一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法
本发明属于储能，具体涉及一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法。
背景技术：
1、储能系统是实现新型电力系统构建与新能源消纳的关键，能够缓解发电侧、电网侧与用户侧供需不匹配的现象，并有效解决弃风弃光的难题。其中，应用较为广泛的常规压缩空气储能与抽水蓄能系统分别具有存储容器占地面积较大、受特殊地理条件限制等的缺点，不利于储能系统小型化与分布式布置。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明设计的储能系统，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，包括第一预热器、第二预热器、压气机、预冷器、后冷器、高压空气透平、加热器、低压空气透平、高温熔盐罐、中高温熔盐罐、热水罐、闪蒸罐、过热器、高压汽轮机、第一再热器、第二再热器、低压汽轮机、冷凝器、低温水罐、低压泵、中压泵和中温水罐；
4、低温余热连通第一预热器第一进口和第一出口，且低温余热连通加热器第一进口和第一出口，空气连接第一预热器第二进口，第一预热器第二出口连接第二预热器第二进口，第二预热器第二出口连接压气机进口，压气机出口连接预冷器第一进口，预冷器第一出口连接后冷器第一进口，后冷器第一出口连接高压空气透平进口，高压空气透平出口连接加热器第二进口，加热器第二出口连接低压空气透平进口，低压空气透平出口连接大气；
5、热水罐出口连接闪蒸罐进口，闪蒸罐第二出口连接第一再热器第一进口，第一再热器第一出口连接中温水罐进口，中温水罐出口连接第二预热器第一进口；闪蒸罐第一出口连接过热器第二进口，过热器第二出口连接高压汽轮机进口，高压汽轮机出口连接第一再热器第二进口，第一再热器第二出口连接第二再热器第二进口，第二再热器第二出口连接低压汽轮机进口，低压汽轮机出口连接冷凝器第一进口，冷凝器第一出口连接低温水罐进口，低温水罐出口连接低压泵进口，低压泵出口和第二预热器第一出口共同连接至高压泵进口，高压泵出口连接后冷器第二进口，后冷器第二出口连接热水罐进口；
6、高温熔盐罐进口连接预冷器第二出口，高温熔盐罐出口连接过热器第一进口和第二再热器第一进口；中高温熔盐罐进口连接过热器第一出口和第二再热器第一出口，中高温熔盐罐出口连接预冷器第二进口。
7、本发明进一步的改进在于，闪蒸罐能够使得吸收空气部分压缩热的中高温高压水分别转化为中温中压蒸气和中温中压水，中温中压蒸气进入朗肯循环做功，中温中压水作为热源对循环蒸气供热。
8、本发明进一步的改进在于，低温余热的温度为35-80℃。
9、本发明进一步的改进在于，低温余热利用太阳能电池板热量或工业余热。
10、本发明进一步的改进在于，空气通过第一控制阀连接第一预热器第二进口。
11、本发明进一步的改进在于，中高温熔盐罐出口通过第二控制阀连接预冷器第二进口。
12、本发明进一步的改进在于，中温水罐出口通过第三控制阀连接第二预热器第一进口，低温水罐出口通过第四控制阀连接低压泵进口，热水罐出口通过第五控制阀连接闪蒸罐进口。
13、本发明进一步的改进在于，高温熔盐罐出口通过第六控制阀连接过热器第一进口和第二再热器第一进口。
14、一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的控制方法，初始状态下，关闭所有六个控制阀；
15、当用户处于用电低谷时，关闭第五控制阀、第六控制阀，打开第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的储能部分进行工作；常温常压空气先后进入第一预热器和第二预热器中，分别与低温余热和中温水罐中的中温中压水换热至中温后进入压气机，升温升压后的高温高压空气进入预冷器中与自中高温熔盐罐中流出的中高温熔盐换热，中高温高压空气进入后冷器中与低温高压水换热后进入高压空气透平中膨胀做功，膨胀后的低温中压空气进入加热器中吸收低温余热后进入低压空气透平中膨胀做功，抵消部分压气机的耗功并排入大气；中高温熔融盐在预冷器中吸热后进入高温熔盐罐中储存起来，自低温水罐中流出的低温低压水经过低压泵升压后和在第二预热器出口的低温中压水共同进入高压泵中，升压后的低温高压水进入后冷器中吸热至中高温高压后进入热水罐中储存起来；至此完成系统储能过程。
16、本发明进一步的改进在于，当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，打开第五控制阀和第六控制阀，耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的释能部分进行工作；热水罐中的中高温高压水进入闪蒸罐中进行闪蒸，产生中温中压的蒸气和水，中温中压蒸气进入过热器中与自高温熔盐罐中流出的高温熔融盐换热后进入高压汽轮机中膨胀做功，膨胀后的蒸气进入第一再热器和第二再热器中，分别与闪蒸罐出口的中温中压水和自高温熔盐罐中流出的高温熔融盐换热升温，之后进入低压汽轮机中进一步膨胀做功，最后，膨胀至低压的蒸气经冷凝器冷凝为饱和液态后进入低温水罐中储存起来；经第一再热器放热的中压水进入中温水罐中储存起来，高温熔融盐在过热器和第二再热器中放热后进入中高温熔盐罐中储存起来；至此完成系统释能过程。
17、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
18、本发明提供的耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，在储能阶段利用空气热泵系统产生高品质热量，并分别利用熔融盐与高压水储存压缩热，在释能阶段利用闪蒸罐产生中温中压蒸气在吸收熔融盐热量后进入蒸气朗肯循环中做功。实现用电低谷期利用冗余电力存储热量，用电高峰期利用热量驱动透平发电，同时释能阶段可在现有火电厂基础上进行改造，降低系统成本。
19、进一步的，本发明在释能阶段设置闪蒸罐，将中高品质压缩热以闪蒸的方式产生中温中压蒸气作为释能工作介质，避免了传统蒸汽朗肯循环通过吸收大量潜热产生工作蒸气，提高系统能量转换效率。
20、进一步的，本发明在储能阶段利用低温余热对空气进行预热与再热，降低系统净功耗，提高系统性能与能量利用率。
21、进一步的，本发明在储能阶段利用空气热泵过程产生高品质热量，避免了高压空气储罐的布置，进一步降低系统成本。
22、综上，本发明利用熔融盐和带压水将空气热泵循环的空气压缩热存储起来，存储的中高温带压水在闪蒸罐中产生蒸气，吸收高温熔融盐热量后进入汽轮机中做功。实现用电低谷期利用冗余电力驱动空气热泵系统产生高品质热能，用电高峰期利用储存的压缩热产生高温蒸气驱动透平实现电力产出。释能循环可利用现有燃煤电厂进行改造，降低系统成本；储能过程结束后空气直接排入大气，避免了空气储罐的布置，进一步降低系统成本；储能过程可利用低温余热提高空气进口温度，降低压缩功耗，提高储能效率与能量利用率。本发明具有应用范围较广、绿色环保、结构简单、可分布式布置等优点。
技术特征：
1.一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，包括第一预热器、第二预热器、压气机、预冷器、后冷器、高压空气透平、加热器、低压空气透平、高温熔盐罐、中高温熔盐罐、热水罐、闪蒸罐、过热器、高压汽轮机、第一再热器、第二再热器、低压汽轮机、冷凝器、低温水罐、低压泵、中压泵和中温水罐；
2.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，闪蒸罐能够使得吸收空气部分压缩热的中高温高压水分别转化为中温中压蒸气和中温中压水，中温中压蒸气进入朗肯循环做功，中温中压水作为热源对循环蒸气供热。
3.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，低温余热的温度为35-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，低温余热利用太阳能电池板热量或工业余热。
5.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，空气通过第一控制阀连接第一预热器第二进口。
6.根据权利要求5所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，中高温熔盐罐出口通过第二控制阀连接预冷器第二进口。
7.根据权利要求6所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，中温水罐出口通过第三控制阀连接第二预热器第一进口，低温水罐出口通过第四控制阀连接低压泵进口，热水罐出口通过第五控制阀连接闪蒸罐进口。
8.根据权利要求7所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统，其特征在于，高温熔盐罐出口通过第六控制阀连接过热器第一进口和第二再热器第一进口。
9.权利要求8所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的控制方法，其特征在于，初始状态下，关闭所有六个控制阀；
10.根据权利要求9所述的一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的控制方法，其特征在于，当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，打开第五控制阀和第六控制阀，耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统的释能部分进行工作；热水罐中的中高温高压水进入闪蒸罐中进行闪蒸，产生中温中压的蒸气和水，中温中压蒸气进入过热器中与自高温熔盐罐中流出的高温熔融盐换热后进入高压汽轮机中膨胀做功，膨胀后的蒸气进入第一再热器和第二再热器中，分别与闪蒸罐出口的中温中压水和自高温熔盐罐中流出的高温熔融盐换热升温，之后进入低压汽轮机中进一步膨胀做功，最后，膨胀至低压的蒸气经冷凝器冷凝为饱和液态后进入低温水罐中储存起来；经第一再热器放热的中压水进入中温水罐中储存起来，高温熔融盐在过热器和第二再热器中放热后进入中高温熔盐罐中储存起来；至此完成系统释能过程。
技术总结
本发明公开了一种耦合压缩空气与闪蒸的水蒸气储能系统及其控制方法，该系统包括通过管道连接在一起的第一预热器、第二预热器、压气机、预冷器、后冷器、高压空气透平、加热器、低压空气透平、高温熔盐罐、中高温熔盐罐、热水罐、闪蒸罐、过热器、高压汽轮机、第一再热器、第二再热器、低压汽轮机、冷凝器、低温水罐、低压泵、中压泵和中温水罐；该方法包括系统储能过程的控制和系统释能过程的控制。本发明具有应用范围较广、绿色环保、结构简单、可分布式布置等优点。
技术研发人员：谢永慧,刘仕桢,张荻,王鼎
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23