一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电方法及系统

本发明属于火力发电，特别涉及一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电方法及系统。

背景技术：

1、新能源迅猛发展，然而风电和光伏都是“看天吃饭”，具有波动性和间歇性，且大规模储能技术发展还有待进一步发展成熟，化石能源仍是基础保障性能源。因此，提高火力发电效率既是我国能源领域重大战略需求，也实现“双碳”目标的关键举措。

2、压缩空气储能(caes)技术具有储能容量大、储能周期长、系统效率高、运行寿命长、比投资小等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。压缩空气储能与燃气轮机的结构和工作原理类似，可以组合成高效率的耦合系统，有效利用压缩空气储能可以起到削峰平谷的目的。在用电低谷时，多余电力用来压缩空气并储存在地下洞穴或者地上高压容器等储气装置里；在用电高峰时，压缩空气通过加热之后进入燃烧室燃烧，可减少压缩机功耗，增加燃气发电机出功。

3、因此亟需一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电方法及系统，实现燃机排气余热的梯级利用，将压缩空气储能系统与燃机子系统集成，增强系统运行的灵活性，同时兼顾能量的高效利用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、步骤s1：高温燃机排气先与超超临界燃煤机组空预器耦合，通过进一步加热空气，将部分燃机排气余热直接送入燃煤机组锅炉驱动超超临界参数蒸汽主循环高效发电；

3、步骤s2：中低温燃机排气余热与燃煤机组回热系统耦合，替代部分中低参数的抽汽加热给水和凝结水，增加汽轮机中出功，实现燃机排气余热的梯级利用；

4、步骤s3：将压缩空气储能系统与燃机子系统集成。

5、所述步骤s1具体包括：

6、在燃气轮机子系统中，空气经压气机加压后在燃烧器中与天然气混合后燃烧，产生的高温烟气驱动燃气透平做功，燃气透平的排气首先经9#阀门后进入高温空预器继续加热主空预器出口的空气，然后依次经过1#烟水换热器和2#烟水换热器加热给水，替代蒸汽增加汽轮机出功；

7、在燃煤机组子系统中，锅炉产生高参数蒸汽驱动高压缸、中压缸做功，高压缸、中压缸、低压缸驱动第二发电机发电；主空预器用于加热进入锅炉的空气。

8、所述步骤s2具体包括：

9、在燃煤机组子系统中，中压缸排汽进入低压缸，低压缸排汽进入凝汽器；高压缸、中压缸、低压缸的抽汽通过高压加热器、除氧器、低压加热器加热给水和凝结水，凝汽器中凝结水被凝结水泵送入到低压加热器，除氧器中给水被给水泵加压后送入高压加热器继续加热。

10、所述s2中增加汽轮机中出功的步骤为：

11、燃机透平排气，通过高温空预器将部分热量直接送入锅炉，加热给水以产生高参数蒸汽推动高压缸、中压缸、低压缸做功，通过1#烟水换热器和2#烟水换热器替代抽汽加热回热系统的给水和凝结水，节省出中低参数的蒸汽在高压缸、中压缸、低压缸中做功。

12、所述步骤s3具体包括：

13、在压缩空气储能子系统中，充电模式运行时，打开1#阀门、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门，关闭6#阀门，电动机驱动压气机压缩空气，产生的高压空气流经1#空水换热器、2#空水换热器后进入到储气罐，过程中的压缩热被回收到汽轮机回热系统中，节省出更多抽汽在汽轮机中做功；

14、放电模式运行时，打开7#阀门、8#阀门，减小9#阀门开度，储气罐中的空气经烟空换热器加热后，进入燃烧器中参与燃烧。

15、所述步骤s3还包括：

16、当处于低供电负荷时，燃煤机组的过剩电量通过电动机驱动压气机加压空气，产生的压缩空气通入储气罐储存，过程中的压缩热通过1#空水换热器和2#空水换热器加热给水和凝结水，节省出的蒸汽在高压缸、中压缸、低压缸中做功。

17、所述步骤s3还包括：

18、当处于高供电负荷时，储气罐中的压缩空气经烟空换热器加热后进入到燃烧器中做功，可减少压缩机的功耗，增加第一发电机的出功。

19、本发明的另一个目的是提供一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电系统，其特征在于，包括：燃气轮机子系统、燃煤机组子系统、压缩空气储能子系统；

20、所述燃气轮机子系统包括：压气机与6#阀门、燃烧器、燃气透平串联，同时燃气透平一端连接压气机，另一端连接第一发电机，燃机透平排气口与9#阀门、高温空预器、1#烟水换热器、2#烟水换热器依次串联；

21、所述燃煤机组子系统包括：锅炉通过蒸汽管道与高压缸连接形成回路，锅炉、中压缸、低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器依次串联形成回路，高压缸、中压缸、低压缸又与第二发电机串联；高压缸、中压缸、低压缸的抽汽口分别与高压加热器、除氧器、低压加热器相连；1#烟水回热器与高压加热器并联，2#烟水回热器与低压加热器并联；锅炉与主空预器连接构成回路；

22、所述压缩空气储能子系统包括：电动机与压气机、1#阀门、1#空水换热器、1#空水换热器、储气罐依次串联，1#空水换热器与2#阀门、高压加热器、3#阀门串联构成回路，2#空水换热器与4#阀门、低压加热器、5#阀门串联构成回路；储气罐与烟空换热器、8#阀门、燃烧器依次串联，透平的排气口通过7#阀门与烟空换热器的烟气入口连接。

23、本发明的有益效果在于：

24、应用本发明公开一种集成压缩空气储能的燃气-燃煤联合发电方法及系统，实现燃机排气余热的梯级利用，将压缩空气储能系统与燃机子系统集成，增强系统运行的灵活性，同时兼顾能量的高效利用。燃机排气先与超超临界燃煤机组空预器出口空气耦合，将部分燃机排气余热直接送入燃煤机组锅炉驱动超超临界参数蒸汽主循环高效发电，然后另一部分燃机排气余热与燃煤机组给水回热系统耦合，替代部分中低参数的蒸汽在汽轮机中做功，系统对燃机排气余热利用的效率明显提高；同时将压缩空气储能系统与燃机子系统集成，增加了系统运行的灵活性，具有以下特点：

25、(1)集成系统将燃机排气余热以较高的能级品位回收到燃煤机组中利用，一方面通过布置高温空预器，将部分燃机排汽余热直接回收到燃煤机组锅炉中，增加了燃煤机组锅炉中产生的超超临界参数的主蒸汽量，提升了燃机排气余热回收到燃煤机组中的能级品位；另一方面通过烟水换热器，将另一部分燃机排气余热回收到燃煤机组给水回热系统，替代出部分中低参数的蒸汽在汽轮机中做功，打破了常规余热锅炉对燃机排气余热回收利用过程中的温区限制，使得燃机排气中的余热得到了更为合理的利用。

26、(2)当系统发电量过剩时，对压缩空气储能系统进行充电，可降低系统出功；当系统发电量不足时，压缩空气储能系统处于放电模式运行，可增加系统出功；因此系统具有良好的调峰性能。

27、(3)当充电模式运行时，空气流经两个空水换热器冷却后进入储气罐，空气压缩产生的热量通过加热给水和凝结水回收到汽轮机回热系统，节省出的蒸汽在汽轮机中做功；当放电模式运行时，储气罐中的压缩空气经烟空换热器加热升温后再通入燃烧器，减少燃烧过程的不可逆损失，增加燃机发电机的出功。