[發(fā)明專利]一種基于預(yù)混燃燒方式的補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111303485.8
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN113833537A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱學(xué)成;吳斌;李季;李睿;肖軍;陳皓宇;李雪倩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計院有限公司
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K23/10;F01K27/00;F01K13/00;F04B37/12;F04B41/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進(jìn)

本發(fā)明公開了一種基于預(yù)混燃燒方式的補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括連通的壓縮空氣存儲單元和壓縮空氣釋能單元，壓縮空氣釋能單元至少包括兩級連通的透平，分別為空氣透平和煙氣透平，空氣透平的進(jìn)氣端串接有用于加熱壓縮空氣的第二換熱器，煙氣透平的進(jìn)氣端串接有第一補(bǔ)燃燃燒器，第一補(bǔ)燃燃燒器與空氣透平之間連通有第三換熱器，第三換熱器用于加熱進(jìn)入第一補(bǔ)燃燃燒器的壓縮空氣，第二換熱器和第三換熱器的換熱介質(zhì)由煙氣透平的排煙提供；本發(fā)明是以壓縮空氣為介質(zhì)的補(bǔ)燃式儲能系統(tǒng)，通過梯級利用煙氣余熱提高了電能存儲效率；基于相對比較成熟的型式選擇系統(tǒng)中的核心設(shè)備，降低了研發(fā)的難度和風(fēng)險。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于預(yù)混燃燒方式的補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，屬于電能存儲技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓縮空氣儲能：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期間，通過壓縮機(jī)壓縮空氣，將電能轉(zhuǎn)化為壓縮勢能存儲起來，并將壓縮空氣運(yùn)輸至巖石洞穴、廢棄鹽洞、廢棄礦井或者其他壓力容器中；在電網(wǎng)高負(fù)荷期間，放出儲氣庫內(nèi)高壓氣體，經(jīng)過燃燒室或換熱器加熱，升高至一定溫度送至渦輪膨脹機(jī)，將壓縮空氣的熱力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎洐C(jī)的機(jī)械功輸出，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

根據(jù)系統(tǒng)熱源的不同，壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以分為：無熱源的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、帶儲熱的壓縮空氣儲能系統(tǒng)和補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)。其中無熱源壓縮空氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)能量密度和效率較低，僅應(yīng)用在微小型系統(tǒng)中。儲熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)又可以分為存儲壓縮熱和存儲外來熱源兩種，由于壓縮熱和外來熱源的溫度決定了膨脹透平前空氣的溫度上限，限制了壓縮空氣對外的做功能力即儲能規(guī)模，同時大容量的儲熱裝置也使得儲能電站的成本大幅增加。

補(bǔ)燃式壓縮空氣系統(tǒng)基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，但壓縮機(jī)和膨脹透平不同時工作，儲能時將電能儲存于儲氣室中，釋能時釋放壓縮空氣，進(jìn)入燃燒室燃燒燃料驅(qū)動膨脹透平。由于減少了壓縮機(jī)耗能，相比同類燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)可以節(jié)省壓氣段消耗的輸出功。在膨脹透平前高壓力環(huán)境下的燃燒器以燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，可以采用擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒兩種不同的燃燒方式：擴(kuò)散燃燒指混合擴(kuò)散因素起控制作用的燃燒，燃料與空氣分別送入燃燒室后邊摻混、邊燃燒，燃燒火焰面處當(dāng)量比為1，燃燒溫度高，火焰穩(wěn)定性好，但NOx排放高。預(yù)混燃燒指在燃燒前燃料與空氣在燃料噴嘴預(yù)混器內(nèi)充分混合成可燃混合氣，再在燃燒室內(nèi)著火燃燒，可以通過控制摻混比降低燃燒溫度，進(jìn)而降低NOx的生成量，但其火焰面處當(dāng)量比小于1，燃燒火焰面溫度低，燃燒穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于預(yù)混燃燒方式的補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，以帶補(bǔ)燃的壓縮空氣為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模電能的存儲和轉(zhuǎn)換，發(fā)揮對電網(wǎng)負(fù)荷“削峰填谷”的調(diào)節(jié)作用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于預(yù)混燃燒方式的補(bǔ)燃式壓縮空氣釋能系統(tǒng)，包括：

連通的壓縮空氣存儲單元和壓縮空氣釋能單元；

所述壓縮空氣釋能單元至少包括連接發(fā)電機(jī)的兩級連通的透平，分別為空氣透平和煙氣透平；

所述空氣透平的進(jìn)氣端串接有用于加熱壓縮空氣的第二換熱器；

所述煙氣透平的進(jìn)氣端串接有第一補(bǔ)燃燃燒器，所述第一補(bǔ)燃燃燒器與空氣透平之間連通有第三換熱器，所述第三換熱器用于加熱進(jìn)入第一補(bǔ)燃燃燒器的壓縮空氣，使其溫度大于預(yù)混燃燒方式穩(wěn)燃時所要求的溫度；

所述第二換熱器和第三換熱器的換熱介質(zhì)由煙氣透平的排煙提供。

本技術(shù)方案中，壓縮空氣存儲單元引出的壓縮空氣經(jīng)過多個換熱、膨脹做功和補(bǔ)燃環(huán)節(jié)，基于成熟的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型，充分利用煙氣透平的排煙余熱，形成一個自耦合的串級壓縮空氣釋能發(fā)電系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述第二換熱器用于流通換熱介質(zhì)的進(jìn)口連通有第二補(bǔ)燃燃燒器，用于加熱進(jìn)入第二換熱器的換熱介質(zhì)，所述換熱介質(zhì)進(jìn)入第二補(bǔ)燃燃燒器的溫度大于預(yù)混燃燒方式穩(wěn)燃時所要求的溫度，以使得換熱介質(zhì)進(jìn)入第二補(bǔ)燃燃燒器后可保證穩(wěn)定燃燒；