一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域的一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種可對(duì)壓縮空氣進(jìn)行降溫儲(chǔ)藏、并將多余熱量進(jìn)行二次利用的高效能壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從目前的科技發(fā)展水平來(lái)看，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)(CAES)和抽水蓄能技術(shù)是能夠?qū)崿F(xiàn)電能大規(guī)模儲(chǔ)存僅有的兩種技術(shù)。由于我國(guó)廣大的西部地區(qū)普遍干旱缺水，抽水蓄能技術(shù)暫無(wú)法采用，因此，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)成為我國(guó)，尤其是西部地區(qū)，對(duì)風(fēng)電進(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)存唯一可以采用的技術(shù)。
[0003]壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在國(guó)外已有30年以上的應(yīng)用和發(fā)展歷史，今天仍在安全運(yùn)行。目前，在運(yùn)行的電站有美國(guó)的阿拉巴馬州電力公司在麥金托什(McIntosh)地區(qū)興建的壓縮空氣儲(chǔ)能電站和德國(guó)的Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
[0004]根據(jù)國(guó)外壓縮空氣儲(chǔ)能電站熱力系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展歷史，大都采用如下第一代技術(shù):電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)為同一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，系統(tǒng)中不帶燃?xì)廨啓C(jī)，電機(jī)、壓縮機(jī)和氣體膨脹機(jī)實(shí)行共軸轉(zhuǎn)動(dòng)，透平發(fā)電機(jī)進(jìn)氣加熱由低壓透平發(fā)電機(jī)排氣余熱和補(bǔ)燃裝置共同完成。
[0005]如圖1所示，其主要技術(shù)方案如下:該系統(tǒng)采用直鏈結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)17與透平發(fā)電機(jī)3共軸，二者共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)60，分別通過(guò)聯(lián)軸器61與驅(qū)動(dòng)電機(jī)60連接。在儲(chǔ)能過(guò)程中，透平發(fā)電機(jī)3與驅(qū)動(dòng)電機(jī)60脫開(kāi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)壓縮機(jī)17工作，向儲(chǔ)氣罐I中輸送帶壓氣體；在發(fā)電過(guò)程中，壓縮機(jī)17與驅(qū)動(dòng)電機(jī)60脫開(kāi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)60為發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)在地下帶壓氣體的推動(dòng)下推動(dòng)透平發(fā)電機(jī)3，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，向電網(wǎng)輸電。
[0006]但是該系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn):需要采用外部熱源向系統(tǒng)補(bǔ)充熱量，但未對(duì)壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量加以回收利用。此外，該系統(tǒng)由于未采用燃?xì)馔钙?，燃料含有的有效能量未被充分利用；系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)換效率不會(huì)很高；由于機(jī)組采用的是直連形式，主機(jī)(壓縮機(jī)17和氣體透平發(fā)電機(jī)3選型受限，不利于設(shè)備的批量化生產(chǎn)。
[0007]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮空氣降溫儲(chǔ)藏、降低儲(chǔ)藏成本和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的目的；再一目的在于，該發(fā)電系統(tǒng)還具有循環(huán)水熱交換系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)將壓縮空氣降溫過(guò)程釋放的熱量二次利用、提高發(fā)電效率的目的。
[0009]本發(fā)明中，為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0010]一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，包括:對(duì)空氣進(jìn)行壓縮生成高壓氣體的壓縮機(jī)組，與壓縮機(jī)組相連接的、儲(chǔ)存高壓氣體的儲(chǔ)氣罐I ;與儲(chǔ)氣罐I相連的、將空氣進(jìn)行加熱生成高溫高壓氣體的空氣加熱器2 ;與空氣加熱器2相連的、利用空氣加熱器2生成的高溫高壓氣體發(fā)電的發(fā)電設(shè)備；
[0011]還包括依次首尾相連構(gòu)成循環(huán)水路的冷水儲(chǔ)存罐20、中間冷卻器18、熱水儲(chǔ)存罐19和空氣預(yù)熱器4 ;壓縮機(jī)組的出氣口經(jīng)中間冷卻器18與儲(chǔ)氣罐I的進(jìn)氣口相連，將流經(jīng)氣體與冷水進(jìn)行熱交換；儲(chǔ)氣罐I的出氣口經(jīng)空氣預(yù)熱器4與空氣加熱器2的進(jìn)氣口相連，將流經(jīng)氣體與熱水進(jìn)行熱交換。
[0012]進(jìn)一步，所述的中間冷卻器18包括相互獨(dú)立的、可進(jìn)行熱交換的兩個(gè)通道；中間冷卻器18的第一通道兩端分別與冷水儲(chǔ)存罐20的出水口和熱水儲(chǔ)存罐19的進(jìn)水口相連通；中間冷卻器18的第二通道兩端分別與壓縮機(jī)組的出氣口和儲(chǔ)氣罐I的進(jìn)氣口相連通。
[0013]進(jìn)一步，所述的空氣預(yù)熱器4包括相互獨(dú)立的、可進(jìn)行熱交換的兩個(gè)通道；空氣預(yù)熱器4的第一通道兩端分別與冷水儲(chǔ)存罐20的進(jìn)水口和熱水儲(chǔ)存罐19的出水口相連通；空氣預(yù)熱器4的第二通道兩端分別與儲(chǔ)氣罐I的出氣口和空氣加熱器2的進(jìn)氣口相連通。
[0014]進(jìn)一步，所述的空氣預(yù)熱器4與空氣加熱器2之間設(shè)有回?zé)崞?0，所述的回?zé)崞?0包括相互獨(dú)立的、可進(jìn)行熱交換的兩個(gè)通道；回?zé)崞?0的第一通道的兩端分別與大氣和發(fā)電設(shè)備的出氣口相連通；回?zé)崞?0的第二通道兩端分別與空氣預(yù)熱器4的出氣口和空氣加熱器2的進(jìn)氣口相連通。
[0015]進(jìn)一步，壓縮機(jī)組由一個(gè)壓縮機(jī)17、或多個(gè)依次相串連的壓縮機(jī)17構(gòu)成。
[0016]進(jìn)一步，各壓縮機(jī)17上分別設(shè)有對(duì)壓縮機(jī)17進(jìn)行冷卻的、供冷卻水流動(dòng)的換熱管路，換熱管路的兩端分別與冷水儲(chǔ)存罐20的出水口和熱水儲(chǔ)存罐19的進(jìn)水口相連通。
[0017]進(jìn)一步，還包括利用利用高壓氣體進(jìn)行發(fā)電的預(yù)膨脹裝置50;儲(chǔ)氣罐I的出氣口與預(yù)膨脹裝置50的進(jìn)氣口相連，預(yù)膨脹裝置50的出氣口與空氣預(yù)熱器4的進(jìn)氣口相連通。
[0018]進(jìn)一步，中間冷卻器18與冷水儲(chǔ)存罐20之間相連接的管路上設(shè)有第一水泵62 ;熱水儲(chǔ)存罐19與空氣預(yù)熱器4之間相連接的管路上設(shè)有第二水泵63。
[0019]進(jìn)一步，所述的空氣加熱器2包括軸線水平延伸的罐體；罐體內(nèi)部空間的兩端分別設(shè)有燃燒室和混合室，燃燒室與混合室的靠近側(cè)相連通；燃燒室遠(yuǎn)離混合室的一端為前端，該端設(shè)有供燃?xì)夂透邏嚎諝膺M(jìn)入的進(jìn)氣噴嘴；燃燒室的側(cè)壁上排布由多列沿罐體軸線間隔設(shè)置的、調(diào)整燃燒室內(nèi)火焰方向的、供高壓氣體流入的導(dǎo)向噴嘴；至少靠近燃燒室后端一列的各導(dǎo)向噴嘴軸線相交于罐體軸線處，使燃燒室噴入混合室的火焰沿罐體軸線方向噴射。
[0020]進(jìn)一步，空氣預(yù)熱器4的第一通道的兩端分別設(shè)有三通閥，其中一個(gè)三通閥分別與冷水儲(chǔ)存罐20的進(jìn)水口和發(fā)電設(shè)備的出氣口相連，另一三通閥分別與熱水儲(chǔ)存罐19的出水口和大氣相連。
[0021]本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的多級(jí)、多程度壓縮，以提高發(fā)電效率的目的；還一目的在于，該發(fā)電系統(tǒng)還具有多個(gè)并和/或串聯(lián)的多個(gè)發(fā)電設(shè)備，達(dá)到依據(jù)壓縮空氣工況令各發(fā)電設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)工作的目的，以實(shí)現(xiàn)提高壓縮空氣使用效率、增大發(fā)電效率的目的。
[0022]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案:
[0023]一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，包括:對(duì)空氣進(jìn)行壓縮生成高壓氣體的壓縮機(jī)組，與壓縮機(jī)組相連接的、儲(chǔ)存高壓氣體的儲(chǔ)氣罐I ;與儲(chǔ)氣罐I相連的、將空氣進(jìn)行加熱生成高溫高壓氣體的空氣加熱器2 ;與空氣加熱器2相連的、利用空氣加熱器生成的高溫高壓氣體發(fā)電的發(fā)電設(shè)備；壓縮機(jī)組由多個(gè)依次相串連的壓縮機(jī)17構(gòu)成；發(fā)電設(shè)備由多個(gè)依次相串連和/或并聯(lián)的透平發(fā)電機(jī)3構(gòu)成。
[0024]進(jìn)一步，還包括依次首尾相連構(gòu)成循環(huán)水路的冷水儲(chǔ)存罐20、中間冷卻器18、熱水儲(chǔ)存罐19和空氣預(yù)熱器4 ;壓縮機(jī)組的出氣口經(jīng)中間冷卻器18與儲(chǔ)氣罐I的進(jìn)氣口相連，將流經(jīng)氣體與冷水進(jìn)行熱交換；儲(chǔ)氣罐I的出氣口經(jīng)空氣預(yù)熱器4與空氣加熱器2的進(jìn)氣口相連，將流經(jīng)氣體與熱水進(jìn)行熱交換。
[0025]進(jìn)一步，各壓縮機(jī)17的進(jìn)氣口分別與上一級(jí)壓縮機(jī)17的出氣口相連通、出氣口分別與下一級(jí)壓縮機(jī)17的進(jìn)氣口相連通；最上級(jí)的壓縮機(jī)17的進(jìn)氣口與大氣相連通，最下級(jí)的壓縮機(jī)17的出氣口與中間冷卻器18相連通。
[0026]進(jìn)一步，各壓縮機(jī)17的出氣口均分別經(jīng)三通閥與中間冷卻器18的進(jìn)氣口和下一級(jí)壓縮機(jī)17的進(jìn)氣口相連通；各壓縮機(jī)17的進(jìn)氣口均分別經(jīng)三通閥與中間冷卻器18的出氣口和上一級(jí)壓縮機(jī)17的出氣口相連通。
[0027]進(jìn)一步，構(gòu)成壓縮機(jī)組的多個(gè)壓縮機(jī)17共用同一驅(qū)動(dòng)電機(jī)60。
[0028]進(jìn)一步，壓縮機(jī)17上分別設(shè)有對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻的、供冷卻水流動(dòng)的換熱管路，換熱管路的兩端分別與冷水儲(chǔ)存罐20的出水口和熱水儲(chǔ)存罐19的進(jìn)水口相連通。
[0029]進(jìn)一步，各透平發(fā)電機(jī)3的進(jìn)氣口分別與上一級(jí)透平發(fā)電機(jī)3的出氣口相連通；最上級(jí)的透平發(fā)電機(jī)3的進(jìn)氣口與空氣加熱器2的出氣口相連通，最下級(jí)的透平發(fā)電機(jī)17的出氣口與排氣裝置和/或大氣相連通。
[0030]進(jìn)一步，各透平發(fā)電機(jī)3上分別設(shè)有對(duì)透平發(fā)電機(jī)3進(jìn)行冷卻的、供冷卻水流動(dòng)的換熱管路，換熱管路的兩端分別為冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口。
[0031]進(jìn)一步，所述的空氣預(yù)熱器4與空氣加熱器2之間設(shè)有回?zé)崞?0，所述的回?zé)崞?0包括相互獨(dú)立的、可進(jìn)行熱交換的兩個(gè)通道；回?zé)崞?0的第一通道的兩端分別與冷水儲(chǔ)存罐20的進(jìn)水口和各透平發(fā)電機(jī)3的冷卻水出口相連通，或回?zé)崞?0的第一通道的兩端分別與各透平發(fā)電機(jī)3的出氣口和大氣相連通；回?zé)崞?0的第二通道兩端分別與空氣預(yù)熱器4的出氣口和空氣加熱器2的進(jìn)氣口相連通。
[0032]進(jìn)一步，各透平發(fā)電機(jī)3的冷卻水進(jìn)口分別與冷水儲(chǔ)存罐20相連通。
[0033]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于:
[0034]在系統(tǒng)中加入了一個(gè)冷水儲(chǔ)存罐和一個(gè)熱水儲(chǔ)存罐、一個(gè)預(yù)膨脹器、一個(gè)回?zé)崞鳎瑝嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大區(qū)別在于最大限度地減低系統(tǒng)對(duì)外界排放熱量中所含的有效能量，回收壓縮機(jī)壓縮過(guò)程中放出的熱量。該系統(tǒng)可以獲得更高的能量轉(zhuǎn)換