一種應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體膨脹發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)電網(wǎng)容量的不斷增長(zhǎng)，峰谷差不斷增大，可再生能源和分布式供能的蓬勃發(fā)展，對(duì)大規(guī)模發(fā)展儲(chǔ)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的需求也越來越大。對(duì)于目前國(guó)家實(shí)施的“智能電網(wǎng)”的建設(shè)，大規(guī)模儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)更是其不可或缺的部分。為解決電能大規(guī)模存儲(chǔ)問題，耗費(fèi)了巨大的人力和財(cái)力，開發(fā)了各種各樣的儲(chǔ)能方式，蓄電池組、機(jī)械飛輪、超級(jí)電容器堆、超導(dǎo)磁儲(chǔ)電等等，終因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運(yùn)作。目前已經(jīng)廣泛采用的大規(guī)模儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)是抽水蓄能方式和壓縮空氣儲(chǔ)能。
[0003]壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，由于其高效率、低成本、高壽命，不會(huì)帶來污染和生態(tài)問題，逐漸成為各國(guó)目前研究的重點(diǎn)。壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理與抽水蓄能相類似，當(dāng)電力系統(tǒng)的用電處于低谷時(shí)，系統(tǒng)儲(chǔ)能，利用系統(tǒng)中的富余電量驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣裝置中；當(dāng)電力系統(tǒng)用電負(fù)荷達(dá)到高峰發(fā)電量不足時(shí)，系統(tǒng)釋能，儲(chǔ)氣裝置將儲(chǔ)氣空間內(nèi)的壓縮空氣釋放出來，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)工作，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，完成了電能一空氣勢(shì)能一電能的轉(zhuǎn)化。
[0004]膨脹機(jī)作為壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的核心做功部件，對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的效率具有很大的影響。在大型的壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)中，由于空氣流量大，膨脹機(jī)可以采用常規(guī)的軸流透平系統(tǒng)，具有很高的效率，但是當(dāng)空氣的流量較小時(shí)，設(shè)計(jì)和制造小型高效的軸流透平存在很大難度。
[0005]此外，壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于儲(chǔ)氣室的空氣壓力逐漸下降，為了維持膨脹機(jī)進(jìn)口的壓力恒定，通常采用節(jié)流閥將空氣節(jié)流穩(wěn)定至一個(gè)較低的壓力，然后進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功。由于節(jié)流閥的使用，導(dǎo)致高壓空氣的做功能力下降，從而使系統(tǒng)的效率降低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)將活塞膨脹機(jī)和向心透平膨脹機(jī)有機(jī)地耦合在一起，能夠合理地利用高壓氣體的能量，從而提高膨脹發(fā)電系統(tǒng)的效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)，包括活塞膨脹機(jī)組、透平膨脹機(jī)組及再熱器；所述活塞膨脹機(jī)組的進(jìn)氣口與高壓氣體進(jìn)氣管路連接，高壓氣體通過高壓氣體進(jìn)氣管路進(jìn)入活塞膨脹機(jī)組；所述活塞膨脹機(jī)組的排氣口與所述透平膨脹機(jī)組的進(jìn)氣口連接，將排氣供給透平膨脹機(jī)組；所述再熱器設(shè)于活塞膨脹機(jī)組和透平膨脹機(jī)組的進(jìn)氣管路上，用于加熱系統(tǒng)中做功的氣體；所述閥門設(shè)于所述活塞膨脹機(jī)組的進(jìn)氣管路上，用于控制氣體的流動(dòng)方向，從而控制高壓氣體在活塞膨脹機(jī)組中的流程；所述透平膨脹機(jī)組位于活塞膨脹機(jī)組的下游，利用活塞膨脹機(jī)組的排氣作為動(dòng)力源進(jìn)行做功。
[0008]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機(jī)組采用多缸結(jié)構(gòu)形式，其每級(jí)氣缸通過曲柄連桿與主軸連接。
[0009]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機(jī)組包括至少一臺(tái)活塞膨脹機(jī)，其采用多級(jí)串聯(lián)或者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。
[0010]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機(jī)組設(shè)置有離合器，所述離合器安裝在活塞膨脹機(jī)組的主軸上，以實(shí)現(xiàn)每級(jí)活塞曲柄連桿與主軸的連接與脫離，從而實(shí)現(xiàn)活塞膨脹機(jī)組的級(jí)數(shù)控制。
[0011]優(yōu)選地，所述透平膨脹機(jī)組采用多級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過一根主軸輸出功率。
[0012]優(yōu)選地，所述透平膨脹機(jī)組包括至少一臺(tái)向心透平膨脹機(jī)，其采用多級(jí)串聯(lián)或者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。
[0013]優(yōu)選地，所述向心透平膨脹機(jī)的進(jìn)氣壓力為0.2?5MPa。
[0014]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機(jī)組設(shè)有膨脹控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)膨脹工況的控制。
[0015]優(yōu)選地，所述再熱器的熱源包括太陽(yáng)能熱源、生物質(zhì)能熱源、外界余熱廢熱熱源或壓縮機(jī)的壓縮熱熱源。
[0016]本實(shí)用新型為了合理地利用高壓氣體的能量，將活塞膨脹機(jī)組和向心透平膨脹機(jī)組有機(jī)地耦合在一起。當(dāng)高壓氣體需要進(jìn)行膨脹做功時(shí)，首先進(jìn)入活塞式膨脹機(jī)組進(jìn)行高壓段的膨脹，高壓氣體在其中膨脹做功，將氣體的壓力降低至一定的低壓，同時(shí)輸出相應(yīng)的膨脹功。為了進(jìn)一步地提高系統(tǒng)的效率，配置相應(yīng)的氣體管道閥門，根據(jù)高壓氣體的壓力來控制活塞膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)。高壓氣體經(jīng)過活塞膨脹機(jī)組膨脹做功后壓力溫度降低，然后繼續(xù)進(jìn)入向心透平膨脹機(jī)組，氣體在其中進(jìn)一步地膨脹做功。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的做功能力和效率，采用再熱循環(huán)流程，通過再熱器對(duì)氣體工質(zhì)進(jìn)行級(jí)間加熱。
[0017]對(duì)比于傳統(tǒng)的單獨(dú)采用向心透平膨脹機(jī)組的系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)由于引進(jìn)了活塞式膨脹機(jī)組，取代節(jié)流閥，摒棄了節(jié)流損失，從而有效地提高了系統(tǒng)的效率。以儲(chǔ)氣壓力15MPa、儲(chǔ)氣容積500m3的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，采用高壓氣體膨脹發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)要比采用傳統(tǒng)系統(tǒng)提高10%以上的效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型所提供應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.第一閥門2.第二閥門3.第三閥門4.第四閥門5.第五閥門6.第六閥門
11.第一氣缸12.第二氣缸13.第三氣缸21.第一離合器22.第二離合器31.第一主軸32.第二主軸41.第一再熱器42.第二再熱器43.第三再熱器44.第四再熱器51.第一向心透平膨脹機(jī)52.第二向心透平膨脹機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]請(qǐng)參考圖1，圖1為本實(shí)用新型所提供應(yīng)用于高壓氣體發(fā)電的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]在一種具體實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供的聯(lián)合膨脹動(dòng)力系統(tǒng)主要由活塞膨脹機(jī)組和向心透平膨脹機(jī)組兩大部分構(gòu)成。
[0024]活塞膨脹機(jī)組與高壓氣體的進(jìn)氣連接，用于進(jìn)行高壓段的膨脹做功，主要由第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4、第五閥門5、第六閥門6、第一氣缸11、第二氣缸
12、第三氣缸13、第一離合器21、第二離合器22、第一主軸31等構(gòu)成，除第一氣缸11之