一種冷熱電聯(lián)供的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式電能物理儲能系統(tǒng)，特別涉及一種壓縮空氣儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭，可再生能源的利用受到越來越多的重視。在我國，風(fēng)電已經(jīng)成為繼火電、水電后的第三大電能來源?？墒秋L(fēng)能等可再生能源所固有的隨機(jī)性和波動性，給我國發(fā)展新型能源帶來了巨大的挑戰(zhàn)。儲能技術(shù)可以有效提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，進(jìn)而使得電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和風(fēng)電機(jī)組利用率得到提高，減少風(fēng)電棄風(fēng)，提高清潔能源發(fā)電比例，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
[0003]到目前為止，電能儲存技術(shù)可以分為兩大類，一類是物理儲能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲能以及飛輪儲能等；另一類是電化學(xué)儲能，比如電池、燃料電池以及電解氫等。然而，適合大規(guī)模風(fēng)電儲存的成熟技術(shù)只有兩種，抽水蓄能技術(shù)和壓縮空氣儲能技術(shù)。在中國，風(fēng)電富集地區(qū)大都為干旱、缺水地區(qū)，而抽水蓄能技術(shù)需要一定的地理環(huán)境，因此該技術(shù)無法在我國用來大規(guī)模儲存風(fēng)電。壓縮空氣儲能技術(shù)可以克服抽水蓄能的缺點(diǎn)，而且適用于我國北方的風(fēng)電富集地區(qū)，可以很好的解決我國北方風(fēng)電發(fā)展所遇到的瓶頸問題。
[0004]隨著分布式能量系統(tǒng)的發(fā)展以及減小儲氣室容積和提高儲氣壓力的需要，小規(guī)模分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)被人們越來越多的關(guān)注，而分布式供能技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中得到了充分的體現(xiàn)。因此，結(jié)合分布式壓縮空氣儲能技術(shù)與冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的新型復(fù)合系統(tǒng)，具有很好的能源利用率和發(fā)展前景。傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)是一種基于燃?xì)廨啓C(jī)的調(diào)峰電站，利用用電低谷的富余電能將高壓氣體儲存于儲氣裝置內(nèi)，在用電高峰時將高壓氣體從儲氣裝置中釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)中同燃料混合燃燒，驅(qū)動透平膨脹機(jī)發(fā)電。雖然目前適合于分布式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)成熟，但即使是在電廠100%負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，測得其簡單循環(huán)的效率通常很難超過20%，帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)效率可接近30%，而分布式儲能發(fā)電系統(tǒng)卻是經(jīng)常部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必然導(dǎo)致作為燃?xì)鈩恿ρb置的燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行效率更低。此外，我國風(fēng)電富集地區(qū)普遍海拔較高，而燃?xì)廨啓C(jī)的輸出隨海拔的升高而下降，這意味著在我國風(fēng)電富集地區(qū)建立使用燃?xì)廨啓C(jī)為燃?xì)鈩恿ρb置的分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮空氣儲能系統(tǒng)將會消耗更多的燃料，導(dǎo)致系統(tǒng)的燃料成本升高，并且造成對能源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種冷熱電聯(lián)供的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，以解決風(fēng)能利用率較低、傳統(tǒng)壓縮空氣儲能效率較低以及能量利用不充分的問題。本系統(tǒng)還可在降低碳和空氣污染物方面做出巨大貢獻(xiàn)，大大提高能源利用率。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種冷熱電聯(lián)供的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括一個壓縮機(jī)機(jī)組、一個與該壓縮機(jī)機(jī)組輸出相連的高壓儲氣室、一個驅(qū)動主發(fā)電機(jī)的透平膨脹機(jī)機(jī)組，其特征在于，還包括一個制冷機(jī)和一個驅(qū)動副發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)，所述透平膨脹機(jī)機(jī)組由兩級透平膨脹機(jī)串聯(lián)構(gòu)成，共同驅(qū)動主發(fā)電機(jī)發(fā)電；所述高壓儲氣室的出口通過第一換熱器連通透平膨脹機(jī)機(jī)組中的第二透平膨脹機(jī)的進(jìn)口，第二透平膨脹機(jī)的出口通過第一燃燒器連接第一透平膨脹機(jī)的進(jìn)口 ；第一透平膨脹機(jī)的出口連通內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)口，該內(nèi)燃機(jī)的出口與第一換熱器相連，該第一換熱器的出口連通制冷機(jī)的一個進(jìn)口 ；所述燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的缸套循環(huán)水出口通過第二換熱器連通制冷機(jī)的另一個進(jìn)口，或直接輸出供熱水；所述壓縮機(jī)機(jī)組帶有冷卻器，冷卻器的輸出連通制冷機(jī)，或直接輸出供熱水。
[0008]上述方案中，所述第一換熱器與第一透平膨脹機(jī)連接管路中串聯(lián)一個第二燃燒器。
[0009]所述壓縮機(jī)機(jī)組由兩級壓縮機(jī)串聯(lián)共軸連接構(gòu)成，所述冷卻器包括設(shè)置在第一壓縮機(jī)上的級間冷卻器、設(shè)置在第二壓縮機(jī)上的后冷卻器，該級間冷卻器與后冷卻器并聯(lián)連接。
[0010]所述制冷機(jī)為溴化鋰吸收式制冷機(jī)。所述內(nèi)燃機(jī)和燃燒器均以天然氣為燃料。
[0011]本發(fā)明是將壓縮空氣儲能與冷熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的一個系統(tǒng)，其工作原理是:
[0012]壓縮空氣儲能部分:在儲能過程中，該系統(tǒng)利用用戶剩余電能通過電動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)組工作，壓縮常壓下的空氣到高壓下，冷卻水冷卻流經(jīng)中間冷卻器的高壓空氣，冷卻后的高壓空氣存儲在高壓儲氣室中，多個壓縮機(jī)組組成串級系統(tǒng)、且共用一個電動機(jī)；在發(fā)電過程中，預(yù)熱后的氣體通過透平膨脹機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，在透平膨脹機(jī)中完成膨脹做功的氣體進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)中，與天然氣混合燃燒，再次驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，多個透平膨脹機(jī)組成的串級系統(tǒng)共用一個發(fā)電機(jī)。
[0013]冷熱電聯(lián)產(chǎn)部分:在儲能過程中，回收壓縮機(jī)機(jī)組冷卻器收集的熱量，向用戶供熱；在發(fā)電過程中，從高壓儲氣室出來的高壓空氣，經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入透平膨脹機(jī)膨脹做功，透平膨脹機(jī)的出口帶有一定溫度的氣體，沒有直接排向大氣，而是繼續(xù)進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)中，與天然氣在氣缸內(nèi)混合，燃燒對外做功，推動發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)可回收的余熱主要包括排氣及缸套水兩部分。系統(tǒng)利用排氣余熱對高壓儲氣室的出口高壓氣體預(yù)熱，然后進(jìn)入制冷機(jī)進(jìn)行制冷或者供熱；燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸套水加熱后的熱水混合，進(jìn)入溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行制冷或者供熱。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、使用了燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)作為燃?xì)鈩恿ρb置，這與傳統(tǒng)使用燃?xì)廨啓C(jī)作為燃?xì)鈩恿ρb置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的最大區(qū)別在于，在分布式發(fā)電燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置的發(fā)電效率要大大高于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的發(fā)電效率，因此節(jié)省燃料，具有更好的能量利用率，具有更好的綜合利用價值，而且使用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)作為燃?xì)鈩恿ρb置，還有功熱比大，部分負(fù)荷性能較好等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]2、本發(fā)明將壓縮空氣儲能系統(tǒng)與冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合，不僅有效解決了目前我國棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，而且通過冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用，這不僅提高了能源利用率，而且減少碳化物及有害氣體的排放，有很好的發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0017]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]圖1為本發(fā)明冷熱電聯(lián)供的壓縮空氣儲能系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。圖1中標(biāo)號與各部件對應(yīng)關(guān)系如下:1、2、壓縮機(jī)；3、級間冷卻器；4、后冷卻器；5、高壓儲氣室；6、換熱器；7、8、透平膨脹機(jī)；9、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)；10、換熱器；11、溴化鋰制冷機(jī)；12、壓縮機(jī)電機(jī)；13、14、發(fā)電機(jī)；15、燃燒器(可選)；16、燃燒器；17、干燥器。
[0019]圖2為圖1系統(tǒng)的儲能過程原理示意圖。
[0020]圖3為圖1系統(tǒng)的發(fā)電過程原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明冷熱電聯(lián)供的壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括:壓縮機(jī)1、2、級間冷卻器3、后冷卻器4、高壓儲氣室5、換熱器6、10、透平膨脹機(jī)7、8、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)9、溴化鋰制冷機(jī)
11、燃燒器15、16等。壓縮機(jī)機(jī)組1、2實(shí)行串聯(lián)共軸連接，且由同一個壓縮機(jī)電機(jī)12驅(qū)動，壓縮機(jī)I配備級間冷卻器3，而壓縮機(jī)2配備后冷卻器4，級間冷卻器3和后冷卻器4實(shí)行并聯(lián)連接。透平膨脹機(jī)7、8實(shí)行串聯(lián)連接，共同驅(qū)動發(fā)電機(jī)13發(fā)電，當(dāng)兩透平膨脹機(jī)進(jìn)口溫度需要提高時，可分別在透平膨脹機(jī)7、8的入口側(cè)增加以天然氣為燃料的燃燒器15和16，以提高進(jìn)入透平膨脹機(jī)的入口空氣溫度，其中燃燒器15為可選裝置。高壓儲氣室5共有兩條管路，第一條管路與壓縮機(jī)機(jī)組2的出口相連接，在儲能過程中，經(jīng)壓