[发明专利]一种空气多级膨胀发电系统和方法

说明书

本发明提供一种空气多级膨胀发电系统和方法，系统包括控制器、深冷泵、蒸发器和膨胀发电模块；深冷泵一侧连接液化子系统，另一侧通过蒸发器与膨胀发电模块连接，所述膨胀发电模块还与空气压缩子系统连接；所述膨胀发电模块包括至少两个膨胀机；所述深冷泵、蒸发器和膨胀发电模块均与控制器连接。本发明能够实现进入深冷泵的液化空气流量可调，保持各换热器出口处的空气温度相同且恒定，保证了整个系统冷热能量的充分合理利用，提高了系统的发电效率，满足工艺设计需求，采用多级换热器对进入多级膨胀机的空气进行加热，防止膨胀机内温度过低，影响膨胀机的正常稳定运行，提高了膨胀机的发电效率；确保整个系统在最佳状态稳定运行，发电效率高，避免出现排气压力过高和过低的情况。

技术领域

本发明涉及深冷液化空气储能技术领域，具体涉及一种空气多级膨胀发电系统和方法。

背景技术

电力新能源发电呈高速发展趋势，然而新能源的随机性、间歇性、反调峰性等特点，其大规模并入电网将给系统安全稳定运行、调度等多方面带来不利影响，其中系统调峰能力不足已成为影响电网接纳新能源的主要约束。采用大规模能量型储能技术可提升电网调峰能力，是解决电网弃风限电问题重要手段，同时也能够改善风电对输电通道的占用，提高电网的灵活调控能力。

深冷液化空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，并在电网负荷高峰期，利用释放储罐中的压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。液态空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、占地小不依赖于地理条件等优点。储能时，电能将空气压缩、冷却并液化，同时存储该过程中释放的热能，用于释能时加热空气；释能时，液态空气被加压、气化，推动膨胀发电机组发电，同时存储该过程的冷能，用于储能时冷却空气。

目前，膨胀机作为深冷液化空气储能技术中压缩空气储能发电系统的核心做功部件，对压缩空气储能发电系统的效率具有很大的影响。压缩空气储能发电系统运行过程中，由于储气室的空气压力逐渐下降，为了维持膨胀机进口的压力恒定，通常采用节流阀将空气节流稳定至一个较低的压力，然后进入膨胀机膨胀做功，由于节流阀的使用，导致高压空气的做功能力下降，从而导致整个发电系统的发电效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术中发电效率低的不足，本发明提供一种空气多级膨胀发电系统和方法，包括控制器、深冷泵、蒸发器和膨胀发电模块；所述深冷泵一侧连接液化子系统，另一侧通过蒸发器与膨胀发电模块连接，所述膨胀发电模块还与空气压缩子系统连接；所述膨胀发电模块包括至少两个膨胀机；所述深冷泵、蒸发器和膨胀发电模块均与控制器连接；

所述控制器用于对深冷泵、蒸发器和膨胀发电模块进行控制；

所述深冷泵用于在控制器的控制下，将来自于液化子系统的液化空气进行加压；

所述蒸发器用于在控制器的控制下，将加压后的液化空气进行汽化，得到常温空气；

所述膨胀发电模块用于在控制器的控制下，基于常温空气进行发电。

所述膨胀发电模块包括多级换热器、多级膨胀机和发电机；

膨胀发电模块中各膨胀机间分别设有换热器，各换热器用于加热输入各所述膨胀机的级前空气。

膨胀发电模块还包括发电机；

所有膨胀机均通过传动轴与发电机连接，所述控制器控制膨胀机对经过换热器的空气做功，带动所述传动轴转动，进而带动发电机工作将机械能转换为电能。

所有换热器的输入端与热介质储罐连接，所有换热器的输出端与冷介质储罐连接，用于对通过换热器的空气进行加热。

换热器与膨胀机之间以及第一级换热器与蒸发器之间均通过管道连接；

所述第一级换热器与蒸发器之间的管道上以及换热器与相应的前一级膨胀机之间的管道上均设有温度传感器。