[发明专利]一种压缩空气储能发电系统及其工作方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别是一种压缩空气储能发电系统及其工作方式。

背景技术

近年来，随着电网规模的不断扩大以及风能、太阳能等可再生能源的开发利用，电网的一系列问题也逐渐凸显。

首先，电网存在用电高峰和用电低谷，会出现用电高峰时电能不足、拉间限电和用电低谷时电能浪费的情况。低谷时，虽然电厂具有降低负荷的功能，但以低效率运行为代价；高峰时，调峰燃气轮机电厂可快速启动用于调峰，但调峰时效率较低和平时停机会造成设备的不完全利用。其次，以风电、光电为代表的可再生能源并网后，其自身的间歇性和不稳定性会对电能质量和电力系统运行安全造成不利影响，且电能产生的高峰期与用电高峰期时常不符；因此，电力系统必然会限制其在系统中所占比例，阻碍可再生能源的大规模开发利用。

储能系统是解决上述问题的一种有效方法。首先，储能系统可以将用电低谷期的电能储存起来，在用电高峰时将电能释放，起到削峰填谷的作用，使较少的发电机组在额定工况下连续运行，提高电站热循环效率。其次，储能系统可将具有间歇性和不稳定性的可再生能源储存起来，在用电高峰期稳定释放，促进风电、光电等可再生能源的大规模开发利用。

现有的储能技术主要包括：压缩空气蓄能、抽水蓄能、高效电池蓄能、燃料电池蓄能、飞轮蓄能等。但只有抽水蓄能和压缩空气蓄能可实现100 MW以上的储能，是真正意义上的适合电网调峰的大规模储能技术。其中，抽水蓄能电站是目前应用最为广泛的储能系统，但该储能系统需要特殊的地理条件及丰富的水资源建造两个水库和水坝，选址非常困难，建设周期很长，初期投资巨大，甚至会大面积俺没植被乃至城市，导致生态和移民问题。因此，建造抽水电站受到越来越大的限制。压缩空气储能是另一种能够实现大容量和长时间电能存储的储能技术。它通过压缩空气储存多余的电能，在需要时，高压空气由储气装置释放进入透平膨胀做功发电，或者先进入燃烧室同燃料一起燃烧后再驱动透平发电。 压缩空气储能系统具有储能容量大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点，且可在短时间内以模块化方式建成；压缩空气储能对地理条件和水资源的要求较低，尤其适合在能源丰富且干旱缺水的我国“三北”地区。

根据的热源不同，可将压缩空气储能系统分为燃烧燃料的压缩空气储能系统、带储热的压缩空气储能系统及无热源的压缩空气储能系统。其中，无热源的压缩空气储能系统结构简单，系统输出功率和效率较低，仅应用于微小型系统中。燃料燃烧的压缩空气储能系统主要通过燃料燃烧来提高透平进口气体温度，但其并未回收利用空气压缩过程的压缩热对压缩空气进行加热以提高透平的输出功率，导致该系统的热效率较低。虽然带储热的压缩空气储能系统弥补了前者的缺点，但其热源只是空气压缩过程的压缩热，透平进口的压缩空气温度受到限制，导致该系统的储能密度较低，系统输出功也较小。

此外，油和天然气燃烧效率高，基本没有SO₂排放问题，NO_X以及CO排放水平很低，是较清洁的天然燃料。且在以后相当长一段时间内，化石燃料仍是能源结构的主角，我国石油和天然气消费量在能源消费结构中比例也将大幅度上升，为改善我国能源结构、满足能源需求和环境保护等方面发挥重要的作用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有的储热发电效率低、储热密度低的问题。

技术方案：本发明提供以下技术方案：一种压缩空气储能发电系统及其工作方式，包括压缩空气储存装置，以及与之相连的充能单元和释能单元，所述充能单元包括至少一级空气压缩机，以及与各级空气压缩机相适配的电动机，且靠近各级空气压缩机出口依次设有串联的储热罐和冷却器；释能单元包括储热罐、多级串联的透平、与各级透平相适配的发电机及与末级透平相连的回热器，除末级透平为燃气透平外，其余各级透平均为空气透平；该高效发电系统还包括跨接于回热器出口与各级空气透平出口管路的旁路。

一种采用压缩空气储能发电系统及其工作方式，包括以下步骤：

1）在用电低谷期空气压缩机工作期间，打开所述高效发电系统充能单元储热罐上进出口的开关控制阀，关闭所述系统释能单元储热罐上进出口的开关控制阀；

2）在用电低谷期电加热元件工作期间关闭所述系统的所有开关控制阀；