一種利用caes過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬能量儲存、節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用CAES過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，該有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置同時利用絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)排氣冷能和壓縮機(jī)剩余壓縮熱能，可以實現(xiàn)電能的高效存儲和利用。在傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能的基礎(chǔ)上，本技術(shù)通過熱能、冷能的回收提高了系統(tǒng)的儲能往返效率以及免去了給冷水罐降溫的冷水循環(huán)、減少廢熱水的排放。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)能夠?qū)崿F(xiàn)大容量和長時間電能儲存，絕熱壓縮空氣儲能是一種不依賴燃料的先進(jìn)儲能系統(tǒng)。在運行過程中會產(chǎn)生大量壓縮熱，這部分壓縮熱由于換熱器傳熱溫差的限制，不能夠完全傳遞給釋能過程的壓縮空氣，所以會導(dǎo)致儲熱系統(tǒng)中的儲熱介質(zhì)溫度上升。這會對系統(tǒng)運行效率產(chǎn)生不利影響，解決方法通常是引入額外的冷卻裝置，但這會導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加和熱能的浪費。同時，由于有限換熱溫差導(dǎo)致的熱量品位的降低，導(dǎo)致釋能過程時膨脹機(jī)出口空氣溫度低于大氣溫度，這會導(dǎo)致一部分冷能的浪費。有機(jī)朗肯循環(huán)是一種能夠利用低溫?zé)嵩磳崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能的熱力循環(huán)，尤其是采用非共沸混合工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)適合熱源冷源溫差較小時的運行工況。因此，將絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的剩余壓縮熱(指在釋能過程中，水罐中的熱量傳遞給壓縮空氣之后所剩余的熱量)和絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)中空氣膨脹機(jī)的排氣冷能回收利用，再通過有機(jī)朗肯循環(huán)對外做功、輸出電能就成為了一項有前景的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)，釋能過程時膨脹機(jī)出口空氣溫度低于大氣溫度從而導(dǎo)致部分冷能浪費，以及儲能過程所產(chǎn)生大量壓縮熱，由于換熱器傳熱溫差的限制不能夠完全傳遞給釋能過程的壓縮空氣，從而導(dǎo)致儲熱系統(tǒng)中的儲熱介質(zhì)溫度上升等對系統(tǒng)運行效率產(chǎn)生不利影響，本發(fā)明的目的是利用有機(jī)朗肯循環(huán)在絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)的釋能膨脹階段回收儲能系統(tǒng)中的剩余壓縮熱和排氣冷能，通過熱能、冷能的回收提高了系統(tǒng)的儲能往返效率以及免去了給冷水罐降溫的冷水循環(huán)、減少廢熱水的排放，從而實現(xiàn)電能的尚效存儲和利用。
[0004]本發(fā)明為實現(xiàn)其技術(shù)目的所采取的技術(shù)方案為:
[0005]—種利用CAES過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，與現(xiàn)有絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)配合使用，所述絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括壓縮空氣儲罐、空氣壓縮機(jī)和絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)，所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置在運行時可有效利用所述絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)的排氣冷能和所述空氣壓縮機(jī)剩余壓縮熱，其特征在于:
[0006]—所述絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，所述空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓壓縮空氣儲存在所述壓縮空氣儲罐中，所述空氣壓縮機(jī)運行過程中所產(chǎn)生的壓縮熱部分存儲在一熱水罐中；所述壓縮空氣儲罐的出氣口通過氣體管線經(jīng)過一換熱器的冷側(cè)后與所述絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連通；
[0007]一所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置包括排氣冷能回收器、有機(jī)工質(zhì)栗、有機(jī)工質(zhì)凝汽器、有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)、剩余壓縮熱能回收器和水栗，其中，
[0008]所述排氣冷能回收器設(shè)置于所述絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)后端，所述排氣冷能回收器的進(jìn)氣口與所述絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)的排氣管線連通，所述排氣冷能回收器的排氣口與大氣連通，所述排氣冷能回收器的頂部設(shè)進(jìn)水口，底部設(shè)排水口 ；所述排氣冷能回收器底部的排水口通過管線依次經(jīng)所述水栗、有機(jī)工質(zhì)凝汽器的冷側(cè)后與所述排氣冷能回收器頂部的進(jìn)水口連通；
[0009]所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)的排氣口通過管線依次經(jīng)所述有機(jī)工質(zhì)凝汽器的熱側(cè)、有機(jī)工質(zhì)栗、剩余壓縮熱能回收器的冷側(cè)后與所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連通；
[0010]所述絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的熱水罐出口通過管線依次經(jīng)所述換熱器的熱側(cè)、剩余壓縮熱能回收器的熱側(cè)后與一冷水罐進(jìn)口連通。
[0011 ]優(yōu)選地，所述排氣冷能回收器為噴霧式混合換熱器，其進(jìn)氣口設(shè)置在所述排氣冷能回收器的底部，其排氣口設(shè)置在頂部，其進(jìn)水口為設(shè)置在所述排氣冷能回收器頂部的噴嘴，循環(huán)水通過頂部設(shè)置的噴嘴進(jìn)入所述排氣冷能回收器。
[0012]優(yōu)選地，所述絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)的排氣溫度低于室溫，所述排氣冷能回收器頂部進(jìn)水溫度不低于室溫，所述剩余壓縮熱能回收器熱側(cè)出口水溫為室溫。
[0013]優(yōu)選地，所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置中所使用的有機(jī)工質(zhì)為非共沸混合工質(zhì)。進(jìn)一步地，所述非共沸混合工質(zhì)為由R245fa和R134a組成的混合工質(zhì)。
[0014]優(yōu)選地，所述壓縮空氣儲罐的出氣口處、和/或所述熱水罐出口處設(shè)置有控制閥門。
[0015]優(yōu)選地，所述絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)、和/或所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電裝置機(jī)械連接。
[0016]本發(fā)明的利用CAES過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，其基本結(jié)構(gòu)為:①在傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的絕熱空氣膨脹機(jī)后端增加排氣冷能回收器，該回收器為噴霧式混合換熱器，將空氣的冷能熱傳導(dǎo)至水，此部分冷水進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)凝汽器，用于作為有機(jī)朗肯循環(huán)的冷源;②在傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)釋能過程的冷水罐入口之前，增加剩余壓縮熱能回收器，用以回收無法傳給壓縮空氣的低品位熱能;③剩余壓縮熱能回收器，有機(jī)工質(zhì)凝汽器，有機(jī)工質(zhì)栗和有機(jī)工質(zhì)膨脹，以及非共沸混合工質(zhì)共同構(gòu)成了有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
[0017]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的利用CAES過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置其有益效果:①使用排氣冷能回收器，能將傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)排氣的冷能傳遞給水，水再作為有機(jī)朗肯循環(huán)的冷源，冷能得以回收;②排氣冷能回收器采取的是噴霧式混合換熱器，做到氣側(cè)出口無端差，最大程度減少換熱器火用損失;③使用剩余壓縮熱能回收器，該回收器有兩點益處，一是回收在傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能中不能傳給壓縮空氣的剩余的壓縮熱，二是由于已將水溫降低至室溫，可以省去給冷水罐降溫的冷卻水循環(huán);④使用有機(jī)朗肯循環(huán)，將回收的熱能、冷能轉(zhuǎn)化為電能;⑤選取此熱源冷源條件下的有機(jī)混合物作為有機(jī)朗肯循環(huán)的工質(zhì)，此混合工質(zhì)與熱源冷源都有較高的匹配度，可以減少換熱過程的火用損失。
【附圖說明】
[0018]圖1為釋能膨脹階段的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)示意圖，其中虛線圍住部分是該發(fā)明提出的利用絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)排氣冷能和壓縮機(jī)剩余壓縮熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置；
[0019]圖2為排氣冷能回收器示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖并舉實施例，詳細(xì)描述利用絕熱壓縮空氣膨脹機(jī)排氣冷能和壓縮機(jī)剩余壓縮熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置的運行流程。需要說明的是，以下僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021 ]針對現(xiàn)有絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)，釋能過程時膨脹機(jī)出口空氣溫度低于大氣溫度從而導(dǎo)致部分冷能浪費，以及儲能過程所產(chǎn)生大量壓縮熱，由于換熱器傳熱溫差的限制不能夠完全傳遞給釋能過程的壓縮空氣，從而導(dǎo)致儲熱系統(tǒng)中的儲熱介質(zhì)溫度上升等對系統(tǒng)運行效率產(chǎn)生不利影響，本發(fā)明的目的是利用有機(jī)朗肯循環(huán)在絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)的釋能膨脹階段回收儲能系統(tǒng)中的剩余壓縮熱和排氣冷能，通過熱能、冷能的回收提高了系統(tǒng)的儲能往返效率以及免去了給冷水罐降溫的冷水循環(huán)、減少廢熱水的排放，從而實現(xiàn)電能的尚效存儲和利用。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的利用CAES過程余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，與現(xiàn)有傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)配合使用，絕熱壓縮