一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备

1.本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备。


背景技术：

2.削峰填谷是调整用电负荷的一种措施。根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织发电量及各类用户的用电时间，以降低负荷高峰、填补负荷低谷以及减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡。
3.白天通常是用电高峰，晚上则是用电低谷，为了平衡发电与用电量，国家相关部门对各电厂的调峰能力提出了要求，深度调峰时甚至要求机组负荷降低到设计值的15％，如此低负荷工况流量小，存在对机组损伤大、安全性差、煤耗增加、经济效益低等问题。
4.风能等可再生能源存在波动大、不稳定等问题，为了充分利用可再生能源，电网对火力发电厂的调峰能力也提出了更高要求。
5.抽水蓄能是一种有效的储能方式，有助于电力系统削峰平谷。抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压。我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。但抽水蓄能需要修建高、低水库或具备高、低水库的自然地貌，水资源充足等条件。
6.压缩空气储能也是近年来刚兴起的一种的储能方式，它是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动透平发电的储能方式。形式主要有，传统压缩空气储能系统、带储热装置的压缩空气储能系统等。
7.目前几乎所有的储能方式都独立于发电厂之外，缺乏一种电厂内与汽轮机匹配的压缩蒸气储能设备。而火力发电厂汽轮发电机组的深度调峰存在对机组损伤大，效率低下等问题。


技术实现要素：

8.本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备。
9.本实用新型提供了一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备，具有这样的特征，包括：发电机；汽轮机，与发电机连接，用于通入高温高压蒸气并排出低温低压蒸气，对外做功从而驱动发电机发电；冷凝器，与汽轮机相连接，用于将低温低压蒸气冷凝为饱和水；给水泵，与冷凝器相连接，用于将饱和水升压；锅炉，分别与汽轮机和给水泵相连接，用于将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气，并将高温高压蒸气提供给汽轮机；第一压缩机，与汽轮机的出口或中间抽气口相连接，用于在非用电高峰时将低温低压蒸气进行压缩储能；以及储气罐，分别与第一压缩机和汽轮机相连接，用于在非用电高峰时
将蒸气进行存储，并在用电高峰时将蒸气提供给汽轮机。
10.在本实用新型提供的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备中，还可以具有这样的特征：其中，第一压缩机由汽轮机或厂用电力驱动，压缩机由汽轮机驱动时，压缩机的主轴与汽轮机的主轴直接相连。
11.在本实用新型提供的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备中，还可以具有这样的特征：其中，储气罐为保温储气罐。
12.在本实用新型提供的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备中，具有这样的特征，还包括：中间冷却压缩单元，包括换热器和第二压缩机，换热器分别与给水泵和第一压缩机相连接，换热器利用给水泵流出的高压低温水来吸收第一压缩机流出的高温蒸气的热量，从而得到高压回热水并送往高压储水罐，第二压缩机分别与换热器和储气罐相连接，第二压缩机用于将换热器中流出的低温蒸气进行继续增压并通入储气罐；高压储水罐，分别与换热器和锅炉相连接，用于存储高压回热水，并将高压回热水通入锅炉；补燃锅炉，与储气罐和汽轮机相连接，用于将储气罐流出的蒸气将加热到所需温度。
13.在本实用新型提供的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备中，还可以具有这样的特征：其中，中间冷却压缩单元的数量为多个，多个中间冷却压缩单元串联连接。
14.在本实用新型提供的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备中，还可以具有这样的特征：其中，高压储水罐为保温储水罐。
15.实用新型的作用与效果
16.根据本实用新型所涉及的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备，因为基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备包括发电机；汽轮机，与发电机连接，用于通入高温高压蒸气并排出低温低压蒸气，对外做功从而驱动发电机发电；冷凝器，与汽轮机相连接，用于将低温低压蒸气冷凝为饱和水；给水泵，与冷凝器相连接，用于将饱和水升压；锅炉，分别与汽轮机和给水泵相连接，用于将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气，并将高温高压蒸气提供给汽轮机；第一压缩机，与汽轮机的出口或中间抽气口相连接，用于在非用电高峰时将低温低压蒸气进行压缩储能；以及储气罐，分别与第一压缩机和汽轮机相连接，用于在非用电高峰时将蒸气进行存储，并在用电高峰时将蒸气提供给汽轮机。所以，本实用新型的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备在电网负荷低谷期，将汽轮机出口的蒸气利用压缩机进行压缩，储存到高压气罐中，在电网负荷高峰期，释放压缩空气推动汽轮机发电。
17.此外，利用上述压缩蒸气储能设备实现电力系统削峰平谷的方法的最大优势在于汽轮机可以恒定在设计工况下运行，不存在频繁启停或小流量工况运行等影响汽轮机效率、安全性及经济性的问题。
附图说明
18.图1是本实用新型的实施例1中基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环图；
19.图2是本实用新型的实施例1中带汽轮机中间抽气的局部示意图；
20.图3是本实用新型的实施例1中基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备
的动力循环t-s图；
21.图4是本实用新型的实施例2中带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环图；以及
22.图5是本实用新型的实施例2中带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环t-s图。
具体实施方式
23.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备作具体阐述。
24.《实施例1》
25.本实施例中提供了一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备。
26.图1是本实用新型的实施例中基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环图。
27.如图1所示，本实施例中的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备10000包括发电机100、汽轮机200、冷凝器300、给水泵400、锅炉500、第一压缩机600、储气罐700、阀门a、阀门b、阀门c以及阀门d。
28.其中，汽轮机200与发电机100连接，用于通入高温高压蒸气，通过汽轮机200近似等熵绝热膨胀，排出低温低压蒸气，对外做功从而驱动发电机100发电。
29.冷凝器300通过阀门a与汽轮机200相连接，将低温低压蒸气近似等温放热并冷凝为饱和水。阀门a用于控制冷凝器300与汽轮机200之间通道的蒸气流速。
30.给水泵400与冷凝器300相连接，将饱和水近似等熵绝热升压后进入锅炉500内定压加热。
31.锅炉500的一端通过阀门c与汽轮机200相连接，另一端与给水泵400相连接，将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气。阀门c用于控制锅炉500与汽轮机200之间通道的蒸气流速。
32.第一压缩机600通过阀门b与汽轮机200相连接，阀门b用于控制第一压缩机600与汽轮机200之间通道的蒸气流速，第一压缩机600用于在非用电高峰时将低温低压蒸气进行压缩储能。
33.第一压缩机600由汽轮机200或厂用电力驱动，本实施例中第一压缩机600为厂用电力驱动，压缩机600由汽轮机200驱动时，汽轮机200的输出轴脱开发电机100的轴，切换到第一压缩机600的主轴直接驱动第一压缩机600。
34.第一压缩机600与汽轮机200的出口或中间抽气口相连接，本实施例中为与汽轮机200的出口相连接。第一压缩机600与汽轮机200中间抽气口相连接的局部示意图如图2所示。
35.图2是本实施例中带汽轮机中间抽气的局部示意图。
36.储气罐700的一端与第一压缩机600相连接，另一端通过阀门d与汽轮机200相连接，阀门d用于控制储气罐700与汽轮机200之间通道的蒸气流速。
37.储气罐700用于存储压缩后的高温高压蒸气，并在用电高峰时将高温高压蒸气提
供给汽轮机200。
38.储气罐700的容积为根据非用电高峰时所对应的汽轮机200排气量及其被压缩到汽轮机200进口压力时的体积计算得到，储气罐700为保温储气罐，所存储的压缩后的高温高压蒸气在10小时内的温度降低幅度不大于5℃。
39.图3是本实施例中基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环t-s图。
40.如图1和图3所示，本实施例中还提供了一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的方法。
41.在正常供电时实施步骤如下：
42.步骤s1，打开阀门a和阀门c，汽轮机200将来自锅炉500的高温(温度为t1)高压(压强为p1)蒸气转化为低温低压蒸气(由图3温熵图上的点1到点2)，并对外做功从而驱动发电机100发电；
43.步骤s2，冷凝器300将来自汽轮机200的低温低压蒸气冷凝为饱和水(由图3温熵图上的点2到点3)；
44.步骤s3，给水泵400将饱和水升压(由图3温熵图上的点3到点4)；
45.步骤s4，锅炉500将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气(由图3温熵图上的点4到点1)，并将高温高压蒸气提供给汽轮机200。
46.在非用电高峰时，打开阀门b，并调节阀门a和阀门b的开度，控制汽轮机200出口进入冷凝器300的蒸气流量和进入第一压缩机600的蒸气流量，驱动第一压缩机600对蒸气增压，实现对部分蒸气的压缩储能，保证汽轮机200运行在设计工况或小幅度变工况。
47.第一压缩机600将低温低压蒸气进行压缩(由温熵图上的点2到点8)并将压缩后的高温高压蒸气输送至储气罐700进行存储，由于存在对外散热，蒸气在储气罐700中温度有所降低(由温熵图上的点8到点1)。
48.第一压缩机600由汽轮机200或厂用电力驱动，本实施例中第一压缩机600为厂用电力驱动，压缩机600由所述汽轮机200驱动时，汽轮机200的输出轴脱开发电机100的轴，切换到第一压缩机600的主轴直接驱动第一压缩机600。
49.在用电高峰时，打开阀门d，关闭阀门b，第一压缩机600停止工作。储气罐700将存储的高温高压蒸气提供给汽轮机200，同时锅炉500的部分高温高压蒸气也进入汽轮机200进口。根据电力负荷需求、锅炉500运行特性，优化锅炉500出口蒸气量与储气罐700出口蒸气量的关系，减小煤耗，同时维持汽轮机200稳定运行。
50.《实施例2》
51.本实施例中提供了一种带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备。本实施例中，为了节约压缩功，提高系统效率，选择中间冷却的压缩形式。
52.图4是本实用新型的实施例中带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环图。
53.如图4所示，本实施例中的带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备20000包括发电机100、汽轮机200、冷凝器300、给水泵400、锅炉500、第一压缩机600、储气罐700、中间冷却压缩单元800、高压储水罐900以及补燃锅炉1000。
54.其中，汽轮机200与发电机100连接，用于通入高温高压蒸气，通过汽轮机200近似
等熵绝热膨胀，排出低温低压蒸气，对外做功从而驱动发电机100发电。
55.冷凝器300通过阀门a与汽轮机200相连接，将低温低压蒸气近似等温放热并冷凝为饱和水。阀门a用于控制冷凝器300与汽轮机200之间通道的蒸气流速。
56.给水泵400与冷凝器300相连接，将饱和水近似等熵绝热升压后进入锅炉500内定压加热。
57.锅炉500的一端通过阀门c与汽轮机200相连接，另一端通过阀门f与给水泵400相连接，将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气。阀门c用于控制锅炉500与汽轮机200之间通道的蒸气流速，阀门f用于控制锅炉500与给水泵400之间通道的蒸气流速。
58.第一压缩机600通过阀门b与汽轮机200相连接，阀门b用于控制第一压缩机600与汽轮机200之间通道的蒸气流速，第一压缩机600用于在非用电高峰时将低温低压蒸气进行压缩。
59.第一压缩机600由汽轮机200或厂用电力驱动，本实施例中第一压缩机600为厂用电力驱动，压缩机600由汽轮机200驱动时，汽轮机200的输出轴脱开发电机100的轴，切换到第一压缩机600的主轴直接驱动第一压缩机600。
60.第一压缩机600与汽轮机200的出口或中间抽气口相连接，本实施例中为与汽轮机200的出口相连接。
61.储气罐700分别与第一压缩机600和汽轮机200相连接，用于存储压缩后的高温高压蒸气，并在用电高峰时将高温高压蒸气提供给汽轮机200。
62.储气罐700的容积为根据非用电高峰时所对应的汽轮机200排气量及其被压缩到汽轮机200进口压力时的体积计算得到，储气罐700为保温储气罐，所存储的压缩后的高温高压蒸气在10小时内的温度降低幅度不大于5℃。
63.中间冷却压缩单元800包括换热器810和第二压缩机820。
64.中间冷却压缩单元800的数量为多个，并串联连接，本实施例中，中间冷却压缩单元800的数量为一个。
65.换热器810的一端与第一压缩机600相连接，另一端通过阀门e与给水泵400相连接，阀门e用于控制换热器810与给水泵400之间通道的蒸气流速。
66.换热器800利用给水泵400流出的高压低温水来吸收第一压缩机600流出的高温蒸气的热量，从而得到高压回热水并送往高压储水罐900。
67.第二压缩机810分别与换热器800和储气罐700相连接，第二压缩机810用于将换热器800中流出的低温蒸气进行继续增压并通入储气罐700。
68.高压储水罐900的一端与换热器810相连接，另一端通过阀门g与锅炉500相连接，阀门g用于控制高压储水罐900与锅炉500之间通道的蒸气流速。
69.高压储水罐900用于存储高压回热水，并将高压回热水通入锅炉500。高压储水罐900存储的高压低温水在10小时内的温度降低幅度不大于4℃
70.补燃锅炉1000的一端与储气罐700相连接，另一端通过阀门d与汽轮机200相连接，阀门d用于控制补燃锅炉1000与汽轮机200之间通道的蒸气流速。补燃锅炉1000用于将储气罐700流出的蒸气将加热到所需温度。
71.图5是本实施例中带中间冷却的压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备的动力循环t-s图。
72.如图4和图5所示，本实施例中还提供了一种基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的方法。
73.在正常供电时实施步骤如下：
74.步骤s1，打开阀门a、阀门c以及阀门f，汽轮机200将来自锅炉500的高温(温度为t1)高压(压强为p1)蒸气转化为低温低压蒸气(压强降为p2，由图5温熵图上的点1到点2)，并对外做功从而驱动发电机100发电；
75.步骤s2，冷凝器300将来自汽轮机200的低温低压蒸气冷凝为饱和水(由图5温熵图上的点2到点3)；
76.步骤s3，给水泵400将饱和水升压(由图5温熵图上的点3到点4)；
77.步骤s4，锅炉500将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气(由图5温熵图上的点4到点1)，并将高温高压蒸气提供给汽轮机200。
78.在非用电高峰时，打开阀门b和阀门e，并调节阀门a和阀门b的开度，控制汽轮机200出口进入冷凝器300的蒸气流量和进入第一压缩机600的蒸气流量，厂用电力驱动两个压缩机对蒸气增压，实现对部分蒸气的压缩储能，保证汽轮机200运行在设计工况或小幅度变工况。
79.蒸气从第一压缩机600进口到其出口，压力温度升高(由图5温熵图上的点2到点9)，经换热器810冷却后(由图5温熵图上的点9到点10)，再进入第二压缩机820增压(由图5温熵图上的点10到点11)。第一压缩机600和第二压缩机820将低温低压蒸气进行压缩并将压缩后的高温高压蒸气输送至储气罐700进行存储。
80.给水泵400出口的高压低温水在换热器810中吸收冷却第一压缩机600出口的热量，存入高压储水罐900，并确保所储存的水在10小时内温度降低不大于4℃。
81.在用电高峰时，第一压缩机600和第二压缩机820停止工作。
82.打开阀门d和阀门g并调节阀门d和阀门g的气体流速，关闭阀门b和阀门f，高压储水罐900中的高压水进入锅炉500加温，同时储气罐700将存储的高温高压蒸气提供给汽轮机200，同时补燃锅炉1000将储气罐700流出的蒸气将加热到所需温度(由图5温熵图上的点11到点1)。
83.当高压水用完后，再关闭阀门g和阀门e，打开阀门f，给水泵400出口的水进入锅炉500内定压加热，并经阀门c到汽轮机200进口(由图5温熵图上的点4到点1)。根据电力负荷需求、锅炉500运行特性，优化锅炉500出口蒸气量与储气罐700出口蒸气量的关系，减小煤耗，同时维持汽轮机200稳定运行。
84.实施例的作用与效果
85.根据实施例1～实施例2所涉及的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备，因为基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备包括发电机；汽轮机，与发电机连接，用于通入高温高压蒸气并排出低温低压蒸气，对外做功从而驱动发电机发电；冷凝器，与汽轮机相连接，用于将低温低压蒸气冷凝为饱和水；给水泵，与冷凝器相连接，用于将饱和水升压；锅炉，分别与汽轮机和给水泵相连接，用于将升压后的饱和水进行定压加热得到高温高压蒸气，并将高温高压蒸气提供给汽轮机；第一压缩机，与汽轮机的出口或中间抽气口相连接，用于在非用电高峰时将低温低压蒸气进行压缩储能；以及储气罐，分别与第一压缩机和汽轮机相连接，用于在非用电高峰时将蒸气进行存储，并在用电高峰时将蒸气提供
给汽轮机。所以，本实用新型的基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备在电网负荷低谷期，将汽轮机出口的蒸气利用压缩机进行压缩，储存到高压气罐中，在电网负荷高峰期，释放压缩空气推动汽轮机发电。
86.此外，利用上述压缩蒸气储能设备实现电力系统削峰平谷的方法的最大优势在于汽轮机可以恒定在设计工况下运行，不存在频繁启停或小流量工况运行等影响汽轮机效率、安全性及经济性的问题。
87.此外，压缩机由由汽轮机或厂用电力驱动，使得设备使用更加便捷。
88.此外，储气罐和高压储水罐为保温罐，可以节约能源并在用电高峰进行快速供电。
89.此外，实施例2中多级中间冷却的压缩形式可以节约压缩功，提高系统效率。
90.上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。