使用熱電站發(fā)電的方法和設備的制造方法
【專利摘要】一種借助于熱電站(3)和液體蒸發(fā)設備來用于發(fā)電的方法涉及借助于該電站產(chǎn)生熱能，并且使用該熱能來使水蒸發(fā)或者加熱水蒸氣，使所形成的水蒸氣在第一渦輪機(T1)中膨脹并且使用該第一渦輪機來驅(qū)動發(fā)電機(G1)以產(chǎn)生電力，蒸發(fā)來自于低溫儲存器(S)的液化氣體(15)以產(chǎn)生加壓氣體(17)，用旨在用于該電站的第一渦輪機的水蒸氣的一部分再加熱該加壓氣體并且使該加壓流體在第二渦輪機(T2)中膨脹以產(chǎn)生電力。
【專利說明】使用熱電站發(fā)電的方法和設備
[0001]本發(fā)明涉及一種使用熱電站發(fā)電的方法和設備。本發(fā)明還可以涉及一種用于發(fā)電的方法，該方法允許通過使氣體液化來儲存能量。本發(fā)明還涉及用于實施此類方法的設備。
[0002]本發(fā)明的第一目的是以改進的效率發(fā)電。
[0003]本發(fā)明的第二目的是使用電站并且結(jié)合使用液化氣體的電能儲存設施來降低由發(fā)電方法產(chǎn)生的能量的儲存成本。
[0004]在一個熱電站中，通過燃料(煤、天然氣、油、等)的燃燒產(chǎn)生的熱氣體加熱水或水蒸氣以形成有待進料到蒸汽渦輪機中的水蒸氣，該蒸汽渦輪機發(fā)電。這在聯(lián)合循環(huán)中同樣適用，其中在該氣體渦輪機中膨脹的并且仍是熱的燃燒氣體用來加熱水或水蒸氣以形成有待進料到蒸汽渦輪機中的水蒸氣。該蒸汽渦輪機發(fā)電。
[0005]出人意料地觀察到，當由該電站產(chǎn)生的熱量的一部分不是用于該電站的蒸汽渦輪機中，而是用于預加熱有待進料到渦輪機中的氣體時，發(fā)電更有效。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，另外在電力被供給到電力網(wǎng)中時，使用通常用于在電站中發(fā)電的主要的(而不是剩余的)熱能。與電站的蒸汽渦輪機的蒸汽循環(huán)相比，該蒸發(fā)的空氣(或大氣氣體)循環(huán)的優(yōu)異效率用來將更多的能量遞送到電力網(wǎng)。
[0007]在低電力消耗的時段期間，有時需要儲存由該電站產(chǎn)生的熱能。用于這個目的所需要的熱能儲存設施是體積龐大的、昂貴的并且相當難以實施的。
[0008]本發(fā)明提出消除或減少這些儲存設施的尺寸，并且通過用于使空氣或大氣氣體液化的系統(tǒng)至少部分地替代它。
[0009]US-A-2012151961描述了一種用于用于儲存液化空氣的方法。在低電力需求階段期間，空氣被液化并且儲存。在高電力需求階段期間，液態(tài)空氣在優(yōu)化回收冷量的系統(tǒng)中蒸發(fā)以產(chǎn)生驅(qū)動渦輪機產(chǎn)生電力的加壓流體。如果在膨脹前使用余熱加熱該流體，所獲得的能量(以及因此儲存效率)是更有效的。
[0010]在Revue Generale du Froid中作者為Dubettier等人的文章“用于能量儲存和能量供給優(yōu)化的低溫解決方案(Cryogenic Solut1ns for Energy Storage and theOptimizat1n of Energy Supply)”描述了使用余熱加熱蒸發(fā)的空氣.或借助于天然氣燃燒器來增加由空氣的膨脹產(chǎn)生的能量。
[0011 ]在現(xiàn)有技術中描述的解決方案是如下:
[0012]-在低需求的階段期間:
[0013]?使用電能產(chǎn)生液態(tài)空氣
[0014]?儲存可供使用的熱能的一部分用于高需求的時刻，并且用于在膨脹前加熱加壓氣體
[0015]-并且在高需求的階段期間:
[0016].使液化氣體蒸發(fā)，伴隨冷量的回收，以產(chǎn)生加壓氣體
[0017].使用之前儲存的熱能加熱該加壓氣體
[0018]?使該氣體膨脹以產(chǎn)生電力
[0019]在此提出了:不是在低需求階段期間儲存熱能，而是應該導出在高需求階段期間通過電站產(chǎn)生的熱能的一部分:這降低了由該熱電站產(chǎn)生的電力，但是允許由該加壓流體產(chǎn)生的電能的大量增加，該加壓流體已經(jīng)通過由此導出的熱能加熱。
[0020]盡管在這種情況下該能量效率性能稍微受損，但是可以避免非常大規(guī)模的投資以及高度昂貴的熱能儲存設施。
[0021]本發(fā)明的一個目的是通過消除對于儲存設施的需要而降低發(fā)電設備的成本。
[0022]JP-A-56047625描述了一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的方法。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個目的，提出了一種借助于熱電站和液體蒸發(fā)設備發(fā)電的方法，其中:
[0024]a)借助于該熱電站產(chǎn)生熱能，產(chǎn)生氣體，這些氣體中的至少一部分用來使水蒸發(fā)或者加熱水蒸氣，使所形成的水蒸氣在第一渦輪機中膨脹，并且該第一渦輪機用來驅(qū)動一個發(fā)電機以產(chǎn)生電力
[0025]b’)蒸發(fā)源自低溫儲存設施的液化氣體以產(chǎn)生一種加壓氣體
[0026]c)加熱該加壓氣體并且
[0027]d’)使該加壓流體在第二渦輪機中膨脹以產(chǎn)生電力
[0028]e)為了加熱該加壓流體，使用在步驟a)中產(chǎn)生的熱能的一部分來加熱該加壓流體，通過使用來自該熱電站的這些氣體的一部分或有待遞送到該熱電站或核電站的第一渦輪機的水蒸氣的一部分、或有待遞送到該熱電站或該核電站的第一渦輪機中的水蒸氣的熱量的一部分用于加熱該加壓流體，其特征在于，通過燃料的燃燒產(chǎn)生氣體，這些氣體的熱量的一部分用來預加熱有待遞送到該第二渦輪機的流體，并且這些氣體的熱量的另一部分用來加熱遞送到該第一渦輪機的水或水蒸氣，在該第一渦輪機處該水或水蒸氣膨脹產(chǎn)生電力。
[0029]根據(jù)另外的任選的方面:
[0030]-這些氣體的第一部分用來加熱遞送到該第一渦輪機的蒸汽用于膨脹，并且這些氣體的第二部分預加熱該加壓氣體，其中這些氣體的第二部分的流量不超過該第一和第二部分的總和的30 %。
[0031]-這些氣體首先加熱該加壓氣體，并且然后用來加熱被遞送到該第一渦輪機的蒸汽，在那里該蒸汽膨脹。
[0032]-該第一和第二渦輪機結(jié)合產(chǎn)生的電力比分別使用該加熱的流體或這些氣體的全部熱能加熱有待遞送到該第一渦輪機的水或水蒸氣通過該第一渦輪機單獨本將產(chǎn)生的電力更多。
[0033]-通過該第一和/或該第二渦輪機產(chǎn)生的電力被輸送到電力網(wǎng)中。
[0034]-在該第二渦輪機中膨脹的唯一的氣體是該加壓流體。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提出了一種用于發(fā)電和儲存能量的方法，其中:
[0036]i)在第一時段期間，如上所描述地進行操作
[0037]?)在第二時段期間
[0038]a)借助于該熱電站產(chǎn)生熱能，并且該熱能用來發(fā)電
[0039]b)使用由該電站產(chǎn)生的電能和/或機械能來液化該氣體，
[0040]c)將經(jīng)液化的氣體儲存在一個儲存設施中。
[0041 ]根據(jù)另外的任選的方面
[0042]-該第二時段對應于一個具有更低的電力需求的時段和/或一個其中電價比在該第一時段中更低的時段。
[0043]-在該第二時段期間，該第一渦輪機發(fā)電，該電力用來液化該氣體。
[0044]-在該第一時段期間，該氣體不被液化。
[0045]-在該第一時段中，在該第二渦輪機中該儲存的液體不被蒸發(fā)和/或該加壓流體不被膨脹。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一個目的，提供了一種集成的發(fā)電設備，該集成的發(fā)電設備包含具有一個第一渦輪機的熱電站，該第一渦輪機是被連接到用于發(fā)電的裝置上的蒸汽渦輪機，具有第二渦輪機的用于液化氣體并且蒸發(fā)該液化的氣體的一個設備，該第二渦輪機是一種用于使蒸發(fā)的液化氣體膨脹的渦輪機、被連接到用于發(fā)電的裝置上.用于由從該電站到該液化設備轉(zhuǎn)移電能或機械能的裝置，以及用于在該膨脹渦輪機上游(en amont)預加熱蒸發(fā)的液化氣體的裝置，其特征在于該集成的發(fā)電設備包含如下裝置，該裝置用于將以下各項傳送到用于預加熱經(jīng)蒸發(fā)的液化氣體的裝置:
[0047]i)源自該熱電站的這些氣體或水蒸氣或
[0048]ii)由該核反應產(chǎn)生和/或加熱的并且源自該核電站的水蒸氣或
[0049]iii)由該核反應加熱的、源自該核電站的一種流體。
[0050]將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，這些附圖展示了根據(jù)本發(fā)明的一種方法。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示意以及部分的表示，并且圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個變體的細節(jié)。
[0051]在圖1中，為了實施一種用于發(fā)電的方法，與液體蒸發(fā)設備V—起使用電站3，該電站可以是熱電站或核電站。
[0052]在熱電站的情況下，借助于熱電站3產(chǎn)生熱能，該熱電站供應有燃料I(例如煤或天然氣)ο該熱電站產(chǎn)生氣體，這些氣體的至少一部分用來蒸發(fā)水或加熱水蒸氣。因此，該熱電站產(chǎn)生水蒸氣5。
[0053]水蒸氣5的一部分13，包含流量5的至少70%，在第一渦輪機Tl中膨脹，由此經(jīng)膨脹的水蒸氣19然后總體上在冷凝器C中冷凝，然后返回到電站3，并且該第一渦輪機用來驅(qū)動發(fā)動機Gl以產(chǎn)生電力。
[0054]剩下的水蒸氣9，包含該流量5的不超過30%，用來加熱一種蒸發(fā)的低溫液體17，該低溫液體可以是例如空氣或氮氣。經(jīng)蒸發(fā)的液體17由該水蒸氣在該熱交換器E中加熱到超過周圍溫度的溫度，并且被遞送到第二渦輪機T2。該第二渦輪機用來驅(qū)動一個發(fā)電機G2。如果經(jīng)蒸發(fā)的液體17的膨脹在多個步驟中進行，經(jīng)蒸發(fā)的液體17可以在每個步驟之前被加熱。
[0055]這代表本發(fā)明的實施例的最簡單的形式。在這種情況中，在第二渦輪機T2中膨脹的空氣或氮氣可以被排放到大氣中。在熱交換器E中已經(jīng)加熱過氣體17的水蒸氣9可以被送回到電站3中，在適當情況下在冷凝器中冷凝后，該水蒸氣可以與在渦輪機Tl下游(冷凝器C)使用的、或排放到大氣中的水蒸氣相同。
[0056]由這兩個發(fā)電機Gl、G2產(chǎn)生的電力的量超過如果所有的蒸汽5被遞送到該第一渦輪機Tl并且只有發(fā)電機Gl在工作時本將產(chǎn)生的電力的量。
[0057]可以通過采用源自電站3的機械能或電能7來運行用于液化大氣氣體(例如空氣或氮氣)的設備L來以更集成的方式運用該方法。將液化氣體儲存在一個儲存設施S中，并且該儲存的液體被導出用于在蒸發(fā)器V中的蒸發(fā)，以便提供有待在第二渦輪機T2中膨脹的氣體。
[0058]該液化氣體可以是除了大氣不使用氣體之外的氣體，例如天然氣或二氧化碳。
[0059]優(yōu)選地，在第一時段期間，液化設備L，并且該儲存的液體被蒸發(fā)，由蒸汽9加熱并且被遞送到第二渦輪機T2。該時段對應于一個具有更高的電力需求的時段和/或一個其中電價更高的時段。只有該蒸汽的一部分13被遞送到第一渦輪機TI。該部分13構(gòu)成該流量5的至少70 %。
[0060]在第二時段期間，該時段是一個更低的電力需求的時段和/或其中電價比在該第一時段中更低的時段，全部量的蒸汽5被遞送到第一渦輪機Tl，構(gòu)成流量13，該液化設備接收用于使氣體液化的能量7并且儲存經(jīng)液化的氣體。該蒸發(fā)器V和渦輪機T2不使用。沒有該蒸汽的部分被遞送到該熱交換器E。
[0061]—個另外的可能性將是使用這些氣體的一部分在熱交換器E中加熱氣體17，并且使用這些氣體的剩余部分加熱該水蒸氣或水，以便產(chǎn)生用于遞送至第一渦輪機Tl的蒸汽。遞送到熱交換器E的這個氣體的部分將被限制在不超過該總流量的30%，以便允許渦輪機Tl的連續(xù)運轉(zhuǎn)。
[0062]不是將水蒸氣5分為兩部分用于供給渦輪機Tl和該熱交換器E，另一種可能性將是在水蒸氣5在第一渦輪機Tl中膨脹之前，將該水蒸氣首先進料到熱交換器E中。
[0063]這些氣體可以首先被進料到熱交換器E用于加熱氣體17，然后用來加熱有待遞送到第一渦輪機Tl的水蒸氣。
[0064]用于加熱熱交換器E的水蒸氣9可以源自在第一渦輪機Tl中的中間階段。
[0065]如在圖2中示出的，可以使用多個在不同溫度的水蒸氣的流以便在不同的階段加熱經(jīng)蒸發(fā)的液體17。
[0066]為了改進熱交換效率，在圖1中渦輪機Tl包含高壓渦輪機Tl，、中壓渦輪機Tl”和低壓渦輪機Tl” ’。水蒸氣13在這三個串聯(lián)的渦輪機中膨脹，并且該蒸汽在八個不同的壓力水平下被導出。這些蒸汽流中的每一個在熱交換器E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8中加熱經(jīng)蒸發(fā)的液體17以便產(chǎn)生遞送到渦輪機T2的加熱的流。這些熱交換器E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8履行在圖1中的E的作用。同樣，根據(jù)以上描述的原則，渦輪機T2可以包含多個膨脹階段，在每次膨脹之前被再加熱。
[0067]蒸汽流再次被結(jié)合并且遞送到冷凝器C，在那里由最后的渦輪機Tl”’排出的蒸汽19被冷凝。如在圖1中示出的，在冷凝器C中冷凝的蒸汽可以被輸送到該電站3中。
【主權(quán)項】
1.一種借助于熱電站(3)和液體蒸發(fā)設備來發(fā)電的方法，其中: a’)借助于該熱電站產(chǎn)生熱能，產(chǎn)生氣體(5)，這些氣體中的至少一部分被用來使水蒸發(fā)或者加熱水蒸氣，使所形成的水蒸氣在第一渦輪機(Tl)中膨脹，并且使用該第一渦輪機來驅(qū)動一個發(fā)電機(Gl)以產(chǎn)生電力 b’)蒸發(fā)源自一個低溫儲存設施(S)的液化氣體(15)以產(chǎn)生一種加壓氣體(17) c)加熱該加壓氣體，并且 d、)使該加壓流體在第二渦輪機(T2)中膨脹以產(chǎn)生電力 e)為了加熱該加壓流體，使用在步驟a、)中產(chǎn)生的熱能的一部分來加熱該加壓流體，通過使用來自該熱電站的這些氣體的一部分(9)、或有待遞送到該熱電站的第一渦輪機的水蒸氣的一部分、或有待遞送到該熱電站的第一渦輪機的水蒸氣的熱量的一部分來用于加熱該加壓流體，其特征在于，通過燃料的燃燒產(chǎn)生氣體，這些氣體的熱量的一部分被用來預加熱有待遞送到該第二渦輪機(T2)的流體，并且這些氣體的熱量的另一部分被用來加熱遞送到該第一渦輪機(Tl)的水或水蒸氣，在該第一渦輪機處該水或水蒸氣膨脹產(chǎn)生電力。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中這些氣體的第一部分被用來加熱遞送到該第一渦輪機(Tl)的蒸汽以用于膨脹，并且這些氣體的第二部分預加熱該加壓氣體(17)，其中這些氣體的第二部分的流量不超過該第一和第二部分的總和的30%。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中這些氣體首先加熱該加壓氣體，并且然后被用來加熱被遞送到該第一渦輪機(Tl)的蒸汽，在該第一渦輪機中該蒸汽膨脹。4.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中該第一和第二渦輪機(Tl，T2)組合產(chǎn)生的電力比單獨由該第一渦輪機(Tl)分別使用該加熱的流體或這些氣體的全部熱能來加熱有待遞送到該第一渦輪機的水或水蒸氣而本將產(chǎn)生的電力更多。5.如以上權(quán)利要求之一所述的方法，其中在該第二渦輪機(Τ2)中膨脹的唯一氣體是該加壓流體(17)。6.—種用于發(fā)電和儲存能量的方法，其中: i)在第一階段期間，進行如以上權(quán)利要求之一所述的操作 ii)在第二時段期間 a)借助于該熱電站(3)產(chǎn)生熱能，并且使用該熱能來發(fā)電 b、)使用由該電站產(chǎn)生的電能和/或機械能來液化該氣體(7)， c ’)將經(jīng)液化的氣體(15)儲存在一個儲存設施(S)中。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該第二時段對應于更低電力需求的時段和/或其中電價比在該第一時段中更低的時段。8.如權(quán)利要求6和7之一所述的方法，其中，在該第二時段期間，該第一渦輪機(Tl)產(chǎn)生用于液化該氣體的電力。9.如權(quán)利要求6、7和8之一所述的方法，其中，在該第一時段期間，該氣體不被液化。10.如權(quán)利要求6至9之一所述的方法，其中，在該第一時段期間，所儲存的液體(15)不被蒸發(fā)。11.如權(quán)利要求6至10之一所述的方法，其中，在該第一時段期間，在該第二渦輪機(T2)中該加壓流體不被膨脹。12.—種集成的發(fā)電設備，包括:具有第一渦輪機(Tl)的熱電站，該第一渦輪機是被連接到用于發(fā)電的裝置(Gl)上的蒸汽渦輪機，具有第二渦輪機(T2)的用于液化氣體并且蒸發(fā)該液化的氣體的一個設備(L，V)，該第二渦輪機是用于使蒸發(fā)的液化氣體膨脹的渦輪機、被連接至用于發(fā)電的裝置(G2)，用于從該電站到該液化設備轉(zhuǎn)移電能或機械能的裝置，以及用于在該膨脹渦輪機上游預加熱蒸發(fā)的液化氣體(17)的裝置(E)，其特征在于，該集成的發(fā)電設備包括如下裝置:該裝置用于傳送源自該熱電站的氣體或水蒸氣(9)。13.如權(quán)利要求12所述的設備，包括用于將源自該熱電站的氣體傳送到該預加熱裝置的裝置。14.如權(quán)利要求12所述的設備，包括用于將源自該熱電站的水蒸氣傳送到該預加熱裝置的裝置。
【文檔編號】F01K7/38GK106030050SQ201480074339
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】伯諾瓦·達維迪安, 西里爾·潑菲克
【申請人】喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司