一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于壓縮空氣蓄能領(lǐng)域，特別涉及一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣蓄能(CAES)是一種可實現(xiàn)電網(wǎng)有效調(diào)峰、可再生能源高效利用的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有效率高、成本低、儲能規(guī)模大、環(huán)境影響小等特點。運用電網(wǎng)低谷的電能或者電網(wǎng)無法消納的可再生能源為動力，帶動壓氣機(jī)壓縮空氣，高壓空氣密封入廢棄礦井、過期油氣井、沉降的海底儲氣罐、山洞或人造儲氣室中；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷，高壓空氣從儲氣室被釋放，通常與天然氣等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，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0003]從能源結(jié)構(gòu)和地理條件分析，CAES在中國華北、西北、東北等三北地區(qū)的發(fā)展?jié)摿κ欠浅＞薮蟮?。在這些地區(qū)，水資源匱乏，成為制約抽水蓄能的發(fā)展的瓶頸。另外，三北地區(qū)地質(zhì)條件穩(wěn)定，適合開采地下礦洞作為儲氣室，同時西北、東北地區(qū)風(fēng)能資源豐富，且電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電消納能力不足。但是我國能源的特點是多煤少油、少氣，三北地區(qū)化石能源中煤炭所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然氣等資源的比例，所以煤炭作為主要消費的一次能源，傳統(tǒng)的CAES對天然氣依賴限制了自身的迅速發(fā)展。在外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)中煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，煤燃燒生成的高溫?zé)煔饧訜嵬钙竭M(jìn)口空氣，無需天然氣的消耗，使之更適合我國能源結(jié)構(gòu)。
[0004]外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:燃煤CAES適合在以煤為主要一次能源的國家及地區(qū)推廣發(fā)展，使得CAES的實踐應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)大，在一定程度上可緩解當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的調(diào)峰壓力；煤的成本遠(yuǎn)低于天然氣，因此燃煤CAES的燃料成本將有所降低，整個系統(tǒng)的成本也隨之降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其包括3個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)；其特征在于當(dāng)電網(wǎng)處于低負(fù)荷，原動機(jī)驅(qū)動四級壓氣機(jī)壓縮空氣，前三級壓氣機(jī)均經(jīng)過冷卻器與后一級壓氣機(jī)串聯(lián)，第四級壓氣機(jī)輸出經(jīng)冷卻器與儲氣室連接；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，儲氣室輸出經(jīng)節(jié)流閥后與回?zé)崞鬟B接，回?zé)崞鬏敵鲞M(jìn)入外燃式加熱器的第一組熱管，熱管輸出進(jìn)入高壓透平膨脹做功，高壓透平的排氣進(jìn)入第二組熱管后與低壓透平連接，兩級透平與發(fā)電機(jī)同軸連接。
[0006]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機(jī)、第一級軸流式壓氣機(jī)、第二級離心式壓氣機(jī)、第三級離心式壓氣機(jī)和第四級離心式壓氣機(jī)串聯(lián)連接；每級壓氣機(jī)的輸出均與水冷卻器連接，第四級冷卻器出口與儲氣室連接，儲氣室一般為廢棄礦井、過期油氣井、沉降的海底儲氣罐、山洞。
[0007]所述外燃式加熱器子系統(tǒng)中的外燃式加熱器是基于熱管式熱風(fēng)爐改進(jìn)的，并采用煙氣循環(huán)方式。煤進(jìn)入爐膛中燃燒生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馀c循環(huán)煙氣混合后與熱管中的空氣進(jìn)行熱交換，從排煙中抽取一部分作為循環(huán)煙氣，送到爐膛的中前部，混合后的煙氣再進(jìn)入熱管換熱器。
[0008]所述燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)由高壓透平、低壓透平、發(fā)電機(jī)串聯(lián)連接，儲氣室出口的冷空氣流經(jīng)節(jié)流閥，之后進(jìn)入回?zé)崞?，回?zé)崞鬏敵鲞M(jìn)入第一組熱管，熱管出口高溫空氣進(jìn)入高壓透平，高壓透平的輸出流經(jīng)第二組熱管后進(jìn)入低壓透平，低壓透平的排氣流經(jīng)回?zé)崞骱笈懦觥Ｆ渲?，高壓透平、低壓透平及發(fā)電機(jī)同軸連接。
[0009]所述外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)組成。當(dāng)電網(wǎng)處于低負(fù)荷或電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電量的消納能力不足時，以富足的電能或者可再生能源為動力帶動原動機(jī)，從而驅(qū)動四級壓氣機(jī)壓縮空氣，并將高壓空氣儲存入儲氣室中，各級壓氣機(jī)出口空氣均經(jīng)過冷卻器；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，高壓冷空氣從儲氣室中被釋放，經(jīng)節(jié)流閥后進(jìn)入回?zé)崞髋c低壓透平的排氣進(jìn)行熱交換，回?zé)崞鞒隹诳諝膺M(jìn)入外燃式加熱器的第一組熱管后溫度升高，之后進(jìn)入高壓透平膨脹做功，高壓透平的排氣流經(jīng)第二組熱管吸熱之后進(jìn)入低壓透平膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能輸送至電網(wǎng)。
[0010]本實用新型的有益效果是使得壓縮空氣蓄能系統(tǒng)更適合在中國迅速發(fā)展。該系統(tǒng)將煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，在外燃式加熱器中，由煤燃燒生成的高溫?zé)煔饧訜釓膬馐裔尫诺睦淇諝?。燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由此更適合在以多煤少油、少氣為能源結(jié)構(gòu)特點的中國發(fā)展，其調(diào)峰能力將對我國電網(wǎng)消納可再生能源發(fā)電、電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)及安全運行產(chǎn)生巨大的積極作用。
【附圖說明】
[0011]圖1是一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]本實用新型提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本實用新型。
[0013]本實用新型的目的是提出一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)組成。所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用四級壓縮，三級間冷和一級后冷方式；所述外燃式加熱器子系統(tǒng)采用循環(huán)煙氣法確保熱管的安全運行；所述發(fā)電子系統(tǒng)中采用兩級透平膨脹，兩級透平與發(fā)電機(jī)同軸連接。
[0014]所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)由原動機(jī)1、第一級軸流式壓氣機(jī)2、第二級離心式壓氣機(jī)3、第三級離心式壓氣機(jī)4和第四級離心式壓氣機(jī)5串聯(lián)連接；每級壓氣機(jī)的輸出均與水冷卻器6連接，第四級冷卻器出口與儲氣室7連接。
[0015]所述外燃式加熱器子系統(tǒng)為煤進(jìn)入爐膛15中燃燒生成高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔馀c循環(huán)煙氣混合后與熱管10、12中的空氣進(jìn)行熱交換，從排煙中抽取一部分作為循環(huán)煙氣，送到爐膛15的中前部，混合后的煙氣再進(jìn)入熱管換熱器。
[0016]所述燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)由高壓透平11、低壓透平13、發(fā)電機(jī)14串聯(lián)連接。儲氣室7出口的冷空氣流經(jīng)節(jié)流閥8，之后進(jìn)入回?zé)崞?，回?zé)崞?輸出進(jìn)入第一組熱管10，熱管10出口高溫空氣進(jìn)入高壓透平11，高壓透平11的輸出流經(jīng)第二組熱管12后進(jìn)入低壓透平13，低壓透平13的排氣流經(jīng)回?zé)崞?后排出。其中，高壓透平11、低壓透平13及發(fā)電機(jī)14同軸連接。
[0017]所述外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)和燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)組成。當(dāng)電網(wǎng)處于低負(fù)荷或?qū)稍偕茉窗l(fā)電量的消納能力不足時，以富足的電能或者可再生能源為動力帶動原動機(jī)1，從而驅(qū)動四級壓氣機(jī)壓縮空氣，并將高壓空氣儲存入儲氣室7中，各級壓氣機(jī)出口空氣均經(jīng)過冷卻器6 ;當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，高壓冷空氣從儲氣室7中被釋放，經(jīng)節(jié)流閥8后進(jìn)入回?zé)崞?與低壓透平13的排氣進(jìn)行熱交換，回?zé)崞?輸出進(jìn)入外燃式加熱器的第一組熱管10，輸出高溫空氣進(jìn)入高壓透平11膨脹做功，高壓透平11的輸出進(jìn)入第二組熱管12換熱之后進(jìn)入低壓透平13膨脹做功，并帶動發(fā)電機(jī)14發(fā)電，電能輸送至電網(wǎng)。
[0018]本實用新型可用其他的不違背本實用新型的思想和主要特征的具體形式來概述。因此，本實用新型的上述實施方案是對本實用新型進(jìn)行說明，并非對實用新型進(jìn)行限定。因此，在與本實用新型的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，包括3個子系統(tǒng):壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)；其特征在于當(dāng)電網(wǎng)處于低負(fù)荷，原動機(jī)(I)驅(qū)動四級壓氣機(jī)壓縮空氣，前三級壓氣機(jī)均經(jīng)過冷卻器(6)與后一級壓氣機(jī)串聯(lián)，第四級壓氣機(jī)輸出經(jīng)冷卻器(6)與儲氣室(7)連接；當(dāng)電網(wǎng)處于峰負(fù)荷時，儲氣室(7)輸出經(jīng)節(jié)流閥(8)后與回?zé)崞?9)連接，回?zé)崞?9)輸出進(jìn)入外燃式加熱器的第一組熱管(10)，熱管(10)輸出進(jìn)入高壓透平(11)膨脹做功，高壓透平(11)的排氣進(jìn)入第二組熱管(12 )后與低壓透平(13 )連接，兩級透平與發(fā)電機(jī)(14)同軸連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其特征是所述壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)采用四級壓縮，三級間冷和一級后冷方式:原動機(jī)(I)、第一級軸流式壓氣機(jī)(2)、第二級離心式壓氣機(jī)(3)、第三級離心式壓氣機(jī)(4)和第四級離心式壓氣機(jī)(5)串聯(lián)連接；每級壓氣機(jī)的輸出均與水冷卻器連接，第四級離心式壓氣機(jī)(5)出口經(jīng)冷卻器(6)后與儲氣室(7)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，其特征是所述燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)主要由高壓透平(11)、低壓透平(13)、發(fā)電機(jī)(14)串聯(lián)連接而成:儲氣室(7)出口的冷空氣經(jīng)節(jié)流閥(8)后進(jìn)入回?zé)崞?9)，回?zé)崞?9)輸出通過第一組熱管(10)連接高壓透平(11 )，高壓透平(11)的輸出經(jīng)第二組熱管(12)后進(jìn)入低壓透平(13)，低壓透平(13)的排氣流經(jīng)回?zé)崞?9)后排出。
【專利摘要】本實用新型公開了屬于壓縮空氣蓄能領(lǐng)域的一種外燃式燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括壓縮空氣蓄能子系統(tǒng)、外燃式加熱器子系統(tǒng)及燃?xì)馔钙桨l(fā)電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)將煤替代傳統(tǒng)燃料天然氣，在外燃式加熱器中，煤燃燒生成的高溫?zé)煔饧訜釓膬馐裔尫诺睦淇諝猓黾油钙匠龉?。燃煤壓縮空氣蓄能系統(tǒng)由此更適合在以多煤少油、少氣為能源結(jié)構(gòu)特點的中國發(fā)展，其調(diào)峰能力將對我國電網(wǎng)消納可再生能源發(fā)電、電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)及安全運行產(chǎn)生巨大的積極作用。
【IPC分類】F02C1/04, F04D25/16
【公開號】CN204691905
【申請?zhí)枴緾N201520180170
【發(fā)明人】劉文毅, 李慶, 滿孝增, 侯勇, 徐鋼
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年3月30日