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(shí)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(chǔ)能技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)能規(guī)模大、環(huán)境影響小等特點(diǎn)。傳統(tǒng)CAES原理為運(yùn)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(dòng)力，帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣室中；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷，高壓空氣從儲(chǔ)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(dòng)發(fā)電機(jī)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(chǔ)存起來，這部分熱量在電網(wǎng)高峰時(shí)用來加熱透平進(jìn)口空氣，避免了化石燃料的使用，實(shí)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(jī)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(duì)提高能源利用效率起到積極的作用。
[0004]絕熱CAES中壓氣機(jī)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(jī)壓比都較小，所以本實(shí)用新型提出將絕熱CAES與太陽能蓄熱集成，降低壓氣機(jī)壓比，將壓縮儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有效調(diào)峰、對(duì)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(gè)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(chǔ)熱為低溫?zé)嵩矗柲苄顭釣樵贌岣邷責(zé)嵩?。所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用兩級(jí)壓縮，兩級(jí)冷卻方式；所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)采用兩級(jí)蓄熱；透平發(fā)電子系統(tǒng)采用兩級(jí)透平膨脹，每級(jí)透平采用兩級(jí)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(dòng)機(jī)、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)串聯(lián)連接，低壓壓氣機(jī)輸出通過第一級(jí)冷卻器與高壓壓氣機(jī)連接，高壓壓氣機(jī)輸出經(jīng)第二級(jí)冷卻器后進(jìn)入儲(chǔ)氣室。
[0007]所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)中，第一級(jí)冷卻器和第二級(jí)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(jí)低溫加熱器和第二級(jí)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(jí)冷卻器和第二級(jí)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(jī)同軸連接組成:從儲(chǔ)氣室被釋放的空氣依次流經(jīng)第一級(jí)低溫加熱器及第一級(jí)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(jí)低溫加熱器連接后再與第二級(jí)高溫加熱器連接，第二級(jí)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(chǎng)、高溫?zé)峁蕖⒏邷乩涔?、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(chǎng)吸收太陽能升溫，通過閥門15進(jìn)入換熱器，同時(shí)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(chǔ)熱介質(zhì)經(jīng)閥門20儲(chǔ)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(shí)，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(chǎng)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(shí)，富余電能帶動(dòng)原動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)高壓壓氣機(jī)和低壓壓氣機(jī)壓縮空氣，并儲(chǔ)存入儲(chǔ)氣室中，高壓壓氣機(jī)和低壓壓氣機(jī)出口空氣的熱量由蓄熱介質(zhì)吸收并儲(chǔ)存入低溫?zé)峁拗?；?dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時(shí)，冷空氣從儲(chǔ)氣室被釋放，經(jīng)第一級(jí)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(jí)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(jí)低溫加熱器吸收儲(chǔ)存的壓縮熱，再經(jīng)第二級(jí)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(dòng)發(fā)電機(jī)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(shí)，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(chǎng)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(yùn)作時(shí)，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(chǎng)，被加熱后經(jīng)閥門15進(jìn)入換熱器，同時(shí)在泵23作用下高溫冷罐中的儲(chǔ)熱介質(zhì)(熔融鹽等)流經(jīng)換熱器，吸熱后的儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)入高溫?zé)峁迌?chǔ)存起來，完成儲(chǔ)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(shí)，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(shí)儲(chǔ)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(jí)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(shí)，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(chǎng)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(yùn)作時(shí)，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(chǎng)，被加熱后經(jīng)閥門15進(jìn)入換熱器，同時(shí)在泵23作用下高溫冷罐中的儲(chǔ)熱介質(zhì)(熔融鹽等)流經(jīng)換熱器，吸熱后的儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)入高溫?zé)峁迌?chǔ)存起來，完成儲(chǔ)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(shí)，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(shí)儲(chǔ)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(jí)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(jí)透平膨脹，每級(jí)透平采用兩級(jí)加熱。空氣從儲(chǔ)氣室中被釋放后依次經(jīng)第一級(jí)低溫加熱器被加熱至150-200°C，之后經(jīng)第一級(jí)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(jí)低溫加熱器后溫度升高到150-20(TC，經(jīng)第二級(jí)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(dòng)發(fā)電機(jī)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(jí)壓縮，兩級(jí)冷卻:由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)壓縮空氣并儲(chǔ)存入儲(chǔ)氣室中，兩級(jí)壓氣機(jī)出口空氣分別被第一級(jí)冷卻器和第二級(jí)冷卻器中的蓄熱介質(zhì)冷卻。儲(chǔ)氣室一般為廢棄礦井、過期油氣井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞。
[0015]本實(shí)用新型合理的將絕熱壓縮空氣蓄熱和太陽能蓄熱有機(jī)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(chǔ)熱為低溫?zé)嵩?，太陽能蓄熱作為再熱高溫?zé)嵩矗岣呒上到y(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(dòng)機(jī)，2-低壓壓氣機(jī)，3-第一級(jí)冷卻器，4-高壓壓氣機(jī)，5-第二級(jí)冷卻器，6-儲(chǔ)氣室，7-第一級(jí)低溫加熱器，8-第一級(jí)高溫加熱器，9-高壓透平，10-第二級(jí)低溫加熱器，11-第二級(jí)高溫加熱器，12-低壓透平，13-發(fā)電機(jī)，14-集熱場(chǎng)，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(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)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(gè)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(dòng)機(jī)1、低壓壓氣機(jī)2、高壓壓氣機(jī)4串聯(lián)連接，低壓壓氣機(jī)2輸出通過第一級(jí)冷卻器3與高壓壓氣機(jī)連接，高壓壓氣機(jī)4輸出經(jīng)第二級(jí)冷卻器5后進(jìn)入儲(chǔ)氣室6。
[0020]所述壓縮熱蓄熱子系統(tǒng)中，第一級(jí)冷卻器3和第二級(jí)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(jí)低溫加熱器7和第二級(jí)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(jí)冷卻器3和第二級(jí)冷卻器5。