[发明专利]基于氢气‑蒸汽涡轮复合循环的储能装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是储能技术领域的技术，具体是一种基于氢气‐蒸汽涡轮复合循环的储能装置。

背景技术

我国是世界上最大的能源消费国，目前开发新能源已经上升为国家战略，而清洁低碳能源是其中重要的发展方向。风能、太阳能发电能够满足低碳环保的要求，在新能源中占据着重要的地位。由于一天中用电量和自然环境因素变化，依靠这类能源提供的电力存在很大的波动，这种供电波动不但对电网运行安全构成威胁，而且不能满足大型工业和现代化城市的需求。因此储能技术已经成为限制风能、太阳能等清洁能源发展应用的关键技术之一。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN104481617A，公开日2015.04.01公开了一种基于氧化还原反应的储能装置。该发明的特点是，该装置包括电解水制氢装置、储氢组件、蒸汽燃气联合循环发电组件和电力系统；储氢组件包括第一冷凝器、气体混合器、储氢罐和蒸汽发生器；蒸汽燃气联合循环发电组件包括燃烧室、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、第一发电机、第二冷凝器和第二发电机；电力系统分别与电解水制氢装置、第一发电机和第二发电机连接。该技术储能装置结构复杂，经电解产生的氢气在储氢装置中需要经过两次化学反应才能真正被用于产热发电，而储氢罐中的氧化和还原反应均需要在严格控制的一定的温度条件下才能进行，进一步降低了该装置的能源利用效率。该技术中的第二冷凝器一方面用作储氢罐中分解高温蒸汽/氢气的冷却场所，同时又承担冷却蒸汽轮机出口蒸汽，以维持蒸汽轮机工作所必须的出口真空度，其技术实现难度很高且容易降低装置的整体寿命。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于氢气‐蒸汽涡轮复合循环的储能装置，该装置利用用电低谷时的多余电力，对增压后的水进行电解，产生氢气和氧气分别存储在气罐中；在用电高峰时将氢气、氧气作为氢气‐蒸汽涡轮复合循环装置的燃料发电，填补电网所需的电力，起到削峰填谷的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：依次串联连接构成循环系统的冷凝器、泵、电解单元、燃气涡轮单元和蒸汽涡轮，其中：燃气涡轮单元包括：气体换热器组件、气体涡轮组件和氢氧燃烧室，其中：气体换热器组件的进气口与分别与电解单元相连，气体换热器组件的出气口与气体涡轮组件相连，气体涡轮组件的出气口分别与氢氧燃烧室相连，氢氧燃烧室出气口与蒸汽涡轮相连，用于加热氢气/氧气的气体换热器组件位于氢氧燃烧室内。

所述的气体换热器组件采用氢气换热器和/或氧气换热器，对应气体涡轮组件采用氢气涡轮和/或氧气涡轮。

所述的电解单元的两个出气口分别与氢氧燃烧室的两个进气口以两条并联形式连接成支路，分别为：

①电解单元的氢气输出端、氢气换热器、氢气涡轮以及氢氧燃烧室的第一进气口依次相连构成氢气支路；

②电解单元的氧气输出端、氧气换热器、氧气涡轮以及氢氧燃烧室的第二进气口依次相连构成氧气支路。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1)结合燃气轮机和蒸汽轮机技术，采用将两者串联连接构成一种新的循环。循环中通过增压水泵增压冷凝水提供循环所需的压力，由于水的不可压缩性，本发明消除了传统燃气轮机中压缩空气的耗功；且该循环采用的是串联结构，不存在传统联合循环中燃气轮机的烟气损失，循环具有较高的循环利用率；

2)燃气涡轮单元中气体涡轮的工质为用多余电力电解水所产生的氢气和氧气，而工质通过换热器从氢氧燃烧室中吸取部分燃烧放热，这使循环更趋于等温过程，进一步提高循环效率；

电解增压水得到的氢气和氧气不仅自身包含压力能，而且以化学能形式将多余电力的能量存储在等当量燃烧的氢气和氧气中。同等储能容量下，本发明的技术路线可以有效控制储气罐体积，有利于降低储能系统的建造成本。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为实施例1中电能还原效率与燃烧室出口温度关系；

图中：燃气涡轮单元A、气体换热器组件B、气体涡轮组件C、储气机构D、水泵1、电解单元2、氢气储气舱3、氧气储气舱4、氢气换热器5、氧气换热器6、氢气涡轮7、氧气涡轮8、氢氧燃烧室9、注水器10、蒸汽涡轮11、冷凝器12。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1