[发明专利]一种采用高温气热联储装置的压缩空气储能发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及压缩空气储能发电领域，具体涉及一种采用高温气热联储装置的压缩空气储能发电系统。

背景技术

能源领域当前面对的一个挑战性问题，即能量的工程化存储，为解决能量大量存储问题，耗费了大量的人力和财力，能源与电力系统渴望发明一种高密度、长寿命、快响应、无污染且价格合理的储能系统。

近年来，世界范围内电力的生产量持续增加，可再生能源(风能、太阳能等)的生产规模和使用范围正在以惊人的速度增长，截止到2010年底，我国风力发电总装机容量为44.7GW，太阳能发电总装机容量为0.86GW；到2015年和2020年我国风电总装机容量将分别达到130GW和200GW，太阳能发电总装机将分别达到10GW和50GW，但是这种可再生能源的发电特性受到自然条件的约束，特点为间歇性发电和不稳定性发电，以风电为例，2012年我国风电机组平均年利用小时设计值为2300h，实际值为1900h，个别地区甚至不足1500h，导致产生大量弃风电；同时，电力输运网络的建设相对滞后，电网的调峰能力普遍不足，目前已有相当规模的电网由于高峰供电缺额的存在，不得不采取强制性拉闸限电，这阻碍了生产力的发展，而且可能会带来社会问题；在用户端，电力的消耗在一天时间内并不是恒定的，据国家电力调度通信中心统计，我国电网负荷“峰谷差”的幅值逐年增大。这些问题增加了目前电力系统的复杂性，对于智能电网的建设和电网安全性提出了极大的挑战，需要新技术来解决上述问题。

电力储能技术通过一定介质和技术储存电能，在电网负荷需要时将存储能力释放发电供给负荷。在整个过程中，储能和释能是分时进行的，即实现了能量的储存和应用，能够实现“削峰填谷”和平衡电力负荷的作用，储能技术能够改善电能品质，维持电力系统稳定；与可再生能源的耦合可以克服可再生能源并入电网时的间隙性特点，实现稳定的电力输出；根据电价的峰谷差来释储能量，可以提高储能的经济性。

目前已有的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气、蓄电池、液流电池、飞轮和超级电容等。重点考虑储能容量、响应时间、运行费用、投资成本、寿命和环保等因素，迄今在大规模(例如100MW以上)商业电站投入运行的只有抽水蓄能和压缩空气电站两种。抽水蓄能电站利用离峰电力将水以势能形式储存，待电力需求增加时，以水的势能推动发电机组发电，实现蓄能。抽水电站具有技术成熟、容量大、储能时间长等优点，但是抽水电站需要特殊的地理条件，选址极其苛刻，初期投资巨大，导致生态和移民问题，限制因素较多。

作为一种能够实现大规模和长时间储存电能的系统，压缩空气储能系统逐渐受到各国的重视。德国、美国、日本、意大利等发达国家均有压缩空气储能电站正在建设过程中。压缩空气储能发电系统的工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，系统储能，利用系统中的富余电量，压缩机驱动空气压缩机以压缩空气，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰发电量不足时，系统释能，储气装置将储气空间内的压缩空气释放出来，带动发电机发电，完成了电能—空气势能—电能的转化。

为了提高电能的转化率，需要提高气体的做功能力，传统的压缩空气储能方式需要外热源加热压缩空气或者通过燃料燃烧额外补充热量；采用回热形式的压缩空气储能方式，将压缩热储存为中间介质的热能，通过回热形式，将热量反馈给透平侧气体提高压缩空气做功能力。

传统的压缩空气储能发电系统，需要将得到的气热分离。采用外热源加热压缩空气补充热量，需要额外的燃烧过程。从燃烧过程中得到的热量高，流程成熟，但是燃烧产生的污染物排放问题是无法避免的制约因素，传统的燃气轮机透平会产生大量碳排放物，需要对于碳排放物进一步处理，对于当前环境问题的综合考虑和经济效益都是不利的。而采用回热形式的压缩空气储能方式，需要将热量存储和利用，在热量储存、热量传递和热量转化过程中，会有相当一部分热量损失，影响系统效率。如果能将高温压缩空气直接储存，实现高压高温气体的直接利用，可以大大提高系统的整体效率。

发明内容

本发明的目的是采用一种高温气热联储装置，实现高压空气在储存装置内的高温储存，提高气体在透平发电机组的做功能力，从而提高系统的整体效率，同时高温气热联储装置可以作为一种储热装置，向外输出热量。