[發明專利]一種用于大功率等級壓縮空氣儲能系統的膨脹機組

有效

• 申請號: 201711249953.1
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107939460B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 朱陽歷;陳海生;李文;張雪輝;王星
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01K7/22
• 分類號: F01K7/22;F01D15/10;F01D17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于大功率等級壓縮空氣儲能系統的膨脹機組，主要由高壓儲氣罐、調壓膨脹機、主膨脹機、電動發電機、換熱器、熱電阻、冷/熱水罐、冷/熱循環水泵、液力耦合器、調節閥門及管路組成。主膨脹機的各段透平都安裝在同一軸系上，通過液力耦合器與電動發電機相聯，機組滑壓運行過程通過調壓膨脹機、背壓調節閥、發電機、熱電阻回收壓降能量并控制主膨脹機的進氣壓力，冷/熱水罐存儲的軟化水也用于冷卻或加熱機組所需的潤滑油，盡可能地提高機組的能量利用效率。本發明的膨脹機組可以滿足100MW及更大功率等級膨脹機組定壓及滑壓的高效、變工況運行要求，整機結構緊湊、可靠性高，單位功率成本低。

技術領域

本發明屬于膨脹機技術領域，涉及一種用于壓縮空氣儲能系統的膨脹機組，尤其涉及一種用于大功率等級壓縮空氣儲能系統的膨脹機組，具體地說是一種單軸系、多級、高效、結構緊湊、低成本的膨脹機組。

背景技術

壓縮空氣儲能系統可以顯著提高電網的運行效率、經濟性和安全性，近年來得到了廣泛發展，為了進一步提高壓縮空氣儲能系統的效率以及對電網調峰的促進效果，100MW及更大功率等級的儲能系統亟需研制并投入運營。大功率等級壓縮空氣儲能系統膨脹機組的系統流程與中小型系統類似，但是在主機結構、運行要求、系統綜合效率方面有較大的變化，需要有更多的創新。基于以上現狀，本發明提出一種單軸系、多級、低成本、運行靈活的膨脹機組，可以滿足100MW及更大功率等級膨脹機組定壓、滑壓的高效、變工況運行要求，整機結構緊湊，綜合能耗和單位功率成本都較低。

發明內容

針對現有技術的缺點和不足，本發明提供了一種大功率等級壓縮空氣儲能系統的膨脹機組，通過該結構的應用可以進一步提升儲能系統定壓、滑壓的變工況運行效率，靈活安排控制策略，合理利用系統產熱，降低單位功率成本，有效防止膨脹機組超轉，具有良好的應用前景。

為了達到上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種用于大功率等級壓縮空氣儲能系統的膨脹機組，所述膨脹機組包括高壓儲氣罐、調壓膨脹機、主膨脹機、冷水罐、熱水罐，所述高壓儲氣罐的進氣口與壓縮空氣儲能系統中的壓縮機組的出氣口連通，其特征在于：所述高壓儲氣罐的出氣口分為兩路，一路經主路閥門V2通向所述主膨脹機的進氣口，另一路經所述調壓膨脹機通向所述主膨脹機的進氣口，并且所述調壓膨脹機的出氣口設置有背壓調節閥V1，所述調壓膨脹機的軸系與一發電機連接，所述發電機與設置在所述熱水罐中的熱電阻電連接，所述調壓膨脹機用于穩定主膨脹機進氣壓力時回收部分壓降能量；所述主膨脹機包括多級膨脹段，每級膨脹段的高壓進氣分別通過一級換熱器進行加熱；熱水存儲于所述熱水罐中，通過熱水循環水泵注入各級換熱器，將熱量傳遞給各級膨脹段的高壓進氣后，再匯入所述冷水罐；冷水存儲于所述冷水罐中，通過冷水循環水泵注入所述壓縮機組的各級換熱器，吸收各級壓縮空氣的壓縮熱，再匯入所述熱水罐。

優選地，高壓級透平可以為向心、斜流或軸流結構型式，低壓級為軸流結構型式；優選地，各個膨脹段都采用多級透平，可以提高氣動效率、降低葉尖線速度和排氣余速損失。

優選地，系統需要電動發電機驅動壓縮機工作時，可以通過變頻器啟動，若大功率變頻器造價高昂，或者無法設計制造時，也可以由膨脹機拖動到額定轉速后切換至電動工況使用。

優選地，調壓膨脹機在保證主膨脹機進氣壓力、適應高壓儲氣罐內隨著運行時間不斷下降的壓力時，回收部分壓降能量，通過背壓調節閥、發電機和熱電阻加熱熱水罐內的熱水，使機組更好地適應高壓，以及電力系統管理部門的變工況發電要求，使系統在定壓或滑壓運行時都能保持最高的效率。

優選地，通過油站的出水閥控制熱水或冷水的消耗量，可以獲得比電加熱更快的控制油溫的效果，并減少額外的廠用電消耗，提高儲能系統的綜合效率。

優選地，所述電動發電機既可用于膨脹機組發電并網，也可以用于驅動儲能系統的壓縮機，電動發電機的兩端都通過液力耦合器與壓縮機、膨脹機相聯，隨時切換系統的運行狀態，膨脹機組出現超轉等緊急情況時可以聯接壓縮機組進行耗功制動，使得機組結構緊湊、制造成本低。