一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统的制作方法

所属本技术属于火力发电及压缩空气储能，具体涉及一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统。

背景技术：

1、当前，我国的电力行业仍以煤电机组为主，若要实现双碳目标，核心是在未来构建以新能源为主体的新型电力系统，即在现有基础上加大可再生能源的比重。随着能源结构优化和环保要求提高，火电机组需要进一步提升调峰性能并提效节能减排，以适应新能源接入电网的要求。机组深调峰改造包括锅炉及汽机侧主辅系统的改造，目前的技术路线一般是以调峰目标为导向炉跟机模式，在调峰目标导向下，实施主辅设备和系统的改造。相对于汽轮机系统，锅炉系统调峰深度限制因素更多，情况更复杂，对应的锅炉侧改造，缺少系统的、整体的、全面的改造方案，这就带来煤电机组以损耗机组寿命、面临安全风险、牺牲经济性进行深调峰运行。

2、储能技术是支撑我国大规模发展新能源、保障能源安全的关键技术之一。压缩空气储能是以压缩空气为载体进行储能，是一种低成本、大容量的新型电力储能技术。压缩储能时，通过对弃风、弃光、低谷电等的利用来驱动压缩机，从而将空气压缩成高压空气并储存在储气库中。同时压缩过程中的压缩热通过换热器被储热介质回收，存储在蓄热系统中，完成解耦存储。膨胀释能时，通过透平膨胀系统将高压空气释放进行发电，同时利用所回收的压缩热能对膨胀过程进行补热，完成空气压力势能和压缩热能的耦合释能。

3、由于我国推进深度调峰工作时间短，技术、经验普遍不足，不仅造成机组能耗水平大幅增加、经济性下降，而且致使设备损伤，危及安全稳定运行。如何将压缩空气储能系统与燃煤电站耦合，提升燃煤机组的调峰容量和灵活性，助力电力系统低碳化转型，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰系统结构，实现机组深度调峰下的安全、稳定、经济运行。

2、为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，包括压缩空气储能单元、压缩空气释能单元和高温熔盐补热单元。

4、该压缩空气储能单元包括空气压缩机及与空气压缩机相连的第一换热器，该第一换热器的高压气体出口与一储气库相连，该第一换热器的高温介质出口与一高温储热罐相连；

5、该压缩空气释能单元包括与储气库的出气口相连的第二换热器，第二换热器的出口连接设置空气透平，空气透平带动连接发电机，以及该第二换热器的高温介质进口和低温介质出口分别与该高温储热罐和一低温储热罐相连；

6、该高温熔盐补热单元包括设置于第二换热器和空气透平之间的第三换热器，该第三换热器的高温进口与一第四换热器相连。

7、作为优选，该空气压缩机至少包括一级空气压缩机和二级空气压缩机，该第一换热器至少包括一级第一换热器和二级第一换热器，其中该一级空气压缩机的进气口与外部空气连通，该一级空气压缩机的出气口与一级第一换热器相连，该一级第一换热器的出气口与二级空气压缩机相连，该二级空气压缩机的出气口与二级第一换热器相连，该二级第一换热器的出气口与储气库相连通；以及，该一级第一换热器和二级第一换热器的高温介质出口均与该高温储热罐相连。

8、作为优选，该第二换热器至少包括一级第二换热器和二级第二换热器，该空气透平至少包括一级空气透平和二级空气透平，该第三换热器至少包括一级第三换热器和二级第三换热器；其中该一级第二换热器的进气口与该储气库相连通，该一级第二换热器的出气口经过该一级第三换热器与该一级空气透平的进气口相连，该一级空气透平的出气口与该二级第二换热器的进气口相连，该二级第二换热器的出气口经过该二级第三换热器与该二级空气透平的进气口相连，该二级空气透平带动连接发电机。

9、作为优选，该高温储热罐的高温介质出口分别与该一级第二换热器和二级第二换热器的高温进口相连，该一级第二换热器和二级第二换热器的低温出口分别与该低温储热罐的低温进口相连，且该低温储热罐的低温出口分别与该一级第一换热器和二级第一换热器的低温进口相连。

10、作为优选，该高温储热罐的高温出口处设置有高温介质泵，该低温储热罐的低温出口处设置有低温介质泵。

11、作为优选，还设置有低温储罐和高温储罐，该一级第三换热器和二级第三换热器的低温出口与该低温储罐相连，该低温储罐的出口与该第四换热器的低温进口相连，该第四换热器的高温出口与该高温储罐的进口相连，该高温储罐的出口分别与该一级第三换热器和二级第三换热器的高温进口相连。

12、作为优选，该第四换热器的高温进口与锅炉的主汽管道或再热蒸汽系统管道相连，低温出口与除氧器或凝汽器相连。

13、作为优选，在该低温储罐的出口处设置有低温熔盐泵，在该高温储罐的出口处设置有高温熔盐泵。

14、作为优选，该低温储罐和高温储罐同为导热油储罐或同为熔盐储罐。

15、作为优选，该二级空气透平的排气口分别与一次风机入口和二次风机入口相连。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

17、1、本实用新型的技术方案在深刻理解当前深调峰技术路线的基础上，引入压缩空气储能技术，提出了锅炉与汽机能流解耦的思想，在实现深调峰过程中，既达成降碳减排目的，又确保机组安全、稳定、经济运行，是煤电机组真正意义的深调峰技术方案。

18、2、本实用新型采用机炉能流解耦方案，优选从再热蒸汽系统热段抽汽，锅炉工质侧均保持了大流量，深调峰下锅炉的燃烧问题、水动力问题和受热面安全问题得到实质解决。

19、3、现有压缩空气储能，透平入口温度受制于压缩机排气温度，因此系统效率进一步提高受到限制，区别于现有压缩空气储能，本实用新型在回收压缩机排气热量之后，引入外部热源，即设置空气-熔盐(或导热油等介质)换热器，进一步提升透平入口空气温度，从而达到更高的空气透平出力和发电效率，提供了一种压缩空气储能与燃煤机组技术综合应用的新思路。

20、4、本实用新型中的二级空气透平出口与燃煤电站的一次风机入口和二次风机入口相连，回收末级空气透平排气的热量和工质，尤其对于严寒地区，提升风温，保护一次风机和送风机。

21、5、本实用新型中的锅炉与燃煤发电子系统和压缩空气储能系统可单独或一起调峰调频，满足电网深度调峰调频、负荷需求响应快的要求。

22、6、本实用新型中压缩空气储能子系统根据系统热力参数，可选取水、导热油、熔盐等作为储热介质，充分回收和利用压缩热，提高系统工作效率。

技术特征：

1.一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，包括压缩空气储能单元、压缩空气释能单元和高温熔盐补热单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该空气压缩机至少包括一级空气压缩机(1)和二级空气压缩机(2)，该第一换热器至少包括一级第一换热器(3)和二级第一换热器(4)，其中该一级空气压缩机(1)的进气口与外部空气连通，该一级空气压缩机(1)的出气口与一级第一换热器(3)相连，该一级第一换热器(3)的出气口与二级空气压缩机(2)相连，该二级空气压缩机(2)的出气口与二级第一换热器(4)相连，该二级第一换热器(4)的出气口与储气库(8)相连通；以及，该一级第一换热器(3)和二级第一换热器(4)的高温介质出口均与该高温储热罐(6)相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该第二换热器至少包括一级第二换热器(10)和二级第二换热器(13)，该空气透平至少包括一级空气透平(12)和二级空气透平(15)，该第三换热器至少包括一级第三换热器(11)和二级第三换热器(14)；其中该一级第二换热器(10)的进气口与该储气库(8)相连通，该一级第二换热器(10)的出气口经过该一级第三换热器(11)与该一级空气透平(12)的进气口相连，该一级空气透平(12)的出气口与该二级第二换热器(13)的进气口相连，该二级第二换热器(13)的出气口经过该二级第三换热器(14)与该二级空气透平(15)的进气口相连，该二级空气透平(15)带动连接发电机(16)。

4.根据权利要求3所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该高温储热罐(6)的高温出口分别与该一级第二换热器(10)和二级第二换热器(13)的高温进口相连，该一级第二换热器(10)和二级第二换热器(13)的低温出口分别与该低温储热罐(5)的低温进口相连，且该低温储热罐(5)的低温出口分别与该一级第一换热器(3)和二级第一换热器(4)的低温进口相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该高温储热罐(6)的高温出口处设置有高温介质泵(9)，该低温储热罐(5)的低温出口处设置有低温介质泵(7)。

6.根据权利要求4所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，还设置有低温储罐(19)和高温储罐(22)，该一级第三换热器(11)和二级第三换热器(14)的低温出口与该低温储罐(19)相连，该低温储罐(19)的出口与该第四换热器(21)的低温进口相连，该第四换热器(21)的高温出口与该高温储罐(22)的进口相连，该高温储罐(22)的出口分别与该一级第三换热器(11)和二级第三换热器(14)的高温进口相连。

7.根据权利要求6所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该第四换热器(21)的高温进口与锅炉的主汽管道或再热蒸汽系统管道相连，低温出口与除氧器或凝汽器相连。

8.根据权利要求6所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，在该低温储罐(19)的出口处设置有低温熔盐泵(20)，在该高温储罐(22)的出口处设置有高温熔盐泵(23)。

9.根据权利要求6所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该低温储罐(19)和高温储罐(22)同为导热油储罐或同为熔盐储罐。

10.根据权利要求6所述的一种基于压缩空气储能的燃煤电站深度调峰发电系统，其特征在于，该二级空气透平(15)的排气口分别与一次风机(17)入口和二次风机(18)入口相连。

技术总结本技术公开了一种与燃煤电站耦合的压缩空气储能系统及运行方法，包括压缩空气储能单元、压缩空气释能单元和高温熔盐补热单元。该压缩空气储能单元包括空气压缩机及与空气压缩机相连的第一换热器，该第一换热器的高压气体出口与一储气库相连，该第一换热器的高温介质出口与一高温储热罐相连；该压缩空气释能单元包括与储气库的出气口相连的第二换热器，第二换热器的出口连接设置空气透平；该高温熔盐补热单元包括设置于第二换热器和空气透平之间的第三换热器，该第三换热器的高温进口与一第四换热器相连。本技术在回收压缩机排气热量之后，引入外部热源，进一步提升透平入口空气温度，从而达到更高的空气透平出力和发电效率。技术研发人员：吴云,牛苗任,陈永安,张广文,赵耀华,孙凯华,袁照威受保护的技术使用者：中国能源建设股份有限公司技术研发日：20231206技术公布日：2024/6/23