壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提出了一種壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，屬于儲能技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)中，風力發(fā)電場一方面連接至壓縮空氣儲能系統(tǒng)，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機、壓氣機以及壓縮空氣儲氣裝置；所述風力發(fā)電場另一方面連接至電解氫系統(tǒng)，所述電解氫系統(tǒng)包括電解氫裝置以及氫氣儲存裝置；所述空氣儲氣裝置連接至一次燃燒室，所述氫氣儲存裝置同樣連接至一次燃燒室；所述一次燃燒室連接至透平的高壓缸，透平的低壓缸連接至發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)連接至電網(wǎng)。本方案將空氣儲能與電解氫結(jié)合，有效緩解電網(wǎng)的調(diào)峰難度，把限電時的電力充分利用起來，提高了風電消納能力，減輕了電網(wǎng)外送壓力。
【專利說明】
壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，我國部分地區(qū)多次發(fā)生了嚴重陰霾天氣，如何利用清潔能源減少環(huán)境污染是目前急需解決的問題。新能源的出力間歇性、可再生能源的大規(guī)模入網(wǎng)、傳統(tǒng)電力峰谷差值的增長，各種能源應(yīng)用問題也隨之出現(xiàn)，而儲能技術(shù)的應(yīng)用將為解決這些問題提供非常有效的途徑。壓縮空氣儲能優(yōu)勢明顯，將是未來儲能應(yīng)用的重要形式之一。
[0003]電解氫技術(shù)發(fā)展緩慢，應(yīng)用領(lǐng)域受限，主要原因是氫氣的儲存和運輸都極具危險性，應(yīng)用成本較大，因此就地消納電解氫項目產(chǎn)生的氫氣成為主要應(yīng)用趨勢。
[0004]東北地區(qū)(東北電網(wǎng)覆蓋區(qū))、西北地區(qū)(西北電網(wǎng)覆蓋區(qū))和華北地區(qū)(華北電網(wǎng)覆蓋區(qū))受電力負荷規(guī)模、電網(wǎng)的調(diào)峰能力及外送通道容量不足等因素的限制，風電的發(fā)展規(guī)模和運行都受到了影響，突出表現(xiàn)在電網(wǎng)負荷低谷時段，火電機組運行后，電網(wǎng)的調(diào)峰裕度小，風電無法上網(wǎng)運行。隨著“三北”地區(qū)風電規(guī)模不斷擴大，受這一特性影響，“三北”地區(qū)的大部分風電場出現(xiàn)了限制風電出力的問題，棄風限電現(xiàn)象嚴重。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，將空氣儲能與電解氫結(jié)合，有效緩解電網(wǎng)的調(diào)峰難度，把限電時的電力充分利用起來，提高風電消納能力，減輕電網(wǎng)外送壓力。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型提出一種一種壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，在所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)中:風力發(fā)電場一方面連接至壓縮空氣儲能系統(tǒng)，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機、壓氣機以及壓縮空氣儲氣裝置，所述風力發(fā)電場連接至所述電動機以向電動機提供電能，壓氣機具有接收空氣的接口；所述風力發(fā)電場另一方面連接至電解氫系統(tǒng)，所述電解氫系統(tǒng)包括電解氫裝置以及氫氣儲存裝置，所述風力發(fā)電場連接至所述電解氫裝置以向電解氫裝置提供電能;所述空氣儲氣裝置連接至一次燃燒室，所述氫氣儲存裝置同樣連接至一次燃燒室;所述一次燃燒室連接至透平的高壓缸，透平的低壓缸連接至發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)連接至電網(wǎng)。
[0007]根據(jù)本實用新型的一個方面，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括儲熱換熱裝置，所述壓氣機連接至儲熱換熱裝置，所述空氣儲氣裝置連接至儲熱換熱裝置，并通過儲熱換熱裝置連接至一次燃燒室。
[0008]根據(jù)本實用新型的一個方面，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括儲熱換熱裝置，所述壓氣機連接至儲熱換熱裝置，所述空氣儲氣裝置連接至儲熱換熱裝置;所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括余熱轉(zhuǎn)換器，所述余熱轉(zhuǎn)換器連接至透平的低壓缸的排氣裝置以獲得渦輪排氣中的廢熱;所述儲熱換熱裝置連接至所述余熱轉(zhuǎn)換器，空氣儲氣裝置通過儲熱換熱裝置以及所述余熱轉(zhuǎn)換器連接至一次燃燒室。
[0009]根據(jù)本實用新型的一個方面，所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括連接在透平的高壓缸和低壓缸之間的二次燃燒室，所述氫氣儲存裝置還連接至所述二次燃燒室。
[0010]由此可見，本方案通過將負荷低谷和棄風限電時段的電力轉(zhuǎn)換為壓縮空氣和電解氫，并在用電高峰將兩者轉(zhuǎn)換為電力，從而解決棄風限電問題，并能平穩(wěn)電力輸出。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型提出的壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下所述為本實用新型的較佳實施實例，并不因此而限定本實用新型的保護范圍。
[0013]參見圖1，所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，包括有風力發(fā)電場1、電動機2、壓氣機3、儲熱換熱裝置5、壓縮空氣儲氣裝置4、余熱轉(zhuǎn)換器6、一次燃燒室7、二次燃燒室
9、透平8、電解氫裝置10、氫氣儲存裝置11、發(fā)電系統(tǒng)12、電網(wǎng)13。
[0014]圖1所示的壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)其工作原理為:在負荷低谷和棄風限電時段，一是壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的電動機2耗用來自風力發(fā)電場I的電能，驅(qū)動壓氣機3壓縮空氣14并存于壓縮空氣儲氣裝置4中；二是電解氫系統(tǒng)中的電解氫裝置10耗用來自發(fā)電場I的電能，產(chǎn)生氫氣并儲存在氫氣儲存裝置11中。在負荷高峰時段，放氣發(fā)電，高壓空氣從壓縮空氣儲氣裝置4釋放，進入燃氣輪機一次燃燒室7同來自氫氣儲存裝置11的氫氣一起燃燒后，驅(qū)動透平8帶動發(fā)電系統(tǒng)12輸出電能至電網(wǎng)13。
[0015]此外，為提高系統(tǒng)效率，增加了儲熱換熱裝置5，目的是將壓氣機3在空氣壓縮過程中產(chǎn)生的壓縮熱存儲起來，在放氣發(fā)電過程中，利用存儲的壓縮熱加熱壓縮空氣;還增加了余熱轉(zhuǎn)換器6，通過回收透平8的渦輪排氣中的廢熱預(yù)熱壓縮空氣，從而可以提高系統(tǒng)的熱效率;此外，還增加了二次補燃系統(tǒng)，即在圖1中位于透平8的高壓缸和低壓缸之間的二次燃燒室9中進行二次燃燒。
[0016]下面參考圖1，詳細描述該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。首先看由實線標識出的第一實施例。
[0017]所述風力發(fā)電場I一方面連接至壓縮空氣儲能系統(tǒng)，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機2、壓氣機3以及壓縮空氣儲氣裝置4，所述風力發(fā)電場I連接至所述電動機2以向電動機2提供電能，壓氣機3具有接收空氣14的接口。這樣，在負荷低谷和棄風限電時段，壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的電動機2耗用來自風力發(fā)電場I的電能，驅(qū)動壓氣機3壓縮空氣14并存于壓縮空氣儲氣裝置4中。
[0018]所述風力發(fā)電場I另一方面連接至電解氫系統(tǒng)，所述電解氫系統(tǒng)包括電解氫裝置10以及氫氣儲存裝置11，所述風力發(fā)電場I連接至所述電解氫裝置10以向電解氫裝置10提供電能。這樣，在負荷低谷和棄風限電時段，電解氫系統(tǒng)中的電解氫裝置10耗用來自發(fā)電場I的電能，產(chǎn)生氫氣并儲存在氫氣儲存裝置11中。
[0019]所述空氣儲氣裝置4連接至一次燃燒室7，所述氫氣儲存裝置11同樣連接至一次燃燒室7 ο這樣，在負荷高峰時段，放氣發(fā)電，高壓空氣從壓縮空氣儲氣裝置4釋放，進入燃氣輪機一次燃燒室7同來自氫氣儲存裝置11的氫氣一起燃燒。
[0020]所述一次燃燒室7連接至透平8的高壓缸，透平8的低壓缸連接至發(fā)電系統(tǒng)12，發(fā)電系統(tǒng)12連接至電網(wǎng)13，從而利用一次燃燒室7中產(chǎn)生的驅(qū)動力驅(qū)動透平8帶動發(fā)電系統(tǒng)12輸出電能至電網(wǎng)13。
[0021 ]下面對虛線所標識出的其他各個實施例進行進一步介紹。
[0022]在另一實施例中，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括儲熱換熱裝置5，所述壓氣機3連接至儲熱換熱裝置5，所述空氣儲氣裝置4連接至儲熱換熱裝置5，并通過儲熱換熱裝置5連接至一次燃燒室7。這樣，可在負荷低谷和棄風限電時段將壓氣機3在空氣壓縮過程中產(chǎn)生的壓縮熱存儲起來，并在放氣發(fā)電過程中，利用存儲的壓縮熱加熱壓縮空氣。
[0023]在另一實施例中，所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括余熱轉(zhuǎn)換器6，所述余熱轉(zhuǎn)換6器連接至透平8的低壓缸的排氣裝置以獲得渦輪排氣中的廢熱;所述儲熱換熱裝置5連接至所述余熱轉(zhuǎn)換器6;空氣儲氣裝置4通過儲熱換熱裝置5以及所述余熱轉(zhuǎn)換器6連接至一次燃燒室7。這樣，所述儲熱換熱裝置5以及所述余熱轉(zhuǎn)換器6可以共同對壓縮空氣進行加熱。余熱轉(zhuǎn)換器6還會排出不用的廢熱15。
[0024]在另一實施例中，所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括連接在透平8的高壓缸和低壓缸之間的二次燃燒室9，所述氫氣儲存裝置11還連接至所述二次燃燒室9。這樣，可進行二次補燃。
[0025]上述多個實施例的任意兩個或多個可組合在一起，可通過設(shè)置不同的閥門，并在多個閥門中每個閥門不同的打開或關(guān)閉狀態(tài)的組合下實現(xiàn)上述單個實施例或組合的實施例，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
[0026]由此可見，本實用新型具有如下優(yōu)點:該系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟性均可行，既解決了棄風限電問題，又緩解了電網(wǎng)調(diào)峰難度，最重要的是提出了一種利用棄電制備氫氣，并能很好的運用到壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的方案，解決了氫氣應(yīng)用問題的同時，又給壓縮空氣儲能系統(tǒng)的燃料提供了保障，提高了整體系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0027]應(yīng)注意，本實用新型所提出的【具體實施方式】及應(yīng)用領(lǐng)域僅為說明的目的，并不作為對本實用新型保護范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本實用新型的【具體實施方式】進行修改以滿足實際需要。
【主權(quán)項】
1.一種壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，其特征在于: 在所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)中: 風力發(fā)電場一方面連接至壓縮空氣儲能系統(tǒng)，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機、壓氣機以及壓縮空氣儲氣裝置，所述風力發(fā)電場連接至所述電動機以向電動機提供電能，壓氣機具有接收空氣的接口 ； 所述風力發(fā)電場另一方面連接至電解氫系統(tǒng)，所述電解氫系統(tǒng)包括電解氫裝置以及氫氣儲存裝置，所述風力發(fā)電場連接至所述電解氫裝置以向電解氫裝置提供電能； 所述空氣儲氣裝置連接至一次燃燒室，所述氫氣儲存裝置同樣連接至一次燃燒室； 所述一次燃燒室連接至透平的高壓缸，透平的低壓缸連接至發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)連接至電網(wǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，其特征在于: 所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括儲熱換熱裝置，所述壓氣機連接至儲熱換熱裝置，所述空氣儲氣裝置連接至儲熱換熱裝置，并通過儲熱換熱裝置連接至一次燃燒室。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，其特征在于: 所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括儲熱換熱裝置，所述壓氣機連接至儲熱換熱裝置，所述空氣儲氣裝置連接至儲熱換熱裝置； 所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括余熱轉(zhuǎn)換器，所述余熱轉(zhuǎn)換器連接至透平的低壓缸的排氣裝置以獲得渦輪排氣中的廢熱； 所述儲熱換熱裝置連接至所述余熱轉(zhuǎn)換器，空氣儲氣裝置通過儲熱換熱裝置以及所述余熱轉(zhuǎn)換器連接至一次燃燒室。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)，其特征在于: 所述壓縮空氣儲能與電解氫聯(lián)合運行系統(tǒng)還包括連接在透平的高壓缸和低壓缸之間的二次燃燒室，所述氫氣儲存裝置還連接至所述二次燃燒室。
【文檔編號】F03D9/17GK205478104SQ201620017578
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月7日
【發(fā)明人】姜艷波, 劉歆, 姜絲拉夫, 于海鵬, 孟斌, 司有華, 楊婧, 李兵靜
【申請人】姜艷波