[發(fā)明專(zhuān)利]風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電和壓縮空氣儲(chǔ)能一體化發(fā)電系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310614128.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103644081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何青;劉輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F03D9/02
• 分類(lèi)號(hào): F03D9/02;F01D15/10;F01K27/02;F04C23/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于可再生能源利用的發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電和壓縮空氣儲(chǔ)能一體化發(fā)電系統(tǒng)。具體說(shuō)，主要利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)連接風(fēng)電場(chǎng)和火電廠，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求及風(fēng)電場(chǎng)和火電廠出力情況調(diào)節(jié)其功率輸出情況。從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)、火電廠的聯(lián)動(dòng)，提高其對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的響應(yīng)能力，保證電網(wǎng)安全的情況下，更多的接納清潔能源并網(wǎng)。

背景技術(shù)

?地球能源的開(kāi)發(fā)和利用，仍屬當(dāng)今世界的重大課題，在不斷開(kāi)發(fā)新能源的同時(shí)，如何更有效的利用現(xiàn)有能源已成為一項(xiàng)迫切的工程。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，使現(xiàn)在的用電量極不均衡，夜間與白天負(fù)荷之比幾乎達(dá)到1:100以上，而風(fēng)電在夜間出力較大，而火電很難在夜間低谷期間停爐滅火，因此造成了大量清潔能源的浪費(fèi)。

風(fēng)電存在間歇性和穩(wěn)定性差兩個(gè)致命問(wèn)題，在電網(wǎng)的高負(fù)荷需求時(shí)期，風(fēng)電是不可靠的，在低負(fù)荷時(shí)期卻可能發(fā)出大量電網(wǎng)難以消納的功率。因此，大規(guī)模風(fēng)電送出消納的矛盾日益突出，“棄風(fēng)”問(wèn)題逐漸嚴(yán)重。據(jù)國(guó)家能源局公布的數(shù)據(jù)顯示，2012年全國(guó)棄風(fēng)電量約200億千瓦時(shí)，是2011年棄風(fēng)量100億千瓦時(shí)的一倍，全國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降，吉林省甚至降至1400小時(shí)左右（盈虧平衡點(diǎn)）。如何解決棄風(fēng)限電問(wèn)題已關(guān)系到我國(guó)節(jié)能減排戰(zhàn)略和國(guó)家關(guān)于調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高可再生能源比例的目標(biāo)。

傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)。在用電低谷將空氣壓入儲(chǔ)氣室中從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái),在用電高峰將高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放,進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒,然后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能容量較大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、效率較高和單位投資相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)；但是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨化石燃料逐漸枯竭和價(jià)格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍然產(chǎn)生氮氧化物、硫化物和二氧化碳等，不符合綠色能源發(fā)展要求。

為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)質(zhì)利用，提高風(fēng)電場(chǎng)和傳統(tǒng)火電廠的調(diào)峰能力，提出一種風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電、壓縮空氣儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)是非常重要的，這種系統(tǒng)當(dāng)電網(wǎng)處于用電低谷時(shí)，通過(guò)火電廠的蒸汽和部分風(fēng)電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)系統(tǒng)壓縮空氣、并將高壓空氣儲(chǔ)存起來(lái)；在用電高峰時(shí)，將壓縮空氣釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電供給電網(wǎng)。這樣的系統(tǒng)大大提高了風(fēng)能的利用率與效益、同時(shí)也提高了火電廠的調(diào)峰特性，增強(qiáng)了電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的提出一種風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電、壓縮空氣儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)，其特征在于：

1）首先通過(guò)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)連接風(fēng)電場(chǎng)和火電廠，構(gòu)成風(fēng)、火、儲(chǔ)一體化系統(tǒng)；

2）當(dāng)電網(wǎng)處于用電低谷時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)利用火電廠蒸汽（或部分風(fēng)電）驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)系統(tǒng)壓縮空氣、并將高壓空氣儲(chǔ)存于大型儲(chǔ)氣室，形成壓縮空氣儲(chǔ)能，同時(shí)由于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)消耗了火電廠蒸汽，降低了火電廠出力，為風(fēng)電并網(wǎng)提供了空間。

3）在用電高峰時(shí)，將儲(chǔ)氣室的高壓空氣釋放出來(lái)，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電，供給電網(wǎng)；壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有啟動(dòng)快、容量大的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在數(shù)分鐘內(nèi)啟動(dòng)加滿負(fù)荷，因此其調(diào)峰能力大、可大幅提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和電網(wǎng)安全性。

4）壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中利用蓄熱裝置收集火電廠高溫爐渣中的廢熱，利用該部分熱量加熱儲(chǔ)氣室中的壓縮空氣，使其在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功發(fā)電。由于利用蓄熱裝置取代了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的燃燒室，因此該系統(tǒng)不受地理因素的限制，同時(shí)更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保，具有了更高的實(shí)用性。

所述風(fēng)電場(chǎng)、火電廠與壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合的關(guān)鍵在于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)和火電廠的耦合作用，所述的壓氣機(jī)分為兩類(lèi)：汽動(dòng)壓氣機(jī)和電動(dòng)壓氣機(jī)，汽動(dòng)壓氣機(jī)的動(dòng)力來(lái)自于火電廠高溫蒸汽，電動(dòng)壓氣機(jī)動(dòng)力來(lái)自于風(fēng)電場(chǎng)過(guò)剩風(fēng)電；兩類(lèi)壓氣機(jī)均采用容積式壓縮機(jī)，通過(guò)改變壓氣機(jī)臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速比來(lái)適應(yīng)整個(gè)壓氣過(guò)程中空氣容積的變化。

所述風(fēng)電場(chǎng)、火電廠、壓縮空氣儲(chǔ)能一體化發(fā)電系統(tǒng)的組成為：小汽輪機(jī)1，電動(dòng)機(jī)3，壓氣機(jī)2、4，儲(chǔ)氣室5，換熱器6，蓄熱裝置7，透平機(jī)8，發(fā)電機(jī)9。

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)組成為：冷卻水12，級(jí)間換熱器13，并聯(lián)運(yùn)行的汽動(dòng)壓氣機(jī)11與電動(dòng)壓氣機(jī)10，儲(chǔ)氣室5。

蓄熱裝置組成為：外筒15，內(nèi)筒16，螺旋管屏換熱器17。內(nèi)筒16內(nèi)含有蓄熱材料。

本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)使風(fēng)電場(chǎng)和火電廠組合成了一個(gè)一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高風(fēng)電場(chǎng)和火電廠的調(diào)峰和填谷能力，并且該系統(tǒng)具有較好的環(huán)境效益。

附圖說(shuō)明

圖1是風(fēng)電場(chǎng)、火電廠、壓縮空氣儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)示意圖。