壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，還涉及一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏等大規(guī)?？稍偕茉丛诮尤腚娋W(wǎng)的比例越來(lái)越高，由于其波動(dòng)性，我國(guó)很多地區(qū)都存在棄風(fēng)、棄光限電問(wèn)題，對(duì)我國(guó)可再生能源的發(fā)展不利，有必要尋找一種適合于我國(guó)北方缺水地區(qū)的大規(guī)模儲(chǔ)能方式。如果把棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象中浪費(fèi)的電能存儲(chǔ)起來(lái)，在用電高峰到來(lái)的時(shí)候，再把這部分電能拿來(lái)補(bǔ)充電量不足，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行中的削峰添谷作用。因此，尋找一種合適的電能存儲(chǔ)方式就變得很必要了。
[0003]壓縮空氣儲(chǔ)能(Compressed Air Energy Storge, CAES)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能方式，它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。典型的壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程如下:在電網(wǎng)用電的低谷時(shí)期，使用價(jià)格相對(duì)便宜且有剩余的電力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)壓縮空氣，并將壓縮后的高壓空氣儲(chǔ)存在特定的密閉空間中。在用電高峰時(shí)期，將高壓空氣與天然氣混合燃燒加熱后，利用生成的高溫高壓氣體通過(guò)發(fā)電設(shè)備來(lái)進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。
[0004]壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)具有高效低耗、啟動(dòng)快、調(diào)節(jié)靈活、可用率高、投資省、建設(shè)周期短及環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]但是，如何將高壓空氣與燃?xì)膺M(jìn)行充分混合后，再利用燃燒設(shè)備將二者充分燃燒加熱，使加熱效率最大化的問(wèn)題，還沒(méi)有得到有效解決。這就使得利用壓縮空氣進(jìn)行儲(chǔ)能發(fā)電的方式還沒(méi)有辦法大面積推廣開(kāi)來(lái)。
[0006]同時(shí)，在高壓空氣燃燒過(guò)程中，火焰會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成燃料與空氣燃燒不充分、燃燒效率低下情況的發(fā)生。因此，需要提供一種空氣燃燒加熱裝置，以使得燃料與空氣充分燃燒加熱。
[0007]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓空氣進(jìn)行燃燒加熱，利用加熱后生成的高壓高溫氣體進(jìn)行發(fā)電作業(yè)的目的。
[0009]為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，包括:空氣加熱器，將空氣進(jìn)行加熱生成高溫高壓氣體，供氣設(shè)備，為空氣加熱器提供高壓空氣；供燃料設(shè)備，為空氣加熱器提供燃料；發(fā)電設(shè)備，利用空氣加熱器生成的高溫高壓氣體發(fā)電；
[0011]供氣設(shè)備包括一儲(chǔ)存高壓氣體的儲(chǔ)氣罐；儲(chǔ)氣罐經(jīng)第一管路與空氣加熱器的燃燒室進(jìn)氣口相連通，以為燃燒室提供助燃燒氣；儲(chǔ)氣罐經(jīng)第二管路與燃燒室內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)向噴嘴相連通，導(dǎo)向噴嘴的軸線自燃燒室側(cè)壁向燃燒室的軸線方向延伸，以控制燃燒室內(nèi)燃燒火焰的方向；混合室與燃燒室的出氣端相連通，使得燃燒室內(nèi)的高壓氣體與燃?xì)膺M(jìn)行燃燒加熱后生成高溫高壓氣體流入混合室中；儲(chǔ)氣罐經(jīng)第三管路與空氣加熱器的混合室相連通，將燃燒室排出的、燃燒加熱后的高溫高壓氣體與第三管路流入的、未燃燒的高壓空氣相混合，以調(diào)節(jié)自混合室流出空氣加熱器的氣體壓力與溫度。
[0012]進(jìn)一步，所述的發(fā)電設(shè)備由透平發(fā)電機(jī)構(gòu)成；空氣加熱器的混合室出氣口經(jīng)管路與透平發(fā)電機(jī)相連通，以將混合室內(nèi)形成的高溫混合壓縮氣體傳遞至透平發(fā)電機(jī)處進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。
[0013]進(jìn)一步，壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)還包括一空氣預(yù)熱器；所述的空氣預(yù)熱器包括相互獨(dú)立的、可進(jìn)行熱交換的兩個(gè)通道，第一通道兩端分別與供氣設(shè)備和空氣加熱器進(jìn)氣口相連通；第二通道與發(fā)電設(shè)備排氣口相連通。
[0014]進(jìn)一步，第二管路和/或第三管路分別經(jīng)空氣預(yù)熱器的第一通道與空氣加熱器相連，使第二管路和/或第三管路中的、未加熱燃燒的高壓空氣先流經(jīng)第一通道與第二通道中的氣體進(jìn)行熱交換預(yù)加熱后，再流入燃燒室中進(jìn)行燃燒加熱。
[0015]進(jìn)一步，供燃料設(shè)備包括一燃料供應(yīng)罐；燃料供應(yīng)罐經(jīng)第一燃料供應(yīng)管與燃燒室的進(jìn)氣口相連通，使燃料與高壓空氣混合后進(jìn)入空氣化熱器的燃燒室；燃料供應(yīng)罐經(jīng)第二燃料供應(yīng)管與燃燒室內(nèi)設(shè)置的燃燒器相連通。優(yōu)選的，燃料供應(yīng)罐中儲(chǔ)存的可燃?xì)怏w為液化天然氣(LNG)。
[0016]進(jìn)一步，空氣加熱器由一罐體構(gòu)成，罐體內(nèi)部空間的兩端分別設(shè)有燃燒室和混合室，燃燒室與混合室的靠近側(cè)相連通；燃燒室遠(yuǎn)離混合室的一端為前端，該端設(shè)有與第一管路相連通的進(jìn)氣噴嘴；燃燒室的側(cè)壁上設(shè)有至少一列導(dǎo)向噴嘴，各導(dǎo)向噴嘴分別與第二管路相連通。
[0017]進(jìn)一步，燃燒室的側(cè)壁上排布由多列沿罐體軸線間隔設(shè)置的、調(diào)整燃燒室內(nèi)火焰方向的、供高壓氣體流入的導(dǎo)向噴嘴；每列導(dǎo)向噴嘴至少包括三個(gè)導(dǎo)向噴嘴，每列的各導(dǎo)向噴嘴均布于罐體的同一橫斷面上；每列的各導(dǎo)向噴嘴軸線相交于同一點(diǎn)；至少靠近燃燒室后端一列的各導(dǎo)向噴嘴軸線相交于罐體軸線處，使燃燒室噴入混合室的火焰沿罐體軸線方向噴射。
[0018]進(jìn)一步，至少一列導(dǎo)向噴嘴的軸線相對(duì)所處橫斷面向混合室方向傾斜設(shè)置。
[0019]進(jìn)一步，燃燒器內(nèi)設(shè)有為燃?xì)夂透邏嚎諝馓峁c(diǎn)火源的燃燒器；優(yōu)選的，所述的燃燒器由大壓燃燒器構(gòu)成；進(jìn)一步優(yōu)選的大壓燃燒器上設(shè)有火焰檢測(cè)器；大壓燃燒器上還設(shè)有吹掃裝置。
[0020]進(jìn)一步，空氣預(yù)熱器的第二通道兩端分別經(jīng)進(jìn)液管路與太陽(yáng)能集熱器的出口相連通、經(jīng)出液管路與太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)口的相連通；所述的進(jìn)液管路和出液管路上分別設(shè)有控制管路通道的控制閥；
[0021 ] 進(jìn)液管路和/或出液管路上設(shè)有儲(chǔ)存熔鹽介質(zhì)的儲(chǔ)存罐，出液管路和/或進(jìn)液管路上設(shè)有為熔鹽介質(zhì)提供流動(dòng)動(dòng)力的動(dòng)力栗；
[0022]進(jìn)液管路上設(shè)有兩位三通閥，兩位三通閥的三個(gè)開(kāi)口分別與太陽(yáng)能集熱器出口、第二通道和發(fā)電設(shè)備排氣口相連通，使第二通道與太陽(yáng)能集熱器出口或發(fā)電設(shè)備排氣口相連通。
[0023]進(jìn)一步，燃燒室前端設(shè)有一進(jìn)氣噴嘴，進(jìn)氣噴嘴為雙料混合噴嘴；所述的雙料混合噴嘴由一噴嘴頭、噴嘴頭處設(shè)置的混合結(jié)構(gòu)及與混合結(jié)構(gòu)相連通的第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口 ；第一進(jìn)氣口與第一管路相連通，以供高壓空氣流入；第二進(jìn)氣口與第一供料管路相連通，以供燃料流入。
[0024]本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓空氣進(jìn)行穩(wěn)定加熱，利用高壓高溫氣體進(jìn)行發(fā)電作業(yè)的目的。
[0025]為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案:一種壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電方法，其包括:將高壓空氣與燃料進(jìn)行燃燒加熱生成高溫高壓混合氣體，利用高溫高壓混合氣體進(jìn)行發(fā)電作業(yè)；高壓空氣進(jìn)行燃燒加熱的具體步驟如下，步驟S1、第一路高壓空氣與燃料混合后自進(jìn)氣噴嘴噴入空氣加熱器的燃燒室，進(jìn)行燃燒加熱；步驟S2、第二路高壓空氣沿空氣加熱器燃燒室的側(cè)壁各處向燃燒室內(nèi)噴射，使燃燒室內(nèi)火焰沿燃燒室軸線方向噴射入混合室；步驟S3、第三路高壓空氣與自熱燃燒室加熱后噴入的氣體在混合室中混合，生成壓力值為
2.0Mpa、溫度為500?650°C的混合氣體，以供發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。
[0026]進(jìn)一步，預(yù)先對(duì)第一路高壓空氣、第二路高壓空氣和第三路高壓空氣進(jìn)行預(yù)加熱，使高壓空氣進(jìn)入空氣加熱器前的溫度由30°C?80°C加熱至190°C。
[0027]進(jìn)一步，在第二路高壓空氣的作用下，燃燒室內(nèi)的火焰始終沿燃燒室的軸線方向噴射。
[0028]進(jìn)一步，在第二路高壓空氣的作用下，燃燒室內(nèi)的火焰沿平滑的下降曲線噴射，并沿燃燒室軸線方向噴入混合室。
[0029]進(jìn)一步，第二路高壓空氣自燃燒室側(cè)壁上設(shè)置的多個(gè)導(dǎo)向噴嘴噴入燃燒室中，利用各導(dǎo)向噴嘴的噴射量控制燃燒室內(nèi)火焰的噴射方向。
[0030]進(jìn)一步，電場(chǎng)在發(fā)電高峰期，利用多余發(fā)電量帶動(dòng)壓縮機(jī)生成高壓空氣并進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的高壓空氣壓力值為2.1?2.3Mpa ;電場(chǎng)在發(fā)電低谷期，利用存儲(chǔ)的高壓空氣進(jìn)行燃燒加熱生成壓力值為2.0Mpa、溫度為500?650°C的混合氣體，透平發(fā)電機(jī)利用燃燒加熱后的混合氣體進(jìn)行發(fā)電作業(yè)；優(yōu)選的，電場(chǎng)可以為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、火力發(fā)電場(chǎng)、水利發(fā)電場(chǎng)中的任意一種。
[0031]進(jìn)一步，透平發(fā)電機(jī)利用燃燒加熱后的混合氣體進(jìn)行發(fā)電作業(yè)的具體步驟如下，步驟S11、空氣加熱器流出的高溫高壓混合氣體流經(jīng)空氣膨脹機(jī)，高溫高壓混合氣體帶動(dòng)空氣膨脹機(jī)中的環(huán)形葉柵旋轉(zhuǎn)，使混合氣體降溫降壓并排出；步驟S21、空氣膨脹機(jī)將氣體降溫降壓過(guò)程中釋放的能量通過(guò)帶動(dòng)環(huán)形葉柵旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并環(huán)形葉柵通過(guò)減速齒輪箱帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；步驟S31、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)定子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。
[0032]進(jìn)一步，空氣膨脹機(jī)排出的、降溫降壓后的混合氣體與未進(jìn)入空氣加熱器的高壓空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)高壓空氣進(jìn)行預(yù)加熱。
[0033]進(jìn)一步，對(duì)高壓空氣進(jìn)行預(yù)加熱的具體步驟如下，步驟S101、利用太陽(yáng)能對(duì)熔鹽介質(zhì)進(jìn)行加熱；步驟S102、加熱后的熔鹽介質(zhì)與未進(jìn)入空氣加熱器的高壓空氣進(jìn)行熱交換；步驟S103、循環(huán)步驟步驟SlOl和步驟S102 ；