[发明专利]一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统及其运行方法，包括燃气轮机发电单元、压缩空气储能单元、余热锅炉发电单元以及换热单元；燃气轮机发电单元的入口接入压缩空气和燃气，燃气轮机发电单元的烟气出口连通余热锅炉发电单元的烟气入口以及换热单元，换热单元连通余热锅炉发电单元；压缩空气储能单元包括依次连通的空气压缩机组、储气容器及膨胀发电机组，空气压缩机组的排气口与储气容器之间设置吸热单元，储气容器的出气口经换热单元连通膨胀发电机组的工质入口；将燃气轮机与热量利用率较高的压缩气体吸热膨胀过程耦合，达到系统发电量较燃气蒸汽联合循环发电量显著提高的效果，实现储能调峰系统的功能。

技术领域

本发明属于物理储能技术领域，具体涉及一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统及其运行方法。

背景技术

随着社会快速发展，可再生能源发电上网以及居民用电的实时变化，对电网发电侧的调峰要求越来越高，以燃气蒸汽联合循环发电系统配套物理储能技术中的压缩空气储能系统为例，由于传统的压缩空气储能系统是独立设计，在实现系统的设计功能和效果后，将储能系统与发电侧进行容量匹配。而在独立设计完成后的容量匹配过程中，压缩空气储能系统或发电侧的燃气蒸汽联合循环机组性能难以进一步改进，基于协同互补的理念，将压缩空气储能系统的设计建立在已有燃气蒸汽循环的基础上，以实现储能调峰为目的，通过系统的集成提升整体性能的同时降低总成本，将有利于压缩空气储能技术的发展。

在压缩空气储能系统中，压缩热的合理利用以及膨胀气体的加热显著影响着系统储能性能，蓄热设备的使用更是使得压缩空气储能系统成本居高不下，而在燃气循环中，为了充分回收利用燃气轮机出口烟气中的热量，往往配套蒸汽循环进行热量的回收利用，但蒸汽循环回收效率较低。

发明内容

为了解决现有技术中压缩空气储能系统蓄热成本高导致在燃气蒸汽联合循环中难以配套使用实现发电侧调峰的问题，本发明的目的在于提供一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统及其运行方法，通过将压缩空气储能系统的设计建立在已有燃气蒸汽循环的基础上，避免压缩空气储能系统中蓄热设备的使用，同时兼顾压缩热的合理利用和膨胀气体有效加热，实现较低成本的燃气蒸汽循环与压缩空气耦合的储能调峰效果，有助于压缩空气储能技术的推广和应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：一种压缩空气与燃气蒸汽循环集成的调峰系统，包括燃气轮机发电单元、压缩空气储能单元、余热锅炉发电单元以及换热单元；燃气轮机发电单元的入口接入压缩空气和燃气，燃气轮机发电单元的烟气出口连通余热锅炉发电单元的烟气入口以及换热单元的热侧入口，换热单元的热侧出口连通余热锅炉发电单元的省煤器；压缩空气储能单元包括依次连通的空气压缩机组、储气容器及膨胀发电机组，空气压缩机组的排气口与储气容器之间设置吸热单元，储气容器的出气口连通换热单元的冷侧入口，换热单元的冷侧出口连通膨胀发电机组的工质入口；燃气轮机发电单元烟气出口至余热锅炉发电单元和换热单元的管路上设置流量调节阀，余热锅炉的烟气出口连通大气。

空气压缩机组低压压气机和高压压气机，空气压缩机组低压压气机的排气口连接有第一裂解反应器，高压压气机的进气口连通第一裂解反应器的空气出口，高压压气机的排气口连接有第二裂解反应器，第二裂解反应器的空气出口连通储气容器；第一裂解反应器和第二裂解反应器产出介质出口连通燃气轮机发电单元的燃气入口，所述燃气入口处设置流量调节阀。

余热锅炉的烟气出口还连通第一裂解反应器和第二裂解反应器加热介质入口。

第一裂解反应器和第二裂解反应器中裂解气出口处装有高选择性甲醇分离膜，所述高选择性甲醇分离膜为无机二氧化硅分离膜或酚醛树脂基混合基质炭分子筛膜。

换热单元包括高压换热器和低压换热器，膨胀发电机组包括高压膨胀机和低压膨胀机；储气容器出口经高压换热器冷侧连接高压膨胀机进口，高压膨胀机出口经低压换热器冷侧连接低压膨胀机入口；高压膨胀机和低压膨胀机同轴连接发电机，高压换热器和低压换热器采用板式换热器。