燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站的制作方法

本技术涉及储能电站，尤其涉及一种燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站。

背景技术：

1、随着双碳战略目标的推进，可再生发电装机量在持续增加，风电、太阳能发电总装机容量目标提升更是直接将促进风电和光伏两大主要新能源的市场规模扩张，因此新型储能电站有较大的发展空间，急需建设一批与风电和光伏耦合性好的大容量新型储能调峰电站。

2、目前的储能技术主要包括：抽水蓄能、压缩空气储能、电池储能、飞轮储能等，已有的相对成熟的大规模储能技术仅限于抽水蓄能和压缩空气储能。另外，伴随光伏发电和风电的快速发展，除了对调峰电站提出需要以外，电网的动态无功功率补偿问题，也比较突出。目前在建设的光伏电站和风电需要额外配置一定比例容量的动态无功补偿装置(static var generator，简称为svg)，或建设配套的调相机站来确保电网的安全。

3、压缩空气储能(compressed-air energy storage，caes)是指在电网负荷低谷期用电动机带动压缩机将电能转化为压力势能和热能，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动透平发电的储能方式。目前关于压缩空气储能系统的形式也是多种多样，一般可以分为补燃型和非补燃型。非补燃型设计采用多级回热设计，储能过程形成储热和储压力势能，释能过程将储热回馈给进入空气透平膨胀机的新空气。然而，非补燃型压缩空气储能，由于没有补燃，系统的平均吸热温度相对较低，导致周期效率相对较低，因此，提升非补燃型压缩空气储能系统的周期效率是一个重要课题。尽管如此，压缩空气储能因其安全可靠，造价较低，将作为最具发展前景的储能电站发展方向之一。

4、燃气-蒸汽联合循环电站(gas-steam combined cycle power plant，ccpp)是将燃气轮机作为前置透平，由余热锅炉回收燃气轮机的排气余热，产生若干档压力蒸汽，并将蒸汽引入汽轮机，燃气轮机和汽轮机均输出轴功，带动发电机输出电能。燃气-蒸汽联合循环电站能源梯度利用合理，具有发电效率高、调峰性能优异的特点，无论是从支撑电网对新能源的吸纳，还是从节能减排的角度出发，都具有明显的优势。因其高效环保，且具有较强的快速启停能力，目前是电网中最可靠的调峰电源之一。

5、综上所述，新能源占比快速提升后，新能源的吸纳问题特别凸显，对储能、调峰和调相(动态无功补偿)都提出了新的需求。目前可以采用的压缩空气储能方案存在周期效率相对较低的问题，燃气-蒸汽联合循环调峰电站存在只能调峰无法储能的问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是提供一种燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，既能提高压缩空气储能效率，又能提升储能电站的调峰能力。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

3、本实用新型提供一种燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，包括燃气轮机、空气透平膨胀机、发电机、电动机、空气压缩机、储气器和余热回收换热器，储能时，电动机驱动空气压缩机运行，空气压缩机制备的高压压缩空气储存于储气器；调峰时，燃气轮机驱动发电机运行，余热回收换热器回收燃气轮机的排气余热，储气器中的高压压缩空气经过余热回收换热器加热后引入空气透平膨胀机做功，空气透平膨胀机驱动发电机运行。

4、优选地，燃气轮机与发电机之间、空气透平膨胀机与发电机之间均设有自动同步离合器。

5、优选地，发电机配备有静态变频启动装置。

6、优选地，自动同步离合器具备锁定功能，自动同步离合器内部设置一推力轴承，作为发电机转子的限位。

7、优选地，自动同步离合器具有定相位结合功能。

8、优选地，燃气轮机和空气透平膨胀机同轴布置并共用一个发电机，或燃气轮机和空气透平膨胀机分轴布置并分别连接一个发电机。

9、优选地，空气压缩机设有多个，多个空气压缩机依次串联，每个空气压缩机的出口均设有中间冷却器，中间冷却器对空气压缩机的出口排出的高压压缩空气进行冷却，并回收空气压缩机制备的高压压缩空气的热能，中间冷却器回收的热能储存于蓄能器并用于对储气器中的高压压缩空气预热。

10、优选地，储气器与余热回收换热器之间设有预热器，预热器的冷端入口与储气器相连接，预热器的冷端出口与余热回收换热器相连接，预热器的热端入口与蓄能器相连接，预热器的热端出口与中间冷却器通过冷却介质收集器相连接。

11、优选地，冷却介质收集器为冷水收集器，蓄能器为热水蓄能器，冷却介质收集器通过冷水截止阀和冷水泵连接各中间冷却器，蓄能器与预热器的热端入口之间通过热水截止阀和热水泵相连接。

12、优选地，冷却介质收集器、冷水截止阀、冷水泵、中间冷却器、蓄能器、热水截止阀、热水泵和预热器串联成的水冷回路采用高压水冷回路。

13、优选地，冷却介质收集器、冷水截止阀、冷水泵、中间冷却器、蓄能器、热水截止阀、热水泵和预热器串联成的水冷回路采用变压运行。

14、优选地，余热回收换热器为单压非再热型。

15、优选地，余热回收换热器为多压多次再热型，空气透平膨胀机依次设有多级，上一级空气透平膨胀机的排气经过余热回收换热器再热后引入下一级空气透平膨胀机做功。

16、优选地，空气透平膨胀机的再热进气压力不高于5mpa，空气透平膨胀机的额定再热进气温度不高于空气透平膨胀机的最大许用进气温度减15℃。

17、优选地，燃气轮机的燃烧室的燃烧温度不低于1200℃，燃气轮机的排气温度不低于580℃。

18、优选地，燃气轮机的燃烧产生的nox排放量不超过30mg/m3。

19、优选地，空气透平膨胀机的最大许用进气温度不高于燃气轮机的排气温度减15℃，空气透平膨胀机的额定进气温度不高于空气透平膨胀机的最大许用进气温度减15℃，空气透平膨胀机的进气压力不高于17mpa。

20、优选地，燃气轮机燃料为天然气掺混氢气，掺氢比例为5％-60％。

21、优选地，燃气轮机燃料为氢气。

22、本实用新型还提供一种上述燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站的运行方法，调峰时的变负荷运行采用以下两种模式中的任意一种：模式一、空气透平膨胀机采用定参数运行，燃气轮机在变负荷运行时，对储气器输出给余热回收换热器的高压压缩空气流量通过储气出气阀进行调节，使空气透平膨胀机的进气参数等于空气透平膨胀机的额定进气参数，在动态调节过程中，空气透平膨胀机的进气参数的波动范围不超过空气透平膨胀机的最大许用进气参数；模式二、空气透平膨胀机采用滑参数运行，燃气轮机在变负荷运行时，对空气透平膨胀机的进气流量不做调节，使得空气透平膨胀机的进气参数低于空气透平膨胀机的额定进气参数。

23、与现有技术相比，本实用新型具有显著的进步：

24、本实用新型的燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，利用燃气-蒸汽联合循环的能源梯度利用的理念，引入压缩空气储能设计中，将联合循环的蒸汽介质，改为压缩空气作为介质，形成一种新型的燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，既具有燃气-蒸汽联合循环的高效性和调峰性能优异的特点，又具有压缩空气储能电站的成熟可靠、建造成本低的优势。本实用新型的燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，与现有的燃气-蒸汽联合发电相比，低温介质由蒸汽改为空气，可以实现压缩空气储能功能；与非补燃型压缩气储能电站相比，利用燃气轮机先进的低排放燃烧技术，燃烧温度可以达到1200℃以上，使得系统效率明显提升，能够解决非补燃型压缩气储能效率低的问题，同时又能利用燃气轮机快速启停的优势，提升储能电站的调峰能力，实现将调峰能力提升1倍以上；与补燃型压缩空气储能电站相比，传统补燃型压缩空气储能电站的透平入口温度一般不超过600℃，而本实用新型的燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站利用燃气轮机1先进的低nox排放燃烧技术，可实现nox排放量不超过30mg/m3，燃烧温度可达到1200℃以上，燃烧温度提升了1倍以上，系统效率亦明显提升。综上，本实用新型的燃气-空气联合循环压缩空气储能调峰电站，实现了能源梯度合理利用，能够将整个系统的储能发电效率明显提升和调峰能力提升1倍以上。