燃气发电机组耦合压缩空气储能系统及其运行方法与流程

1.本发明属于燃气发电机组耦合压缩空气储能技术领域，具体涉及一种燃气发电机组耦合压缩空气储能系统及其运行方法。


背景技术：

2.燃气发电机组由于运行灵活，响应速率快，已经被广泛的应用于电网调峰调频，并在一定条件及背景下承担着冷热电气供给的任务，但由于缺少配套储能系统，其应用受到一定限制。压缩空气储能作为一种大规模的清洁物理储能技术，已经得到国内外各行各业的重视及研究，因其装机容量大、建设和运行成本低、能量密度高、储能周期不受限制、较高效率及长寿命等特点，在支撑电网安全运行、促进可再生能源消纳方面有很大的应用空间。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃气发电机组耦合压缩空气储能系统及其运行方法，实现压缩空气储能与燃气发电耦合，支撑电网安全运行、促进可再生能源消纳。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，包括水源、压缩机、膨胀机、燃烧室、双井、换热器、储热系统、燃气发电机组以及控制系统；双井包括底部连通的空气储存井和水储存井，水储存井的入水口和出水口连通水源，空气储存井的入口处设置压缩机，空气储存井的出口依次连通膨胀机和燃烧室，燃烧室连接燃气发电机组，空气储存井外侧设置换热器，换热器连接储热系统，空气储存井的下部设置有液位监测装置，液位监测装置连接控制系统。
5.储热系统连接膨胀机和燃烧室。
6.水源为湖泊、池塘、大海、水槽或蓄水池。
7.水源至水储存井的入水口设置流体输送装置和压力调节阀，流体输送装置设置一台或多台；水储存井的出水口设置出水阀，出水阀采用一种带信号输入输出的阀门，出水阀的执行机构和流体输送装置的执行机构连接控制系统。
8.膨胀机的出口还连通蓄冷设备。
9.燃烧室采用任意一种可用于燃气燃烧的装置。
10.双井的深度为500-2000m，水储存井端井直径为5-20m，储空气井直径为5-20m；双井是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成，空气储存井上顶盖设一气孔，用于排空空气。
11.换热器中的换热介质为熔盐、油、液态金属或水蒸气；储热系统采用任意单一或混合储热系统。
12.本发明所述燃气发电机组耦合压缩空气储能系统的运行方法，具体包括以下过程：
13.a，将水传送至双井中，直至空气储存井的液面达到液面监测装置指示的液位；继
续向里边传送水，同时开启压缩机，并将水储存井侧的压力值设定为大于压缩机的额定压力，从空气储存井侧注入空气，通过注入空气和水来给双井中的空气加压，注入过程中，压缩空气柱的高度为换热器的纵向高度平齐，换热器的下沿处于液面监测装置上沿正上方；
14.b，空气在空气储存井侧压缩的过程中，产生大量热量，通过换热器传输至储热系统中储热，待需用热能时，启动膨胀机，向水储存井中注水，储热系统向换热器中供热，空气储存井中的空气高压气体进入膨胀机中膨胀做功，空气何储热系统中的部分热量进入燃烧室中，与燃气混合燃烧，产生高压蒸汽推动燃气发电机组发电。
15.储热系统同时向膨胀机和燃烧室提供热能，膨胀机将冷量传输至蓄冷设备。
16.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过建造两口井，两口井的底部连通，并将空气和水分别储存在井的两端，实现利用流体输送装置传输水、压缩空气，并将热量传递到换热器中，随后通过换热器将空气压缩过程中产生的热能存储至储热系统。待需用能时，启动储热系统、流体输送装置，将能量传送至压缩空气中，压缩空气迅速膨胀，进入膨胀机中，经膨胀机释压的空气进入燃烧室与燃气混燃，储热系统中的部分热量输送至燃烧室助燃，产生高温蒸汽推动燃气发电机组发电。
17.进一步的，储热系统中的热量及膨胀机收集的冷量均可引入需要其他余热或冷量利用系统进行利用；整套系统的发电效率高达55.6％。
附图说明
18.图1为本发明的一种结构示意图。
19.图中：1-压缩机、2-膨胀机、3-燃烧室、4-液位监测装置、5-出水阀5、双井6、7-空气储存井、8-水储存井、9-流体输送装置、10-压力调节阀、11-换热器、12-储热系统、13-燃气发电机组、14-气孔。
具体实施方式
20.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
21.参考图1，一种燃气发电机组耦合压缩空气储能的系统及方法，包括水源、空气、压缩机1、膨胀机2、燃烧室3、液位监测装置4、出水阀5、双井6、空气储存井7、水储存井8、流体输送装置9、压力调节阀10、换热器11、储热系统12、燃气发电机组13、气孔14；双井6包括底部连通的空气储存井7和水储存井8，水储存井8的入水口和出水口连通水源，空气储存井7的入口处设置压缩机1，空气储存井7的出口依次连通膨胀机2和燃烧室3，燃烧室3连接燃气发电机组13，空气储存井7外侧设置换热器11，换热器11连接储热系统12，空气储存井7的下部设置有液位监测装置4，液位监测装置4连接控制系统。
22.储热系统12连接膨胀机2和燃烧室3。
23.水源至水储存井8的入水口设置流体输送装置9和压力调节阀10，流体输送装置9设置一台或多台；水储存井8的出水口设置出水阀5，出水阀5采用一种带信号输入输出的阀门，出水阀5的执行机构和流体输送装置9的执行机构连接控制系统。
24.水源可以是湖泊、池塘、大海、水槽、蓄水池等任意一种可提供水的器具或装置。
25.压缩机1是任意一种可以压缩空气的装置或设备；膨胀机2是任意一种可以可使气
体膨胀获取冷量的装置或设备。
26.液位监测装置4是任意一种可以一种带信号输出的、可指示特定液位的系统或装置，监测到液体到达指定液面后，才可启动整套系统。
27.燃烧室3可以是任意一种可用于燃气燃烧的装置。
28.出水阀5可以是任意一种带信号输入输出的阀门，可根据信号启停。
29.双井6为两口下端连通的井，其中一井中主要用于存放空气、另一井中主要用于储存水；双井6的井深为500-2000m，水储存井端井直径为5-20m，储空气井直径为5-20m，两井直径可以相同或不同；双井6是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成，整体密封性、机械强度及抗压性能良好，可有效防止水和空气的泄露。其空气储存井上顶盖设一气孔14，用于排空空气。
30.流体输送装置9可以是任意一种可抽取水并将水送入双井6储水端的装置或设备，可根据具体情况设置一台或多台，优选采用水泵。
31.压力调节阀10可以是任意一种可设置管道压力的设备或装置，用于调节双井内的压力。
32.换热器11内的换热介质可以是任意一种诸如熔盐、油、液态金属、水蒸气的介质。
33.储热系统12可以是任意一种单一或混合储热系统或装置。
34.本发明所述燃气发电机组耦合压缩空气储能的系统及方法，具体包括如下步骤：
35.a，流体输送装置9将水传送至双井6中，直至液面达到液面监测装置4指示的液位。继续向里边传送水，同时开启压缩机1，并将管道压力调节阀10的压力值设定为压缩机的三倍值，从空气储存井侧注入空气。通过注入空气和水来给双井中的空气加压，注入过程中，控制空气和水充满着双井的整个截面，且压缩空气柱的高度为换热器11的纵向高度相齐平。换热器的下沿处于距离液面监测装置4上沿正上方5cm处。
36.b，空气在储井侧压缩的过程中，产生大量热量，通过换热器11传输至储热系统12中储热备用。待需用能时，启动膨胀机，通过液压传送装置9向水储存井8中注水、储热系统12向换热器11中供热，空气储存井7中的空气高压气体进入膨胀机2中膨胀做功，膨胀机收集冷量，空气何储热系统12中的部分热量进入燃烧室3中，与燃气混合燃烧，产生高压蒸汽推动燃气发电机组发电。
37.如图1所示，本实施例中使用本发明中的燃气发电机组耦合压缩空气储能的系统及方法，本实施例中所述的井深为1000m，储空气井侧直径为10m，水储存井侧直径为8m，流体输送装置液体流速为60000m3/h，流体输送装置功率为50kw，内置60000m3空气，压缩机的出力为3mpa，其综合能量利用效率高达55.6％。

技术特征：
1.一种燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，包括水源、压缩机(1)、膨胀机(2)、燃烧室(3)、双井(6)、换热器(11)、储热系统(12)、燃气发电机组(13)以及控制系统；双井(6)包括底部连通的空气储存井(7)和水储存井(8)，水储存井(8)的入水口和出水口连通水源，空气储存井(7)的入口处设置压缩机(1)，空气储存井(7)的出口依次连通膨胀机(2)和燃烧室(3)，燃烧室(3)连接燃气发电机组(13)，空气储存井(7)外侧设置换热器(11)，换热器(11)连接储热系统(12)，空气储存井(7)的下部设置有液位监测装置(4)，液位监测装置(4)连接控制系统。2.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，储热系统(12)连接膨胀机(2)和燃烧室(3)。3.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，水源为湖泊、池塘、大海、水槽或蓄水池。4.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，水源至水储存井(8)的入水口设置流体输送装置(9)和压力调节阀(10)，流体输送装置(9)设置一台或多台；水储存井(8)的出水口设置出水阀(5)，出水阀(5)采用一种带信号输入输出的阀门，出水阀(5)的执行机构和流体输送装置(9)的执行机构连接控制系统。5.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，膨胀机(2)的出口还连通蓄冷设备。6.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，燃烧室(3)采用任意一种可用于燃气燃烧的装置。7.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，双井(6)的深度为500-2000m，水储存井端井直径为5-20m，储空气井直径为5-20m；双井(6)是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成，空气储存井上顶盖设一气孔(14)，用于排空空气。8.根据权利要求1所述的燃气发电机组耦合压缩空气储能系统，其特征在于，换热器(11)中的换热介质为熔盐、油、液态金属或水蒸气；储热系统(12)采用任意单一或混合储热系统。9.权利要求1-8中任一项所述燃气发电机组耦合压缩空气储能系统的运行方法，其特征在于，具体包括以下过程：a，将水传送至双井(6)中，直至空气储存井(7)的液面达到液面监测装置(4)指示的液位；继续向里边传送水，同时开启压缩机(1)，并将水储存井(8)侧的压力值设定为大于压缩机的额定压力，从空气储存井侧注入空气，通过注入空气和水来给双井中的空气加压，注入过程中，压缩空气柱的高度为换热器(11)的纵向高度平齐，换热器(11)的下沿处于液面监测装置(4)上沿正上方；b，空气在空气储存井侧压缩的过程中，产生大量热量，通过换热器(11)传输至储热系统(12)中储热，待需用热能时，启动膨胀机(2)，向水储存井(8)中注水，储热系统(12)向换热器(11)中供热，空气储存井(7)中的空气高压气体进入膨胀机(2)中膨胀做功，空气何储热系统(12)中的部分热量进入燃烧室(3)中，与燃气混合燃烧，产生高压蒸汽推动燃气发电机组发电。10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于，储热系统(12)同时向膨胀机(2)和燃
烧室(3)提供热能，膨胀机(2)将冷量传输至蓄冷设备。

技术总结
本发明公开一种燃气发电机组耦合压缩空气储能系统及其运行方法，系统包括水源、压缩机、膨胀机、燃烧室、双井、换热器、储热系统、燃气发电机组以及控制系统；双井包括底部连通的空气储存井和水储存井，水储存井的入水口和出水口连通水源，空气储存井的入口处设置压缩机，空气储存井的出口依次连通膨胀机和燃烧室，燃烧室连接燃气发电机组，空气储存井外侧设置换热器，换热器连接储热系统，空气储存井的下部设置有液位监测装置，液位监测装置连接控制系统；通过水压缩空气储能和空气膨胀做功进行能量转换，同时耦合储能系统和燃气发电机组系统，分别在电力峰谷状态下切换，支撑电网安全运行。安全运行。安全运行。


技术研发人员：韩伟 于在松 付康丽 陆续 姚明宇 宋晓辉 姬海民 白文刚
受保护的技术使用者：华能集团技术创新中心有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8