發(fā)電機組7的排水管道直接與外部的水池/水箱17相連；所述的上水口 9通過管道、閥門和抽水泵8與水池/水箱17連接；水空間25通過凝結水出水口 10、閥門和管道與凝結水箱11相連；凝結水箱11依次通過深入凝結水箱底部的抽水管道、增壓泵12、二次輔助增壓熱源設備的進口閥門20、二次輔助增壓熱源設備及二次輔助增壓熱源設備的出口閥門23與高壓儲水罐的氣空間24連接。凝結水出水口 10布置在隔離活塞5行程下限的上方，見虛線位置。
[0030]所述抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)還包括噴水霧化降壓子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括霧化噴水裝置14、噴水泵22和霧化噴水進口閥門19 ;霧化噴水裝置14安裝在氣空間24的頂部，該霧化噴水裝置通過管路及霧化噴水進口閥門19與噴水泵22連接。
[0031]在上述基本結構的基礎上，在聞壓儲水4的氣空間內設直聞壓儲水--!換熱器15，在凝結水箱11水側底部布置凝結水箱換熱器16，所述兩個換熱器均與供熱管網(wǎng)連接。
[0032]另外，所述高壓儲水罐4與水池/水箱17可處在同一水平位置，完全利用水蒸汽與壓縮空氣混合氣體的壓力形成的壓頭驅動工質水流動，推動水輪機發(fā)電。這樣兩個儲水地之間沒有“高程差”，且不需要長距離輸水管道，因而單位工質的抽水功耗也會相對較小。
[0033]本發(fā)明所述的二次輔助增壓熱源設備13可選用多種形式的熱源且熱源可根據(jù)需求或外部條件隨時切換，既可以利用工業(yè)廢熱利用設備13a(作為二次輔助增壓熱源設備，參見圖1 ;也可以利用太陽能利用設備13b(例如太陽能鍋爐)作為二次輔助增壓熱源設備，參見圖2 ;還可以利用熱泵機組13c作為二次輔助增壓熱源設備，參見圖3。無論采用哪種形式的二次輔助增壓熱源，其系統(tǒng)結構、實施方式及運行方式并無區(qū)別。
[0034]本發(fā)明提供的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0035]1)抽水蓄能過程:該抽水蓄能過程分為以下三個階段:
[0036]a)抽水蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能，驅動抽水泵8將水從水池/水箱17中抽出，送入到高壓儲水罐的隔離活塞5下方的水空間，直至隔離活塞運動到高壓儲水罐中間高度位置，從而完成對高壓儲水罐的抽水蓄能過程；
[0037]b)壓氣蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動電動機1帶動壓氣機2工作，壓縮空氣并將其存儲于隔離活塞5上方的氣空間，最終使高壓儲水罐4氣空間的空氣分壓達到0.5?1.0MPa。
[0038]c) 二次增壓蓄能階段:利用低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動增壓泵12工作，將凝結水箱11中的除鹽水輸送至二次輔助增壓熱源設備進行加熱，吸熱后的除鹽水變?yōu)闇囟?30°C _300°C的過熱蒸汽后，送至高壓儲水罐的隔離活塞上方的氣空間24，直至高壓儲水罐內氣空間的水蒸汽分壓達到0.5?1.0MPa，并且保證氣空間內蒸汽及空氣的分壓力之比為1:1，形成空氣及水蒸汽的混合氣體，完成二次增壓蓄能；需要特別指出的是二次輔助增壓熱源形式多樣且可根據(jù)需求及外部條件的不同隨時切換熱源，既可以利用工業(yè)廢熱作為熱源，也可以直接使用太陽能作為熱源，還可以利用熱泵機組從周圍環(huán)境獲得的能量作為輔助熱源。
[0039]2)釋能發(fā)電過程:在電網(wǎng)高峰負荷時(一天的電網(wǎng)負荷高峰時間段:13:00?22:00)，開啟高壓儲水罐4的放水閥6，利用高壓儲水罐4內空氣及水蒸汽混合氣體的壓頭，推動工質水進入水輪發(fā)電機組7，驅動水輪發(fā)電機組7做功發(fā)電。當高壓儲水罐4內空氣及水蒸汽混合氣體推動隔離活塞5運動至其行程下限時，發(fā)電過程結束。
[0040]3)利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動噴水泵22工作，開啟霧化噴水裝置進口閥門19，將除鹽水經(jīng)霧化噴水裝置14噴入高壓儲水罐4的氣空間，利用霧化水吸收高壓儲水罐4氣空間內殘存的熱量，使高壓儲水罐4氣空間的水蒸汽迅速凝結，并匯聚于隔離活塞5的上方，達到降低高壓儲水罐4氣空間壓力的目的；
[0041]4)打開高壓儲水罐凝結水放水閥門10，利用高壓儲水罐內的自然壓力使凝結水自動流入凝結水箱11。
[0042]所述技術方案中，抽水蓄能和壓氣蓄能的時間段一般安排在夜間0:00?5:00 ；二次增壓蓄能階段分為三種情況:若利用工業(yè)廢熱作為二次輔助增壓熱源，則該時間段一般為上午6:00?10:00 ;若利用太陽能作為二次輔助增壓熱源，則該時間段一般為白天日照良好、且電網(wǎng)非高峰負荷階段，即該時間段為上午10:00?12:00 ;若利用熱泵機組從周圍環(huán)境獲取熱量，則該時間段一般安排在早上5:00?6:00。釋能發(fā)電過程的時間段為13:00 ?22:00。
[0043]本發(fā)明所述的隔離活塞5可以在高壓儲水罐內自由移動，隔離活塞5將高壓儲水罐4分隔為氣空間和水空間兩部分。在高壓儲水罐的氣空間和凝結水箱內可分別設置高壓儲水罐換熱器15和凝結水箱換熱器16，兩個換熱器與供熱管網(wǎng)連接，可利用高壓儲水罐4及凝結水箱11的余熱對外供熱，該技術方案既可以實現(xiàn)能源的梯級利用，又可以降低高壓儲水罐4內的溫度，使高壓儲水罐4內殘存的蒸汽快速凝結。
[0044]當高壓儲水罐的氣空間和凝結水箱內分別設置高壓儲水罐換熱器15和凝結水箱換熱器16時，隔離活塞5的行程上限為高壓儲水罐換熱器的下沿，隔離活塞行程下限為高壓儲水罐的底部；當隔離活塞運動到其行程下限時，凝結水出水口 10剛好位于隔離活塞的上方，隔離活塞5上方匯集的凝結水通過凝結水出水口排入凝結水箱11 ;經(jīng)換熱后的熱水作為生活熱水或對外供熱。
【權利要求】
1.一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，含有高壓儲水罐(4)、水輪發(fā)電機組(7)、抽水泵(8)和水池/水箱(17)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括電動機(I)、壓氣機(2)、凝結水箱(11)、增壓泵(12)和二次輔助增壓熱源設備(13);在所述的高壓儲水罐(4)內安裝有隔離活塞(5)，該隔離活塞將高壓儲水罐隔離為氣空間(24)和水空間(25)兩部分； 所述電動機(I)與壓氣機(2)通過傳動軸連接，壓氣機(2)的排氣口通過管道和高壓儲水罐進氣閥(3)與高壓儲水罐(4)的氣空間(24)連接；高壓儲水罐(4)的水空間下部設有上水口(9)和凝結水出水口(10)，高壓儲水罐(4)底部設有放水口(6)，放水口(6)通過管道與水輪發(fā)電機組(7)連接，水輪發(fā)電機組(7)的排水管道直接與外部的水池/水箱(17)相連；所述的上水口(9)通過管道、閥門和抽水泵⑶與水池/水箱(17)連接；水空間(25)通過凝結水出水口(10)、閥門和管道與凝結水箱(11)相連；凝結水箱(11)依次通過深入凝結水箱底部的抽水管道、增壓泵(12)、二次輔助增壓熱源設備的進口閥門(20)、二次輔助增壓熱源設備及二次輔助增壓熱源設備的出口閥門(23)與高壓儲水罐(4)的氣空間(24)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)還包括噴水霧化降壓子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括霧化噴水裝置(14)、噴水泵(22)和霧化噴水進口閥門(19);霧化噴水裝置(14)安裝在氣空間(24)的頂部，該霧化噴水裝置通過管路及霧化噴水進口閥門(19)與噴水泵(22)連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在所述的高壓儲水罐的氣空間(24)內設有高壓儲水罐換熱器(15)，在凝結水箱(11)的下部設置有凝結水箱換熱器(16)，所述兩個換熱器均與供熱管網(wǎng)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓儲水罐(4)與水池/水箱(17)處在同一水平位置。
5.按照權利要求1、2、3或4所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的二次輔助增壓熱源設備采用工業(yè)廢熱利用設備、太陽能利用設備和熱泵中的一種或兩者的組合。
6.一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于該方法包括如下步驟: I)抽水蓄能過程:該抽水蓄能過程分為以下三個階段: a)抽水蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能，驅動抽水泵(8)將水從水池/水箱(17)中抽出，送入到高壓儲水罐的隔離活塞(5)下方的水空間，直至隔離活塞運動到高壓儲水罐的中間位置，從而完成對高壓儲水罐的抽水蓄能過程； b)壓氣蓄能階段:利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動電動機(I)帶動壓氣機(2)工作，將壓縮空氣存儲于隔離活塞上方的氣空間(24)，最終使高壓儲水罐的氣空間內的空氣分壓達到0.5?1.0MPa ； c)二次增壓蓄能階段:利用低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動增壓泵(12)工作，將凝結水箱(11)中的除鹽水輸送至二次輔助增壓熱源設備進行加熱，吸熱后的除鹽水變?yōu)闇囟?30°C _300°C的過熱蒸汽后，送至高壓儲水罐的隔離活塞上方的氣空間(24)，直至高壓儲水罐內氣空間的水蒸汽分壓達到0.5?1.0MPa,并且保證氣空間內蒸汽及空氣的分壓力之比為1:1，形成空氣及水蒸汽的混合氣體，完成二次增壓蓄能； 2)釋能發(fā)電過程:在電網(wǎng)高峰負荷時，開啟高壓儲水罐底部的放水閥￠)，利用高壓儲水罐內空氣及水蒸汽混合氣體的壓頭，推動隔離活塞向下運動，推動工質水進入水輪發(fā)電機組(7)，驅動水輪發(fā)電機組做功發(fā)電；當高壓儲水罐內空氣及水蒸汽混合氣體推動隔離活塞運動至其行程下限時，發(fā)電過程結束； 3)利用電網(wǎng)低谷電能或風電廠的“后夜風”所產(chǎn)生的電能驅動噴水泵(22)工作，開啟霧化噴水裝置進口閥門(19)，將除鹽水經(jīng)霧化噴水裝置(14)噴入高壓儲水罐(4)的氣空間，利用霧化水吸收高壓儲水罐(4)氣空間內殘存的熱量，使高壓儲水罐(4)氣空間的水蒸汽迅速凝結，降低高壓儲水罐(4)氣空間壓力，并使凝結水匯聚于隔離活塞(5)的上方； 4)打開高壓儲水罐凝結水放水閥門(10)，利用高壓儲水罐內的自然壓力使凝結水自動流入凝結水箱(11)。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于，抽水蓄能和壓氣蓄能的時間段安排在夜間0:00?5:00 ; 二次增壓蓄能階段分為三種情況:若利用工業(yè)廢熱作為產(chǎn)汽增壓的熱源，則該時間段上午為6:00?10:00;若利用太陽能作為產(chǎn)汽增壓的熱源，則該時間段為白天日照良好、且電網(wǎng)非高峰負荷階段，即該時間段為上午10:00?12:00 ;若利用熱泵機組從周圍環(huán)境獲取熱量，則該時間段安排在早上的5:00?6:00。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于，釋能發(fā)電過程的時間段為13:00?22:00。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種基于水蒸汽與空氣增壓的抽水蓄能發(fā)電方法，其特征在于，在高壓儲水罐的氣空間和凝結水箱內分別設置高壓儲水罐換熱器(15)和凝結水箱換熱器(16)，隔離活塞(5)的行程上限為高壓儲水罐換熱器的下沿，隔離活塞行程下限為高壓儲水罐的底部；當隔離活塞運動到其行程下限時，凝結水出水口(10)剛好位于隔離活塞的上方，隔離活塞(5)上方匯集的凝結水通過凝結水出水口排入凝結水箱(11);經(jīng)換熱后的熱水作為生活熱水或對外供熱。
【文檔編號】F04B41/02GK104454304SQ201410602591
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】李政, 李運澤, 冉鵬, 王哲, 劉培 申請人:清華大學