本發(fā)明涉及液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的可變工況運(yùn)行的發(fā)電裝置及方法。

背景技術(shù)：

液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)(liquidairenergystorage，簡(jiǎn)稱laes)技術(shù)相比于其它同類型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)有著存儲(chǔ)壓力低、儲(chǔ)能密度高、不受地形限制等顯著優(yōu)點(diǎn)。通過液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)在用電低谷期將棄風(fēng)、光電進(jìn)行存儲(chǔ)，在用電高峰期將滿足功頻要求的電能輸送到電網(wǎng)，即解決了新能源發(fā)電的供需不匹配問題又解決了其固有并網(wǎng)特性對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

雖然液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)在解決新能源并網(wǎng)方面雖然有著上述一系列優(yōu)點(diǎn)，但在釋能環(huán)節(jié)仍存在技術(shù)上亟待解決的問題。由于在釋能環(huán)節(jié)，多級(jí)膨脹機(jī)串聯(lián)同步運(yùn)行方式，這樣機(jī)組在電網(wǎng)負(fù)荷需求變化時(shí)，就導(dǎo)致各級(jí)膨脹機(jī)均處于變工況運(yùn)行狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間偏離額定工況，造成各級(jí)膨脹機(jī)運(yùn)行效率低下，從而降低了整個(gè)釋能環(huán)節(jié)的效率。更為嚴(yán)重的是，在低負(fù)荷工況，由于各級(jí)膨脹機(jī)內(nèi)部空氣流量較低，易產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦效應(yīng)，導(dǎo)致末級(jí)葉片及缸體急速升溫，甚至引發(fā)機(jī)組設(shè)備的損壞，造成極為嚴(yán)重的后果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的可變工況運(yùn)行的發(fā)電裝置及方法，以解決電網(wǎng)負(fù)荷變化過程中，各級(jí)膨脹機(jī)運(yùn)行效率低的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置，用于根據(jù)電網(wǎng)的需求功率調(diào)整輸出功率，該裝置包括：液化空氣存儲(chǔ)及氣化部分，用于存儲(chǔ)液化空氣，并將所述液化空氣加熱氣化，輸出氣化空氣；膨脹機(jī)組，包括多個(gè)空氣膨脹機(jī)，所述多個(gè)膨脹機(jī)的輸出軸連接有sss離合器，用于將所述氣化空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力；發(fā)電機(jī)組，用于將所述機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電能并輸出。

進(jìn)一步的，所述多個(gè)空氣膨脹機(jī)之間為同軸串聯(lián)連接。

進(jìn)一步的，所述多個(gè)空氣膨脹機(jī)之間為多軸并聯(lián)連接，所述空氣膨脹機(jī)的輸出軸通過減速器與所述發(fā)電機(jī)組連接。

進(jìn)一步的，所述膨脹機(jī)組還包括：多個(gè)再熱器，分別連接于多個(gè)所述空氣膨脹機(jī)的主氣路中，用于將所述氣化空氣再次加熱輸送至相應(yīng)的所述空氣膨脹機(jī)。

進(jìn)一步的，還包括：熱量存儲(chǔ)及釋放部分，連接于所述再熱器，用于存儲(chǔ)和釋放發(fā)電過程中氣體所產(chǎn)生的熱量。

進(jìn)一步的，所述熱量存儲(chǔ)及釋放部分包括：熱介質(zhì)儲(chǔ)罐，用于存儲(chǔ)儲(chǔ)能階段吸收壓縮熱后的高溫儲(chǔ)熱介質(zhì)；冷介質(zhì)儲(chǔ)罐，用于回收所述多個(gè)再熱器冷卻后的儲(chǔ)熱介質(zhì)。

進(jìn)一步的，還包括旁路控制閥門，連接于所述空氣膨脹機(jī)，用于短接所述空氣膨脹機(jī)的氣路。

為了達(dá)到上述目的，相應(yīng)的，提出了一種液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電方法，用于根據(jù)電網(wǎng)的需求功率調(diào)整輸出功率，該方法包括：根據(jù)電網(wǎng)所需輸出功率范圍，設(shè)置液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的多個(gè)功率輸出層級(jí)；根據(jù)所述多個(gè)功率輸出層級(jí)，確定每一功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)的膨脹機(jī)組中投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，其中，所述空氣膨脹機(jī)的輸出軸連接有sss離合器；根據(jù)電網(wǎng)需求的輸出功率、所述功率輸出層級(jí)和投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，實(shí)時(shí)控制所述膨脹機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)電網(wǎng)需求的輸出功率、所述功率輸出層級(jí)和投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，實(shí)時(shí)控制所述膨脹機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，包括：當(dāng)所述電網(wǎng)所需功率的變動(dòng)跨越所述功率輸出層級(jí)時(shí)，增加或減少所述投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量；當(dāng)所述電網(wǎng)需求的輸出功率在所述功率輸出層級(jí)內(nèi)小幅變動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)氣化空氣的壓力或閥門開度，直至所述輸出功率等于所述電網(wǎng)需求的輸出功率。

進(jìn)一步的，所述調(diào)節(jié)氣化空氣的壓力的方式包括：滑壓調(diào)節(jié)、定壓調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果在于，相比于傳統(tǒng)的液化空氣儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)電方法和裝置可以實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)負(fù)荷變化過程中，各級(jí)膨脹機(jī)及相應(yīng)輔機(jī)均處于額定工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)行，在提高液化空氣釋能發(fā)電效率的同時(shí)也確保了機(jī)組和設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電方法的流程圖。

附圖標(biāo)號(hào)：

第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1；

第二級(jí)空氣膨脹機(jī)2；

第三級(jí)空氣膨脹機(jī)3；

第四級(jí)空氣膨脹機(jī)4；

第一級(jí)間再熱器5；

第二級(jí)間再熱器6；

第三級(jí)間再熱器7；

第四級(jí)間再熱器8；

蒸發(fā)器9；

液化空氣加壓泵10；

液化空氣加壓泵電機(jī)及變頻器11；

液化空氣儲(chǔ)罐12；

發(fā)電機(jī)13；

熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14；

儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15；

儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵電機(jī)及變頻器16；

冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17；

循環(huán)風(fēng)機(jī)18；

循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)及變頻器19；

減速器20；

sss離合器21-24；

旁路控制閥門25、28、31、34；

膨脹機(jī)出口單向逆止閥門26、29、32、35；

膨脹機(jī)進(jìn)口控制閥門27、30、33、36；

蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口控制閥門37；

蒸發(fā)器冷流體側(cè)進(jìn)口控制閥門38；

液化空氣加壓泵進(jìn)口隔離閥門39；

循環(huán)風(fēng)機(jī)出口控制閥門40；

級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口閥門41、43、45、47；

級(jí)間再熱器熱流體側(cè)出口閥門42、44、46、48；

儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵進(jìn)口隔離閥門49；

儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵出口隔離閥門50；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)的范圍。

液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)是通過將在用電低谷期將棄風(fēng)、光電進(jìn)行存儲(chǔ)，在用電高峰期將滿足功頻要求的電能輸送到電網(wǎng)。在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，通過級(jí)間冷卻器的壓縮機(jī)組利用棄風(fēng)、光及低谷電能產(chǎn)生高壓空氣，然后利用級(jí)間冷卻器將壓縮過程產(chǎn)生的熱能通過導(dǎo)熱油或水等儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)利用空分領(lǐng)域成熟的制冷技術(shù)使高壓常溫空氣液化并存儲(chǔ)在液化空氣儲(chǔ)罐中。在釋能環(huán)節(jié)，儲(chǔ)罐中的低溫液化空氣首先經(jīng)液化空氣加壓泵升壓，然后進(jìn)入蒸發(fā)器冷流體側(cè)與循環(huán)風(fēng)機(jī)吹入蒸發(fā)器熱流體側(cè)的常溫空氣進(jìn)行相變換熱，升溫氣化后進(jìn)入級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功產(chǎn)生電能。級(jí)間再熱器內(nèi)熱流體側(cè)的放熱介質(zhì)來自于儲(chǔ)能環(huán)節(jié)存儲(chǔ)的導(dǎo)熱油或水，其儲(chǔ)能階段存儲(chǔ)的壓縮熱用來加熱各級(jí)膨脹機(jī)的進(jìn)口空氣以提高系統(tǒng)效率。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置，用于根據(jù)電網(wǎng)的需求功率調(diào)整輸出功率，該發(fā)電裝置包括：液化空氣存儲(chǔ)及氣化部分，用于存儲(chǔ)液化空氣，并將所述液化空氣加熱氣化，輸出氣化空氣；膨脹機(jī)組，包括多個(gè)空氣膨脹機(jī)，所述多個(gè)膨脹機(jī)的輸出軸連接有sss離合器，用于將所述氣化空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力；發(fā)電機(jī)組，用于將所述機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電能并輸出。

首先將液化空氣加熱氣化，然后使用氣化空氣推動(dòng)膨脹機(jī)組內(nèi)的多個(gè)空氣膨脹機(jī)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，通過調(diào)整膨脹機(jī)組內(nèi)投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)的數(shù)量，控制空氣膨脹機(jī)的輸出功率，從而調(diào)整發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率，以適應(yīng)實(shí)際的不同工況。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，多個(gè)空氣膨脹機(jī)之間為串聯(lián)連接，相鄰空氣膨脹機(jī)的機(jī)械動(dòng)力輸出軸之間連接有sss離合器。本實(shí)施例中膨脹機(jī)組采用單軸形式，4級(jí)空氣膨脹機(jī)單軸串聯(lián)，相鄰空氣膨脹機(jī)的機(jī)械動(dòng)力輸出軸之間連接有sss離合器。需要在此說明的是，本實(shí)施例中膨脹機(jī)組以4個(gè)為例，僅是為了方便說明本發(fā)明的精神，在具體實(shí)施過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依照本實(shí)施例的思路拓展到多個(gè)膨脹機(jī)，并設(shè)置更多輸出功率輸出層級(jí)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。

本實(shí)施例中，液化空氣存儲(chǔ)及氣化部分包括：液化空氣儲(chǔ)罐12、液化空氣加壓泵進(jìn)口控制閥門39、液化空氣加壓泵10、液化空氣加壓泵電極及變頻器11、蒸發(fā)器冷流體側(cè)進(jìn)口控制閥門38、蒸發(fā)器9、循環(huán)風(fēng)機(jī)出口控制閥門40、循環(huán)風(fēng)機(jī)18、循環(huán)風(fēng)機(jī)及變頻器19及蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口控制閥門37。液化空氣儲(chǔ)罐12、液化空氣加壓泵10及蒸發(fā)器9冷流體側(cè)依次通過管道串聯(lián)連接；蒸發(fā)器9熱流體側(cè)與循環(huán)風(fēng)機(jī)18出口通過管道串聯(lián)連接。在具體實(shí)施過程中，液化空氣儲(chǔ)罐12采用高位布置，選用多罐并聯(lián)恒壓存儲(chǔ)方式，各罐底部出口管道匯聚后與液化空氣加壓泵進(jìn)口主管道相連接，主管道上布置有隔離閥門；液化空氣加壓泵10選用多泵并聯(lián)布置方式，可滿足設(shè)備輪換及備用需求，主、備泵均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且各電機(jī)均配有變頻器11，各泵出口管道匯聚后與蒸發(fā)器9冷流體側(cè)進(jìn)口主管道相連接，主管道上布置有控制閥門；蒸發(fā)器選用相變式換熱器，冷、熱介質(zhì)分別通過其內(nèi)部的冷流體側(cè)和熱流體側(cè)，以發(fā)生熱量交換(液化空氣在冷流體側(cè)吸熱升溫氣化，常溫空氣在熱流體側(cè)放熱降溫)，其冷流體側(cè)出口主管道與最后一級(jí)再熱器冷流體側(cè)進(jìn)口主管道相連接，其熱流體側(cè)進(jìn)口主管道則與循環(huán)風(fēng)機(jī)18出口主管道相連接，循環(huán)風(fēng)機(jī)出口主管道上布置有控制閥門，選用多風(fēng)機(jī)并聯(lián)布置方式，可滿足設(shè)備輪換及備用需求，主、備風(fēng)機(jī)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且各電機(jī)均配有變頻器。

液化空氣儲(chǔ)罐12的主要功能是用于存儲(chǔ)儲(chǔ)能階段生成的或由外界直接補(bǔ)充的低溫液化空氣以供釋能階段使用，同時(shí)其高位布置方式可滿足液化空氣加壓泵10對(duì)進(jìn)口壓力的需求，防止產(chǎn)生氣蝕。

液化空氣加壓泵10的主要功能是為液化空氣提供足夠的壓力使其能夠進(jìn)入蒸發(fā)器9冷流體側(cè)，其電機(jī)配備的變頻器11及出口主管道上的控制閥門38用于調(diào)節(jié)液化空氣進(jìn)入蒸發(fā)器冷流體側(cè)的流量，以維持蒸發(fā)器冷流體側(cè)內(nèi)部液位穩(wěn)定。

蒸發(fā)器9的主要功能是接收上游液化空氣加壓泵10送入的液化空氣，并使其在冷流體側(cè)吸熱升溫氣化，進(jìn)入下游級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組做功。

循環(huán)風(fēng)機(jī)18的主要功能是將常溫空氣源源不斷的吹入蒸發(fā)器9熱流體側(cè)，以滿足其吸熱量需求，其電機(jī)配備的變頻器19及出口主管道上的控制閥門用于調(diào)節(jié)常溫空氣進(jìn)入蒸發(fā)器熱流體側(cè)的流量，從而調(diào)節(jié)蒸發(fā)器9冷流體側(cè)出口空氣壓力，進(jìn)一步調(diào)節(jié)膨脹機(jī)組內(nèi)的空氣流量，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率的滑壓調(diào)節(jié)。

膨脹機(jī)組包括：第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1；第二級(jí)空氣膨脹機(jī)2；第三級(jí)空氣膨脹機(jī)3；第四級(jí)空氣膨脹機(jī)4；第一級(jí)間再熱器5；第二級(jí)間再熱器6；第三級(jí)間再熱器7；第四級(jí)間再熱器8；旁路控制閥門25、28、31、34；sss離合器21、22、23、24。每一級(jí)膨脹機(jī)及其上游的相應(yīng)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)通過管道串聯(lián)組成一級(jí)獨(dú)立單元，各級(jí)單元按照其所含膨脹機(jī)或相應(yīng)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)額定工況下進(jìn)口空氣壓力由低到高的順序通過管道串聯(lián)連接，形成流通氣路，最后一級(jí)單元進(jìn)口主管道與蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口主管道相連接，其前每一級(jí)單元的進(jìn)口主管道均與其后一級(jí)單元的出口主管道相連接，第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1的出口主管道直接與大氣相通；各級(jí)單元內(nèi)均設(shè)置了旁路管道，其上、下游分別與單元內(nèi)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)連通膨脹機(jī)的主管道以及單元出口主管道相連，可使前后相鄰單元內(nèi)的級(jí)間再熱器冷流體側(cè)直接形成通路，而不經(jīng)過膨脹機(jī)。蒸發(fā)器9冷流體側(cè)出口主管道上設(shè)有控制閥門37和38，各級(jí)單元內(nèi)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)連通膨脹機(jī)的主管道上均設(shè)有膨脹機(jī)進(jìn)口控制閥門27、30、33、36，且所述控制閥門設(shè)置于相應(yīng)的旁路管道與連通主管道的接點(diǎn)下游；各級(jí)單元出口主管道上均設(shè)有逆止閥門26、29、32、35，且所述逆止閥門設(shè)置于相應(yīng)的旁路管道與各級(jí)單元出口主管道的接點(diǎn)上游；旁路管道上也設(shè)有控制閥門。額定轉(zhuǎn)速相同的空氣膨脹機(jī)同軸布置，各軸轉(zhuǎn)速最終均通過同一減速器降為3000rpm，減速器通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)13連接。各軸空氣膨脹機(jī)之間、空氣膨脹機(jī)與減速器之間均設(shè)置有sss離合器。

空氣膨脹機(jī)及級(jí)間再熱器的主要功能是利用高溫高壓空氣帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，將空氣熱能轉(zhuǎn)化為輸出功率可調(diào)的電能。空氣膨脹機(jī)及級(jí)間再熱器均有若干級(jí)，每級(jí)空氣膨脹機(jī)上游均設(shè)置對(duì)應(yīng)的一級(jí)間再熱器，兩者構(gòu)成一級(jí)基本做功單元，各級(jí)做功單元按照額定工況下進(jìn)口空氣壓力由低到高的順序依次串聯(lián)。進(jìn)一步地，各級(jí)單元在額定工況下流量相等，各單元內(nèi)部包含的膨脹機(jī)和級(jí)間再熱器冷流體側(cè)額定工況下流量一致；第一級(jí)膨脹機(jī)額定輸出功率值對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率最小層級(jí)的上限值，前兩級(jí)膨脹機(jī)額定輸出功率值之和對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率第二層級(jí)的上限值……以此類推，全部膨脹機(jī)額定輸出功率之和對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率最高層級(jí)的上限值；假設(shè)各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)氣流壓損忽略不計(jì)，膨脹機(jī)組中最后一空氣級(jí)膨脹機(jī)4其設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為蒸發(fā)器9冷流體側(cè)的出口壓力，倒數(shù)第二級(jí)空氣膨脹機(jī)3設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力即為最后一級(jí)空氣膨脹機(jī)4的出口壓力，以此類推，其前每一級(jí)空氣膨脹機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力均為后一級(jí)空氣膨脹機(jī)的出口壓力，第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1的出口壓力為大氣壓力，各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力與相應(yīng)各級(jí)膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力等同。其中，各級(jí)空氣膨脹機(jī)可通過操作sss離合器進(jìn)行未運(yùn)行空氣膨脹機(jī)與運(yùn)行空氣膨脹機(jī)或減速器的在線或離線同軸投切，通過操作空氣膨脹機(jī)進(jìn)口控制閥門的開關(guān)進(jìn)行未運(yùn)行膨脹機(jī)氣路在線或離線的投入或隔離，以運(yùn)行對(duì)應(yīng)不同輸出功率輸出層級(jí)的膨脹機(jī)級(jí)數(shù)，以滿足電網(wǎng)所需輸出功率的層級(jí)跨越式變動(dòng)。級(jí)間再熱器選用非相變式換熱器，冷、熱介質(zhì)分別通過其內(nèi)部的冷流體側(cè)和熱流體側(cè)以發(fā)生熱量交換(空氣在冷流體側(cè)吸熱升溫，儲(chǔ)熱介質(zhì)在熱流體側(cè)放熱降溫)，級(jí)間再熱器通過操作其熱流體側(cè)進(jìn)出口閥門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)某一級(jí)間再熱器在線或離線的投入或隔離，以運(yùn)行對(duì)應(yīng)不同輸出功率輸出層級(jí)的級(jí)間再熱器級(jí)數(shù)，以滿足電網(wǎng)所需輸出功率的層級(jí)跨越式變動(dòng)。

旁路管道及其控制閥門的主要功能是旁路膨脹機(jī)的氣路，通過操作旁路控制閥門的關(guān)閉和開啟，配合未運(yùn)行膨脹機(jī)氣路在線或離線的投入或隔離；其次，對(duì)再熱器起到保護(hù)作用，機(jī)組在正常啟動(dòng)沖車、停機(jī)或甩負(fù)荷工況停機(jī)下，級(jí)間再熱器會(huì)由于無空氣流過或空氣流量不足，存在超溫?zé)龎牡奈ｋU(xiǎn)，設(shè)置旁路管道可使空氣在膨脹機(jī)氣路全部隔離的情況下仍能流過級(jí)間再熱器對(duì)其冷卻；再次可使膨脹機(jī)進(jìn)口空氣參數(shù)快速達(dá)到機(jī)組啟動(dòng)條件，提高機(jī)組啟動(dòng)速度；同時(shí)，在機(jī)組發(fā)生負(fù)荷突降甚至甩負(fù)荷時(shí)，通過旁路管道快速泄放掉大量空氣，可減少蒸發(fā)器安全門的動(dòng)作頻率，提高其使用壽命。

蒸發(fā)器9冷流體側(cè)出口控制閥門37的主要功能是通過其開度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)級(jí)間再熱式空氣膨脹機(jī)組內(nèi)空氣流量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出功率的定壓調(diào)節(jié)。

各級(jí)空氣膨脹機(jī)進(jìn)口控制閥門的主要功能是通過開關(guān)操作進(jìn)行未運(yùn)行膨脹機(jī)氣路在線或離線的投入或隔離；機(jī)組發(fā)生如甩負(fù)荷等危急工況時(shí)，當(dāng)膨脹機(jī)保護(hù)裝置快速動(dòng)作后，作為保護(hù)裝置的執(zhí)行元件，快速遮斷各級(jí)膨脹機(jī)進(jìn)氣以使膨脹機(jī)停運(yùn)。

做功單元出口逆止閥門26、29、32、35的主要功能是當(dāng)做功單元處于未運(yùn)行狀態(tài)，防止出口管內(nèi)空氣倒進(jìn)入膨脹機(jī)。

減速器20的主要功能是將各軸輸出轉(zhuǎn)速降為發(fā)電機(jī)的額定工作轉(zhuǎn)速。

sss離合器21、22、23、24的主要功能是通過嚙合和脫開操作進(jìn)行未運(yùn)行膨脹機(jī)與運(yùn)行膨脹機(jī)或減速器的在線或離線同軸投切。

熱量存儲(chǔ)及釋放部分包括：冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17、熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14、儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵進(jìn)口隔離閥門49、儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15、儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵出口隔離閥門50、儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵電機(jī)及變頻器16。

熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14采用高位布置，罐底部出口管道與儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15進(jìn)口主管道相連接，主管道上布置有隔離閥門50；儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15選用多泵并聯(lián)布置方式，可滿足設(shè)備輪換及備用需求，主、備泵均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且各電機(jī)均配有變頻器，各泵出口管道匯聚后又分為若干并聯(lián)支路，各支路分別與各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口主管道相連接，主管道上布置有控制閥門；各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)出口主管道上同樣布置有控制閥門，各主管道匯聚后與冷介質(zhì)儲(chǔ)罐進(jìn)口主管道相連接。

熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14的主要功能是用于存儲(chǔ)儲(chǔ)能階段吸收壓縮熱后的高溫儲(chǔ)熱介質(zhì)，以供釋能階段使用，同時(shí)其高位布置方式可滿足儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵對(duì)進(jìn)口壓力的需求，防止產(chǎn)生氣蝕。

儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15主要功能是為高溫儲(chǔ)熱介質(zhì)提供足夠的壓力使其能夠進(jìn)入級(jí)間再熱器熱流體側(cè)，其電機(jī)配備的變頻器及級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口閥門用來調(diào)節(jié)運(yùn)行的各級(jí)間再熱器內(nèi)熱流體側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)流量。

冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17的主要功能是回收經(jīng)各級(jí)間再熱器冷卻后的儲(chǔ)熱介質(zhì)，以供下一個(gè)循環(huán)的儲(chǔ)能階段使用。

級(jí)間再熱器5、6、7、8的熱流體側(cè)進(jìn)出口閥門(進(jìn)口控制閥門41、43、45、47；出口閥門42、44、46、48)的主要功能是通過開關(guān)操作實(shí)現(xiàn)某一級(jí)間再熱器在線或離線的投入或隔離。同時(shí)，通過控制級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口閥門的開度還可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)級(jí)間再熱器內(nèi)熱流體側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)。

下面對(duì)該實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置，如何實(shí)現(xiàn)可變工況運(yùn)行作詳細(xì)說明。

設(shè)電網(wǎng)所需輸出功率范圍為0～w，共分四個(gè)輸出功率輸出層級(jí)。其中，第一輸出功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)功率范圍在0～w/4之間變動(dòng)，第二輸出功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)功率范圍在w/4～w/2之間變動(dòng)，第三輸出功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)功率范圍在w/2～3w/4之間變動(dòng)，第四輸出功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)功率范圍在3w/4～w之間變動(dòng)。

液化空氣儲(chǔ)罐12、液化空氣加壓泵10及蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)依次通過管道串聯(lián)連接；蒸發(fā)器9的熱流體側(cè)與循環(huán)風(fēng)機(jī)18出口通過管道串聯(lián)連接。液化空氣儲(chǔ)罐12出口主管道與液化空氣加壓泵10進(jìn)口主管道連接，管道上布置有隔離閥門39；液化空氣加壓泵10配有電機(jī)及變頻器11，其出口主管道與蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)進(jìn)口主管道連接，管道上布置有控制閥門38；蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)出口主管道與第四級(jí)間再熱器8的冷流體側(cè)進(jìn)口主管道連接，其熱流體側(cè)進(jìn)口主管道則與循環(huán)風(fēng)機(jī)18的出口主管道連接；循環(huán)風(fēng)機(jī)18配有電機(jī)及變頻器19，其出口主管道上布置有控制閥門40。

對(duì)應(yīng)四個(gè)輸出功率輸出層級(jí)，該發(fā)電裝置設(shè)有四級(jí)空氣膨脹機(jī)，分別是第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1、第二級(jí)空氣膨脹機(jī)2、第三級(jí)空氣膨脹機(jī)3、第四級(jí)空氣膨脹機(jī)4，每級(jí)膨脹機(jī)上游均設(shè)置對(duì)應(yīng)的級(jí)間再熱器，分別是第一級(jí)間再熱器5、第二級(jí)間再熱器6、第三級(jí)間再熱器7、第四級(jí)間再熱器8，每一級(jí)膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器的冷流體側(cè)串聯(lián)組成一級(jí)獨(dú)立做功單元，四級(jí)單元再依次串聯(lián)連接。第四級(jí)單元的進(jìn)口主管道與蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)出口主管道連接且設(shè)有控制閥門37，第四級(jí)單元前每一級(jí)單元的進(jìn)口主管道均與其后一級(jí)單元的出口主管道連接，第一級(jí)膨脹機(jī)的出口主管道直接與大氣相通。假設(shè)各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)氣流壓損忽略不計(jì)，則各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)額定進(jìn)口空氣壓力與相應(yīng)各級(jí)膨脹機(jī)的額定進(jìn)口空氣壓力等同。第一級(jí)膨脹機(jī)其額定輸出功率為w/4，額定進(jìn)口空氣壓力為p1n，額定出口空氣壓力為大氣壓p0；第二級(jí)膨脹機(jī)其額定輸出功率為w/4，額定進(jìn)口空氣壓力為p2n，額定出口空氣壓力為p1n；第三級(jí)膨脹機(jī)其額定輸出功率為w/4，額定進(jìn)口空氣壓力為p3n，額定出口空氣壓力為p2n；第四級(jí)膨脹機(jī)其額定輸出功率為w/4，額定進(jìn)口空氣壓力為p4n，額定出口空氣壓力為p3n。其中，p0<p1n<p2n<p3n<p4n，4臺(tái)膨脹機(jī)，其額定進(jìn)口空氣溫度均為tn，額定流量均為fn。各級(jí)單元內(nèi)旁路管道布置在單元內(nèi)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)連通膨脹機(jī)的主管道以及單元出口主管道之間。各級(jí)單元內(nèi)級(jí)間再熱器冷流體側(cè)連通膨脹機(jī)的主管道上均設(shè)有膨脹機(jī)進(jìn)口控制閥門27、30、33、36，且設(shè)置于相應(yīng)的旁路管道與連通主管道的接點(diǎn)下游；各級(jí)單元出口主管道上均設(shè)有逆止閥門26、29、32、35，且設(shè)置于相應(yīng)的旁路管道與各級(jí)單元出口主管道的接點(diǎn)上游；旁路管道上也設(shè)有控制閥門25、28、31、34。額定轉(zhuǎn)速相同的膨脹機(jī)同軸布置，各軸轉(zhuǎn)速最終均通過減速器20降為3000rpm，減速器20與發(fā)電機(jī)13連接。各軸膨脹機(jī)之間、膨脹機(jī)與減速器之間均設(shè)置有sss離合器21-24。

熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14出口主管道與儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15進(jìn)口主管道連接且設(shè)有隔離閥門49；儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15配有電機(jī)及變頻器16，泵出口主管道分為4個(gè)并聯(lián)支路，各支路分別與各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口主管道相連接，主管道上布置有控制閥門41、43、45、47；各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)出口主管道上同樣布置有控制閥門42、44、46、48，各主管道匯聚后與冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17的進(jìn)口主管道相連接。

依據(jù)本發(fā)明的適用于液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)變工況運(yùn)行的發(fā)電方法，該發(fā)電裝置的具體工作過程如下：

根據(jù)電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率所在層級(jí)，確定釋能階段運(yùn)行的膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器的級(jí)數(shù)。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率處于或從其他輸出功率輸出層級(jí)變動(dòng)至第一輸出功率輸出層級(jí)時(shí)，應(yīng)保持第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1及第一級(jí)間再熱器5處于運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于空氣流程，液化空氣儲(chǔ)罐12內(nèi)部存儲(chǔ)的液化空氣通過隔離門39進(jìn)入液化空氣加壓泵10升壓，然后經(jīng)過控制閥門38送入蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)，吸收循環(huán)風(fēng)機(jī)18通過控制閥門40吹入蒸發(fā)器9熱流體側(cè)的常溫空氣所帶來的熱量，升溫氣化，再經(jīng)控制閥門37進(jìn)入級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組做功；對(duì)于儲(chǔ)熱介質(zhì)流程，熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14內(nèi)部存儲(chǔ)的儲(chǔ)熱介質(zhì)通過隔離閥門49進(jìn)入儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15升壓，然后經(jīng)過隔離閥門50及41送入第一級(jí)間再熱器5的熱流體側(cè)，將熱量釋放給空氣后，再經(jīng)閥門42回至冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17。在運(yùn)行過程中，保持閥門25、30、33、36、43、44、45、46、47、48處于關(guān)閉狀態(tài)，保持閥門27、28、31、34、41、42處于開啟狀態(tài)，保持sss離合器22、23、24處于脫開狀態(tài)，21處于嚙合狀態(tài)?？諝饨?jīng)第一級(jí)間再熱器5的冷流體側(cè)被加熱至tn后，再進(jìn)入第一級(jí)空氣膨脹機(jī)1做功，通過減速器20帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電，乏氣經(jīng)逆止閥門26排向大氣。

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率處于或從其他輸出功率輸出層級(jí)變動(dòng)至第二輸出功率輸出層級(jí)時(shí)，應(yīng)保持前兩級(jí)空氣膨脹機(jī)1、2及前兩級(jí)間再熱器5、6處于運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于空氣流程，液化空氣儲(chǔ)罐12內(nèi)部存儲(chǔ)的液化空氣通過隔離門39進(jìn)入液化空氣加壓泵10升壓，然后經(jīng)過控制閥門38送入蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)，吸收循環(huán)風(fēng)機(jī)18通過控制閥門40吹入蒸發(fā)器9熱流體側(cè)的常溫空氣所帶來的熱量，升溫氣化，再經(jīng)控制閥門37進(jìn)入級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組做功；對(duì)于儲(chǔ)熱介質(zhì)流程，熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14內(nèi)部存儲(chǔ)的儲(chǔ)熱介質(zhì)通過隔離閥門49進(jìn)入儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15升壓，然后經(jīng)過隔離閥門50后再分別通過閥門41、43送入級(jí)間再熱器5、6的熱流體側(cè)，將熱量釋放給空氣后，最終由閥門42、44回至冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17。在運(yùn)行過程中，保持閥門25、28、33、36、45、46、47、48處于關(guān)閉狀態(tài)，保持閥門27、30、31、34、41、42、43、44處于開啟狀態(tài)，保持sss離合器23、24處于脫開狀態(tài)，21、22處于嚙合狀態(tài)?？諝饨?jīng)級(jí)間再熱器5、6的冷流體側(cè)被加熱至tn后，再進(jìn)入空氣膨脹機(jī)1、2做功，通過減速器20帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電，乏氣經(jīng)逆止閥門26排向大氣。

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率處于或從其他輸出功率輸出層級(jí)變動(dòng)至第三輸出功率輸出層級(jí)時(shí)，應(yīng)保持前三級(jí)空氣膨脹機(jī)1、2、3及前三級(jí)間再熱器5、6、7處于運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于空氣流程，液化空氣儲(chǔ)罐12內(nèi)部存儲(chǔ)的液化空氣通過隔離門39進(jìn)入液化空氣加壓泵10升壓，然后經(jīng)過控制閥門38送入蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)，吸收循環(huán)風(fēng)機(jī)18通過控制閥門40吹入蒸發(fā)器9熱流體側(cè)的常溫空氣所帶來的熱量，升溫氣化，再經(jīng)控制閥門37進(jìn)入級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組做功；對(duì)于儲(chǔ)熱介質(zhì)流程，熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14內(nèi)部存儲(chǔ)的儲(chǔ)熱介質(zhì)通過隔離閥門49進(jìn)入儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15升壓，然后經(jīng)過隔離閥門50后再分別通過閥門41、43、45送入級(jí)間再熱器5、6、7的熱流體側(cè)，將熱量釋放給空氣后，最終由閥門42、44、46回至冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17。在運(yùn)行過程中，保持閥門25、28、31、36、47、48處于關(guān)閉狀態(tài)，保持閥門27、30、33、34、41、42、43、44、45、46處于開啟狀態(tài)，保持sss離合器24處于脫開狀態(tài)，21、22、23處于嚙合狀態(tài)。空氣經(jīng)級(jí)間再熱器5、6、7的冷流體側(cè)被加熱至tn后，再進(jìn)入空氣膨脹機(jī)1、2、3做功，通過減速器20帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電，乏氣經(jīng)逆止閥門26排向大氣。

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率處于或從其他輸出功率輸出層級(jí)變動(dòng)至第四輸出功率輸出層級(jí)時(shí)，應(yīng)保持全部空氣膨脹機(jī)及級(jí)間再熱器處于運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于空氣流程，液化空氣儲(chǔ)罐12內(nèi)部存儲(chǔ)的液化空氣通過隔離門39進(jìn)入液化空氣加壓泵10升壓，然后經(jīng)過控制閥門38送入蒸發(fā)器9的冷流體側(cè)，吸收循環(huán)風(fēng)機(jī)18通過控制閥門40吹入蒸發(fā)器9熱流體側(cè)的常溫空氣所帶來的熱量，升溫氣化，再經(jīng)控制閥門37進(jìn)入級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組做功；對(duì)于儲(chǔ)熱介質(zhì)流程，熱介質(zhì)儲(chǔ)罐14內(nèi)部存儲(chǔ)的儲(chǔ)熱介質(zhì)通過隔離閥門49進(jìn)入儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵15升壓，然后經(jīng)過隔離閥門50后再分別通過閥門41、43、45、47送入級(jí)間再熱器5、6、7、8的熱流體側(cè)，將熱量釋放給空氣后，最終由閥門42、44、46、48回至冷介質(zhì)儲(chǔ)罐17。在運(yùn)行過程中，保持閥門25、28、31、34處于關(guān)閉狀態(tài)，保持閥門27、30、33、36、41、42、43、44、45、46、47、48處于開啟狀態(tài)，保持sss離合器21、22、23、24處于嚙合狀態(tài)?？諝饨?jīng)級(jí)間再熱器5、6、7、8的冷流體側(cè)被加熱至tn后，再進(jìn)入空氣膨脹機(jī)1、2、3、4做功，通過減速器20帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電，乏氣經(jīng)逆止閥門26排向大氣。

當(dāng)電網(wǎng)所需輸出功率在各輸出功率輸出層級(jí)內(nèi)小幅度變動(dòng)時(shí)，按照技術(shù)人員預(yù)先定義的設(shè)計(jì)曲線，通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口控制閥門37的開度或蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口空氣壓力(由循環(huán)風(fēng)機(jī)出口控制閥門40的開度及其電機(jī)變頻器19的頻率共同配合調(diào)節(jié))，進(jìn)而調(diào)節(jié)級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組內(nèi)空氣流量，同時(shí)通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵電機(jī)變頻器16的頻率以及運(yùn)行各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口閥門41、43、45、47的開度，使運(yùn)行的相應(yīng)各級(jí)間再熱器內(nèi)熱流體側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)流量滿足各級(jí)運(yùn)行膨脹機(jī)進(jìn)口空氣溫度要求，從而最終獲得電網(wǎng)所需的某一具體輸出功率。

圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，多個(gè)空氣膨脹機(jī)之間為并聯(lián)連接，空氣膨脹機(jī)的輸出軸通過減速器與發(fā)電機(jī)組連接?？諝馀蛎洐C(jī)之間為并聯(lián)連接，相鄰空氣膨脹機(jī)的機(jī)械動(dòng)力輸出軸之間連接有sss離合器，空氣膨脹機(jī)的輸出軸通過減速器與所述發(fā)電機(jī)組連接。需要在此說明的是，本實(shí)施例中膨脹機(jī)組以4個(gè)為例，僅是為了方便說明本發(fā)明的精神，在具體實(shí)施過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依照本實(shí)施例的思路拓展到多個(gè)膨脹機(jī)，并設(shè)置更多輸出功率輸出層級(jí)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。本實(shí)施例與圖2實(shí)施例的不同之處在于，本實(shí)施例中，多個(gè)空氣膨脹機(jī)之間為并聯(lián)連接，減速器20同時(shí)連接sss離合器21、23。本實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)可變工況運(yùn)行的詳細(xì)說明，可參照?qǐng)D2實(shí)施例，在此不再贅述。需要說明的是，本發(fā)明的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置，無論是同軸串聯(lián)還是多軸并聯(lián)，兩者均為實(shí)際工程應(yīng)用中可以選擇的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)輸出功率的實(shí)際需求及投入成本的限制來自由選擇這兩種布置方式。

在介紹了本發(fā)明實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置之后，接下來，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的可變工況運(yùn)行發(fā)電方法進(jìn)行介紹。該方法可以配合上述裝置的實(shí)施。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電方法的流程圖，如圖4所示，液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電方法包括：

s100，根據(jù)電網(wǎng)所需輸出功率范圍，設(shè)置液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的多個(gè)功率輸出層級(jí)；

s200，根據(jù)所述多個(gè)功率輸出層級(jí)，確定每一功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)的膨脹機(jī)組中投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，其中，所述空氣膨脹機(jī)的輸出軸連接有sss離合器；

s300，根據(jù)電網(wǎng)需求的輸出功率、所述功率輸出層級(jí)和投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，實(shí)時(shí)控制所述膨脹機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

在具體實(shí)施步驟s100過程中，根據(jù)電網(wǎng)所需輸出功率范圍，設(shè)置液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電裝置的多個(gè)功率輸出層級(jí)。具體設(shè)置的功率輸出層級(jí)的個(gè)數(shù)，技術(shù)人員可以結(jié)合電網(wǎng)側(cè)功率需求大小以及發(fā)電裝置的大小把握。

在具體實(shí)施步驟s200過程中，根據(jù)所述多個(gè)功率輸出層級(jí)，確定每一功率輸出層級(jí)對(duì)應(yīng)的膨脹機(jī)組中投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，其中，所述空氣膨脹機(jī)的輸出軸連接有sss離合器。每一功率輸出層級(jí)與空氣膨脹機(jī)所對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

在具體實(shí)施步驟s300過程中，根據(jù)電網(wǎng)需求的輸出功率、所述功率輸出層級(jí)和投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量，實(shí)時(shí)控制所述膨脹機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，包括：當(dāng)所述電網(wǎng)所需功率的變動(dòng)跨越所述功率輸出層級(jí)時(shí)，增加或減少所述投入運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量；當(dāng)所述電網(wǎng)需求的輸出功率在所述功率輸出層級(jí)內(nèi)小幅變動(dòng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)氣化空氣的壓力或閥門開度，直至所述輸出功率等于所述電網(wǎng)需求的輸出功率。

液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的膨脹機(jī)組含有若干級(jí)空氣膨脹機(jī)，然后將發(fā)電過程中電網(wǎng)側(cè)需求的變工況輸出功率范圍劃分為若干層級(jí)，各輸出功率輸出層級(jí)與膨脹機(jī)組運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)數(shù)量相對(duì)應(yīng)，輸出功率輸出層級(jí)越高，則對(duì)應(yīng)運(yùn)行的空氣膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)越多。在膨脹機(jī)組變工況運(yùn)行過程中，當(dāng)電網(wǎng)所需輸出功率變動(dòng)較大，跨越不同的功率輸出層級(jí)時(shí)，通過按序增減空氣膨脹機(jī)的運(yùn)行級(jí)數(shù)來釋放存儲(chǔ)的電能；當(dāng)電網(wǎng)所需輸出功率變動(dòng)較小，在同一功率輸出層級(jí)間變動(dòng)時(shí)，保持空氣膨脹機(jī)運(yùn)行級(jí)數(shù)及次序不變，通過調(diào)節(jié)膨脹機(jī)組內(nèi)空氣流量來釋放存儲(chǔ)的電能。

結(jié)合圖2、圖4所示，該方法可按如下兩種情況詳細(xì)說明：

針對(duì)液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，選取蒸發(fā)器及級(jí)間再熱器為表面式換熱器，內(nèi)部由冷流體側(cè)(內(nèi)部介質(zhì)升溫)和熱流體側(cè)(內(nèi)部介質(zhì)降溫)構(gòu)成；設(shè)計(jì)若干級(jí)膨脹機(jī)，每級(jí)膨脹機(jī)上游均設(shè)置對(duì)應(yīng)的級(jí)間再熱器，每一級(jí)膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器的冷流體側(cè)串聯(lián)組成一級(jí)獨(dú)立做功單元，各級(jí)單元再依次串聯(lián)連接；在同一根軸上，膨脹機(jī)之間、膨脹機(jī)與減速器之間均設(shè)計(jì)有sss離合器；膨脹機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)有控制閥門，出口設(shè)計(jì)有逆止閥門，膨脹機(jī)設(shè)計(jì)有旁路，旁路上設(shè)計(jì)有控制閥門；液化空氣加壓泵、循環(huán)風(fēng)機(jī)及儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵電機(jī)均設(shè)計(jì)有變頻器。其中，

(1)當(dāng)電網(wǎng)所需輸出功率變動(dòng)較大，跨越不同的功率輸出層級(jí)時(shí)，通過按序增減膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器的運(yùn)行級(jí)數(shù)來釋放電能，膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器運(yùn)行順序和級(jí)數(shù)的調(diào)節(jié)控制通過下述方法實(shí)現(xiàn)：

a.第一級(jí)膨脹機(jī)額定輸出功率值對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率最小層級(jí)的上限值，前兩級(jí)膨脹機(jī)額定輸出功率值之和對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率第二層級(jí)的上限值……以此類推，全部膨脹機(jī)額定輸出功率之和對(duì)應(yīng)電網(wǎng)所需輸出功率最高層級(jí)的上限值；

b.各級(jí)單元在額定工況下流量相等，各單元內(nèi)部包含的膨脹機(jī)和級(jí)間再熱器冷流體側(cè)額定工況下流量相等；

c.假設(shè)各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)氣流壓損忽略不計(jì)，膨脹機(jī)組中最后一級(jí)膨脹機(jī)其設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為蒸發(fā)器冷流體側(cè)的出口壓力，倒數(shù)第二級(jí)膨脹機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力即為最后一級(jí)膨脹機(jī)的出口壓力，以此類推，其前每一級(jí)膨脹機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力均為后一級(jí)膨脹機(jī)的出口壓力，第一級(jí)膨脹機(jī)的出口壓力為大氣壓力，各級(jí)間再熱器冷流體側(cè)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力與相應(yīng)各級(jí)膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力等同。

依照電網(wǎng)所需輸出功率的不同層級(jí)，從而運(yùn)行相應(yīng)級(jí)數(shù)的膨脹機(jī)及級(jí)間再熱器，以滿足電網(wǎng)所需輸出功率的層級(jí)跨越式變動(dòng)。

(2)當(dāng)電網(wǎng)所需輸出功率變動(dòng)較小，在同一功率輸出層級(jí)間變動(dòng)時(shí)，保持膨脹機(jī)及相應(yīng)級(jí)間再熱器運(yùn)行級(jí)數(shù)及次序不變，通過調(diào)節(jié)級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組內(nèi)空氣流量來釋放存儲(chǔ)的電能。空氣流量的調(diào)節(jié)方法可按以下方式實(shí)施：當(dāng)所需輸出功率在同一功率輸出層級(jí)變化時(shí)，系統(tǒng)依據(jù)一定的設(shè)計(jì)曲線，通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口控制閥門開度或蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口空氣壓力，實(shí)現(xiàn)級(jí)間再熱式膨脹機(jī)組內(nèi)空氣流量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出功率的定壓或滑壓調(diào)節(jié)。其中，蒸發(fā)器冷流體側(cè)出口空氣壓力由循環(huán)風(fēng)機(jī)吹入蒸發(fā)器熱流體側(cè)的常溫空氣流量來調(diào)節(jié)，而常溫空氣流量則由循環(huán)風(fēng)機(jī)出口控制閥門開度及其電機(jī)變頻器頻率共同調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了保證各級(jí)運(yùn)行膨脹機(jī)進(jìn)口空氣溫度滿足同一功率輸出層級(jí)間變工況運(yùn)行要求，運(yùn)行的相應(yīng)各級(jí)間再熱器內(nèi)熱流體側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)流量，可通過儲(chǔ)熱介質(zhì)加壓泵的電機(jī)變頻器頻率以及各級(jí)間再熱器熱流體側(cè)進(jìn)口閥門開度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)電裝置的旁路系統(tǒng)就不僅可以實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)行方式，而且針對(duì)電網(wǎng)側(cè)輸出功率處于兩功率輸出層級(jí)之間的情況，本發(fā)明的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電方法可以采取以下策略：使電網(wǎng)側(cè)需求的輸出功率的一部分，由部分空氣膨脹機(jī)處于額定功率提供，余下部分由其他的空氣膨脹機(jī)所提供(非額定功率狀態(tài))。也就是說，僅使個(gè)別膨脹機(jī)處于非額定功率狀態(tài)。結(jié)合圖2所示，假設(shè)當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸出功率處于第三輸出功率輸出層級(jí)的某一中間值時(shí)，可以通過第三臺(tái)膨脹機(jī)部分進(jìn)氣，剩余氣體走旁路的方式保證后兩臺(tái)膨脹機(jī)功率滿發(fā)。如此一來，不僅有利于保證處于額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的空氣膨脹機(jī)提高輸出功率，而且有利于提高發(fā)電裝置的整體發(fā)電效率，并且可以減少空氣膨脹機(jī)以及氣體管路的磨損。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。