一种压气机抽气储能提高冷热电联产系统灵活性的方法

摘要

本发明公开了一种压气机抽气储能提高冷热电联产系统灵活性的方法，该方法充分耦合太阳能光热应用。储能技术能有效解决太阳能波动性、间歇性问题，提高燃气轮机能源利用率、减少污染物的排放。综合考虑用户冷热电负荷逐时需求，确定相应的压气机旁路抽气储能子系统抽气流量以控制燃气轮机组输出功率，实现系统变负荷运行；调控压缩空气释能子系统释气流量及释气温度调整系统输出功，增强了系统整体供需平衡性。同时，本发明还具有整体效率高、热电负荷调配灵活等优点，适用于探索能源的高效、梯级、多级利用等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种压气机抽气储能提高冷热电联产系统灵活性的方法。

背景技术

冷热电联产系统作为一种新型的多目标能源供应形式，符合能量梯级利用原则，具有很高的能源利用率，目前广泛服务于工业区、写字楼、学校、宾馆等建筑。

当前，在实际工程应用中，需求侧负荷受季节、昼夜等因素的影响，常常表现出较大的波动性，这使得联产系统不得不偏离设计工况运行，因此采用合适的变工况调节手段具有重大的意义。同时热电联产系统为更大限度利用输入系统的能源往往采用“以热定电”的运行模式，由此导致系统的输出电功率与需求侧电负荷往往不相匹配，容易造成电力过剩、原动机平均负荷率不高、系统效率较低等问题。而在太阳能应用过程中其波动性、间接性都是不可忽视的问题，因此需要设计一种新型的既能实现燃气轮机联产系统变负荷运行又能提高整体供需平衡性，且能避免系统整体效率过低及有效克服太阳能负面影响的系统方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种压气机抽气储能提高冷热电联产系统灵活性的方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种压气机抽气储能提高冷热电联产系统灵活性的方法，所述方法包括如下步骤：

在燃气轮机组19中，环境空气经压气机1形成压缩空气，压缩空气分两路；其中一路与燃料混合经燃烧室2燃烧产生高温燃气，燃气经燃气透平3膨胀输出电功率，为用户供电；另一路压缩空气进入压气机旁路抽气储能子系统20，依次经过恒压阀4、流量调节阀5、单向阀6最终储存于太阳能集热及蓄热绝热储气室8，太阳能集热及蓄热绝热储气室8的阀门7为安全阀；

释能子系统21投运时，释气经流量调节阀14进入空气透平15，实现对外供电；

燃气透平3及空气透平15的排气进入供热/冷子系统22，其余热经余热锅炉16回收给水加热产生微过热水蒸气，部分水蒸气经三通蒸汽流量控制阀18为用户供热，部分驱动溴化锂吸收式冷水机组17提供冷量。

进一步地，所述的方法包括太阳能光热应用过程如下：

来自单向阀6的压缩空气进入绝热储气室9实现压缩空气储能，同时利用太阳能光-热作用将储热介质经太阳能集热加热器12加热升温后存储于储热罐11中；当释能系统投运时，通过热交换为释气加热。

进一步地，所述方法中燃气轮机组19变工况调节的过程如下：

所述燃气轮机组19基于大气环境接收燃气轮机功率指令信号，当用户电需求过剩时，开启并调节恒压抽气阀5开度，分流部分压气机1出口高温高压空气作为所述压气机旁路抽气储能子系统20的原料，以改变燃气透平3内做功工质的流量；

所述压气机1出口高温高压空气部分分流，从而改变燃烧室2进气空气流量，为保证机组安全运行，可维持燃气透平3排气温度不变；燃料阀23接收排气温度指令信号，控制阀门开度调节进气燃料流量。

进一步地，所述方法包括太阳能光热应用过程如下：

通过太阳能集热加热器12实现太阳能集热过程，温控三通阀13接收系统温控信号，加热储热介质达到设定温度；在压缩空气释能阶段，绝热储气室9释气经换热器10实现加热，再进入空气透平15对外做功。

进一步地，所述方法通过耦合储能释能技术实现供需平衡，其中，释气功率调节过程如下：

当用户出现电力供应不足，启动压缩空气释能，通过压缩空气释能子系统21实现对外做功，弥补不足电力；其中，流量调节阀14接收空气透平15的功率指令信号，控制释气流量，调节所述空气透平15对外做功功率。

进一步地，所述方法通过供热/冷子系统22中的三通蒸汽流量控制阀18控制供热用蒸汽流量与供冷用蒸汽流量大小，其中所述三通蒸汽流量控制阀18根据用户冷/热负荷指令调节阀门开度。

进一步地，所述储热介质为导热油。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)一次能源利用率高、污染物排放减少。本发明引入抽气储能技术，极大得减少了余能废弃并实现变工况调节，对系统一次能源利用率的负面影响小；充分利用清洁能源，引入太阳能光热作用，并应用储热手段，克服其波动性、间歇性，提高能源利用率，控制污染物的排放。

2)热电比调节范围大。压气机抽气储能技术部分解耦了燃气轮机热电联产机组热电负荷强耦合作用，在燃气轮机机组空载情况下，供热/冷系统能具有一定热、冷量输出。

3)系统整体供需平衡性增强。本发明综合考虑用户负荷需求，通过控制系统积极反馈用户用能实际需求，灵活调节各部分输出功，削峰填谷，提高平衡性。

附图说明

图1是本发明中压气机抽气储能提高冷热电联产系统的工作示意图；

图2是发明中所涉及的太阳能集热及蓄热绝热储气室示意图；

图3是本发明提供的调控方法；其中，

图3(a)为燃气轮机组功率调控方法；

图3(b)为太阳光热利用温控调控方法；

图3(c)为空气透平功率调控方法；

图3(d)为系统冷、热量输出调控方法。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如附图1的结构示意图所示，燃气轮机组19以空气、燃料为原料，对外供电。其中压气机1设置旁路抽气管路，部分高压高温空气经旁路管路分流作为压气机旁路抽气储能子系统20的原料，储存于太阳能集热及蓄热绝热储气室8；其中，恒压阀4用以保持管道内空气流量可控，单向阀6用以防止管内空气倒流，并设置安全阀7。

压缩空气释能子系统21通过空气透平15对外供电。余热锅炉16回收燃气透平3、空气透平15的排气余热给水加热以产生微过热水蒸气部分用于供热，部分用于驱动溴化锂吸收式冷水机组17提供冷量。

如附图2的太阳能集热及蓄热绝热储气室示意图所示，其能流过程为：来自单向阀6的压缩空气进入绝热储气室9实现压缩空气储能，同时利用太阳能光-热将导热油经集太阳能集热加热器12加热升温后存储于导热油罐11。当释能系统投运时，绝热储气室9的空气经油-气换热器10加热，其温度由温控三通阀13调节，最终进入流量调节阀14。

如附图3为本发明所涉及的方法，如图所示，主要包括四个部分：

如图3(a)所示，为燃气轮机组功率调控方法；当电力过剩时，燃气轮机组向恒压抽气阀5发送功率指令信号，控制阀门开度，实现压气机1出口高温高压空气分流，控制燃气透平3内做功工质流量，从而实现燃气轮机组功率调节。由于空气分流，使得燃烧室2内进气流量相应减少，为保证机组安全运行，可维持燃气透平3排气温度不变。燃料阀23接收燃气透平排气温度指令信号以及燃气轮机功率信号指令，控制阀门开度调节进气燃料流量，保证燃烧过程稳定、安全。

如图3(b)所示，为太阳光热利用温控调控方法；太阳能集热加热器12工作时，温控三通阀13接收系统温控信号，通过储热介质达到设定温度。

如图3(c)所示，为空气透平功率调控方法；流量调节阀14接收空气透平15的功率指令信号，控制释气流量，控制空气透平15对外做功功率，从而实现削峰填谷的目的，使得供需电力平衡。

如图3(d)所示，为系统冷、热量输出调控方法；三通蒸汽流量控制阀18根据用户冷/热负荷指令调节阀门开度，决定供热用蒸汽流量与供冷用蒸汽流量大小，满足用户需求。

四个部分相互协调，又分别具有较强的灵活性，共同实现该发明的主要目的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。