[发明专利]一种变速恒频压缩空气储能发电系统

说明书

本发明公开了一种变速恒频压缩空气储能发电系统，包括高温压缩机组、储气装置、透平发电机组、变速恒频控制系统、循环冷却水系统以及回热系统；所述高温压缩机组利用低谷电能将空气压缩成高压状态的压缩空气，将高压低温的压缩空气注入储气装置，所述储气装置与透平发电机组相连；所述回热系统用于满足透平发电机组做工的工质温度；所述循环冷却水系统用于压缩机出口气体的二次换热以及高压透平进气的初加热。所述变速恒频控制系统用于将空气透平发电机组输出的机械能通过发电机/电动机运行在发电机状态向外输出变速的电能，将高质量电能输送至电网。从而补偿释能阶段因透平转速波动造成的网侧频率波动，实现变速恒频输出。

技术领域

本发明属于电能储存技术领域，具体涉及一种变速恒频压缩空气储能发电系统。

背景技术

在大力发展风、光等新能源的过程中，其不利影响也逐渐凸显。一方面此类新能源出力具有波动性、间歇性的特点，不利于电网的稳定运行，严重影响风光发电并网；另一方面迅速增加的可再生能源装机容量以及分布式能源发电形式的出现，给新能源消纳、电网调频调峰带来更大的挑战，电网运行愈加复杂，西北、东北等清洁能源渗透水平较高地区，弃风、弃光问题严重，可再生能源消纳形势严峻。储能系统可快速、灵活调节系统功率，因而将各种储能装置应用到电力系统中，是解决上述问题的有效手段之一。

储能最大的优势是可充可放、响应速度快，在一次调频中作用明显，适用于功率型应用。目前作为电量型应用的大容量电储能技术仍然不成熟，较为成熟的抽水蓄能和化学电池储能也只能满足满负荷放电2-4小时，4小时放电的抽水蓄能电站单位造价是火电机组的约1.6倍，4小时放电能力的化学电池储能单位造价是火电机组的约2倍。其中抽水蓄能电站因建址条件及潜在生态环境等因素，发展已渐趋平缓。从技术方面看，锂离子电池在过充、过放、碰撞等外部因素下，可能引发安全问题，另外，由于锂离子电池使用了可燃材料，加剧了事故发生的概率。因此电池储能的安全隐患成了制约其发展的一个重要因素。近年来压缩空气储能(compressed air energy storage，CAES)，因容量大、寿命长、响应速度快等优点引起国内外大型企业及研究机构的高度关注。

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabaticcompressed air energy storage，AA-CAES)是一种通过回收再利用空气压缩热能，摒弃常规CAES技术燃料补燃环节的清洁储能技术。AA-CAES具有效率高、成本低等特点，是目前CAES技术领域的主流趋势之一，其工作原理如图1所示。储能时，AA-CAES利用弃风(光)、低谷电等驱动压缩机，经绝热压缩(压缩系统)回收压缩热，解耦存储空气压力势能(储气库)和压缩热能(蓄热系统)；释能时，通过绝热膨胀(透平系统)利用压缩热能，实现空气压力势能和压缩热能的耦合释能发电。

然而环境条件(如环境温度和压力)的变化会导致系统的非设计运行。非设计运行使CAES系统始终处于非稳态运行状态，给系统的优化运行和控制带来了困难。研究表明，非稳态运行对系统能量效率有明显影响；其次，研究表明，在释能后期，随着储气罐内气压降低，调节阀开度逐渐增大至偏离调节特性区间时，此时透平的转速及发电机出口频率会出现较大幅度的波动。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明提供了一种变速恒频压缩空气储能发电系统，将高质量电能输送至电网，从而补偿释能阶段因透平转速波动造成的网侧频率波动，实现变速恒频输出。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种变速恒频压缩空气储能发电系统，包括高温压缩机组、储气装置、透平发电机组、变速恒频控制系统、循环冷却水系统以及回热系统；

所述高温压缩机组利用低谷电能将空气压缩成高压状态的压缩空气，将高压低温的压缩空气注入储气装置，所述储气装置与透平发电机组相连；

所述回热系统用于满足透平发电机组做工的工质温度；