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CN102562504A - 一种风能太阳能联合蓄能发电系统 - Google Patents

一种风能太阳能联合蓄能发电系统 Download PDF

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Abstract

一种风能太阳能联合蓄能发电系统，包括风力压缩空气蓄能系统、太阳能集热蓄热系统和燃气蒸汽联合循环发电系统。本发明通过风力机组直接驱动压缩机组，利用太阳能集热装置对压缩空气进行加热，并采用空气分级压缩装置，对燃料进行预热，对于燃气轮机的排气作为蒸汽透平发电热源实现燃气蒸汽联合循环，提高了系统的效率，并提供了稳定的供电系统。综合了风力压缩空气蓄能系统、太阳能集热蓄能系统、燃气蒸汽联合循环发电系统，提供稳定的供电系统，可做调峰使用，同时为风电的大规模发展提供技术支撑，并且相比已有的风力压缩空气蓄能发电系统技术方案，系统效率得到提高。

Description

一种风能太阳能联合蓄能发电系统
技术领域
本发明涉及一种风能和太阳能利用系统，尤其涉及一种风能太阳能联合蓄能发电系统。
背景技术
为解决和应对能源短缺和环境污染等问题，近些年来，政府不断加大对可再生能源研究的资金投入和示范推广及产业化力度，可再生能源在中国能源消费结构中所占的比例逐年提升。这其中，风能作为一种清洁可再生能源，对于替代煤炭发电和二氧化碳减排有着重要作用。随着风电容量和风电场规模的日益增大，风电在电力系统中的比例越来越大，对系统的影响日益明显。大规模风电场接入电网后，会对电网的调峰、调频、电能质量、电网潮流、暂态稳定等方面产生影响，一方面对电网形成较大冲击，影响供电质量，另一方面提高了设备制造成本，这些因素严重制约了风电的大规模发展及应用。
为了更好地利用风能，简单地采用限制电网中风电比重的措施是不可取的。利用蓄能系统将风电间接输入电网或存储起来，在电网需要时稳定地为电网供电是一种行之有效的方法。目前使用较多的是抽水蓄能电站，它将风能转化为水力势能存储，然后形成稳定供电，其次为压缩空气蓄能燃气轮机发电站。与抽水蓄能电站相比，压缩空气蓄能电站，其能量转化效率高，并具有运行维护费用低、符合范围大、选址较易等优点，发展前景良好。
太阳能同样是一种重要的可在生能源，并具有分布范围广、资源总量大、洁净无污染等特点，目前对太阳能的利用主要集中在转化为电能、热能、化学能等三个方面，太阳能作为热源使用，技术较为成熟。槽式太阳能集热器集热温度可以达到350℃，可以很好通过其运行工质提供足够的热能用来加热。
经过对现有技术文献检索发现，目前所采用的是将风能通过压缩空气进行燃气轮机发电及直接推动透平发电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高系统效率，并提供了稳定供电的风能太阳能联合蓄能发电系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的风力压缩空气蓄能系统包括风力机组，该风力机组通过不同变速比的变速传动装置组分别与低压空压机组和高压空压机组连接，在低压空压机组和高压空压机组之间设置有带有燃料入口的换热器组，低压空压机组的出口与换热器组的入口相连，高压空压机组的入口与换热器组4的出口相连，高压空压机组的出口与储气装置连接；
所述的太阳能集热蓄热系统包括太阳能集热器以及与太阳能集热器相连通构成循环回路的换热器，且在太阳能集热器的入口及出口管路上还安装有太阳能集热器入、出口阀门，在换热器的出口安装有循环泵，储气装置的出口经安装有储气阀门的管路与换热器相连通；
所述的燃气蒸汽联合循环发电系统包括燃烧器，所述燃烧器的气体入口与太阳能集热蓄热系统的换热器相连通，燃烧器的燃料入口与风力压缩空气蓄能系统的换热机组相连通，经由风力压缩空气蓄能系统预热的燃料和经由太阳能集热蓄热系统加热的压缩空气在燃烧器中混合燃烧，形成高温燃气进入燃气透平中做功带动燃气轮机发电机发电，燃气透平的排气进入余热锅炉加热给水形成高温蒸汽，高温蒸汽再进入蒸汽透平做功带动蒸汽透平发电机发电，蒸汽再由蒸汽透平排出后经由冷凝器冷凝成液态水由给水泵将液态水输送到余热锅炉中，实现水蒸汽循环。
所述的太阳能集热蓄热系统还包括与换热器并联的填充有相变蓄能材料的蓄热罐，换热器和蓄热罐的入口管路还分别安装有换热阀门和蓄热阀门。
所述的给水泵后端的管路上还设置有与蒸汽透平相连通的给水加热器，给水加热器通过从蒸汽透平中抽汽来加热锅炉给水。
所述的太阳能集热器采用多个槽型抛物面聚光器串联或并联组成。
本发明通过风力机组直接驱动压缩机组，利用太阳能集热装置对压缩空气进行加热，并采用空气分级压缩装置，对燃料进行预热，对于燃气轮机的排气作为蒸汽透平发电热源实现燃气蒸汽联合循环，提高了系统的效率，并提供了稳定的供电系统。综合了风力压缩空气蓄能系统、太阳能集热蓄能系统、燃气蒸汽联合循环发电系统，提供稳定的供电系统，可做调峰使用，同时为风电的大规模发展提供技术支撑，并且相比已有的风力压缩空气蓄能发电系统技术方案，系统效率得到提高。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1、风力机组，2、变速传动装置组，3、低压空压机组，4、换热器组，5、高压空压机组，6、储气装置，7、换热器，8、燃烧器，9、燃气透平，10、燃气轮机发电机，11、余热锅炉，12、蒸汽透平，13、蒸汽透平发电机，14、凝汽器，15、给水泵，16、给水加热器，17、太阳能集热器，18、蓄热罐，19、循环泵，F1储气阀门，F2、蓄热阀门，F3、换热阀门，F4、太阳能集热器入口阀门，F5、太阳能集热器出口阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明包括风力压缩空气蓄能系统、太阳能集热蓄热系统和燃气蒸汽联合循环发电系统；
所述的风力压缩空气蓄能系统包括风力机组1、变速传动装置2、低压空压机组3、换热器组4、高压空压机组5和储气装置6，风力机组1通过不同变速比的变速传动装置组2分别与低压空压机组3和高压空压机组5连接，在低压空压机组3和高压空压机组5之间设置有带有燃料入口的换热器组4，低压空压机组3的出口与换热器组4的入口相连，高压空压机组5的入口与换热器组4的出口相连，高压空压机组5的出口与储气装置6连接；风力机组1通过变速传动装置2拖动低压空压机组3，低压空压机组3将从外界环境吸收的空气进行升压，升到一定压力进入换热器组4中与燃气蒸汽联合循环系统中所用燃料换热，降温后再进入高压空压机组5中进行再次升压，形成具有相当压力的压缩空气，并进入储气装置6中进行存储；
所述的太阳能集热蓄热系统包括太阳能集热器17、填充有相变蓄能材料的蓄热罐18、循环泵19、和与蓄热罐18并联连接的换热器7，工质为高温导热油。其中太阳能集热器17采用多个槽型抛物面聚光器串联或并联组成，导热油在太阳能集热器17中吸热到一定温度，进入到换热器7中，加热从储气装置6中出来的压缩空气，后经由循环泵19再次进入太阳能集热器17实现循环，同时蓄热罐18与换热器7并联，通过阀门实现两者之间的切换。如果储气阀门F1开启，即有压缩空气从储气装置6排出，需要在进入燃烧室8之前的加热，则关闭蓄热阀门F2，开启换热阀门F3和太阳能集热器入、出口阀门F4、F5，导热油在太阳能集热器17中吸热，并在换热器7中对压缩空气进行预热。当储气阀门F1关闭时，即没有压缩空气，不需要加热，关闭换热阀门F3，开启蓄热阀门F2、太阳能集热器入、出口阀门F4、F5，由太阳能集热器17吸收来的热量暂时存储于蓄热罐18中。当储气阀门F1在夜间开启时，系统在夜间发电时，关闭太阳能集热器入、出口阀门F4、F5，开启蓄热阀门F2，导热油在蓄热罐18中吸热，再进入换热器7中加热压缩空气。
所述的燃气蒸汽联合循环发电系统包括依次连接的燃烧器8、燃气透平9、燃气轮机发电机10、余热锅炉11、蒸汽透平12、蒸汽透平发电机13、凝汽器14、给水泵15和给水加热器16。经由风力压缩空气蓄能系统预热的燃料和经由太阳能集热蓄能系统加热的压缩空气在燃烧器8中混合燃烧，形成高温燃气，进入燃气透平9中做功带动燃气轮发电机10发电，排气进入余热锅炉11加热给水形成高温蒸汽，高温蒸汽再进入蒸汽透平12，做功带动蒸汽透平发电机13发电，再从蒸汽透平12排出后，经由冷凝器14冷凝成液态水，给水泵15将液态水输送到余热锅炉11中，实现水蒸汽循环。其中在给水泵15和余热锅炉11之间设置给水加热器16，通过从蒸汽透平12中抽汽来加热锅炉给水。
本发明的风力压缩空气蓄能系统中，直接通过变速传动装置组使风力机组带动空压机做功，不需要转化为电能由电动机拖动，减少设备，节约成本。太阳能集热蓄能系统中，由相变蓄能材料填充的蓄热罐的使用，可以对热量进行存储，根据需要对压缩空气进行加热，使系统具有良好的适应性。

Claims (4)

1.一种风能太阳能联合蓄能发电系统，其特征在于：包括风力压缩空气蓄能系统、太阳能集热蓄热系统和燃气蒸汽联合循环发电系统；
所述的风力压缩空气蓄能系统包括风力机组(1)，该风力机组(1)通过不同变速比的变速传动装置组(2)分别与低压空压机组(3)和高压空压机组(5)连接，在低压空压机组(3)和高压空压机组(5)之间设置有带有燃料入口的换热器组(4)，低压空压机组(3)的出口与换热器组(4)的入口相连，高压空压机组(5)的入口与换热器组4的出口相连，高压空压机组(5)的出口与储气装置(6)连接；
所述的太阳能集热蓄热系统包括太阳能集热器(17)以及与太阳能集热器(17)相连通构成循环回路的换热器(7)，且在太阳能集热器(17)的入口及出口管路上还安装有太阳能集热器入、出口阀门(F4、F5)，在换热器(7)的出口安装有循环泵(19)，储气装置(6)的出口经安装有储气阀门F1的管路与换热器(7)相连通；
所述的燃气蒸汽联合循环发电系统包括燃烧器(8)，所述燃烧器(8)的气体入口与太阳能集热蓄热系统的换热器(7)相连通，燃烧器(8)的燃料入口与风力压缩空气蓄能系统的换热机组(4)相连通，经由风力压缩空气蓄能系统预热的燃料和经由太阳能集热蓄热系统加热的压缩空气在燃烧器(8)中混合燃烧，形成高温燃气进入燃气透平(9)中做功带动燃气轮机发电机(10)发电，燃气透平(9)的排气进入余热锅炉(11)加热给水形成高温蒸汽，高温蒸汽再进入蒸汽透平(12)做功带动蒸汽透平发电机(13)发电，蒸汽再由蒸汽透平(12)排出后经由冷凝器(14)冷凝成液态水由给水泵(15)将液态水输送到余热锅炉(11)中，实现水蒸汽循环。
2.根据权利要求1所述的风能太阳能联合蓄能发电系统，其特征在于：所述的太阳能集热蓄热系统还包括与换热器(7)并联的填充有相变蓄能材料的蓄热罐(18)，换热器(17)和蓄热罐(18)的入口管路还分别安装有换热阀门(F3)和蓄热阀门(F2)。
3.根据权利要求1所述的风能太阳能联合蓄能发电系统，其特征在于：所述的给水泵(15)后端的管路上还设置有与蒸汽透平(12)相连通的给水加热器(16)，给水加热器(16)通过从蒸汽透平(12)中抽汽来加热锅炉给水。
4.根据权利要求1所述的风能太阳能联合蓄能发电系统，其特征在于：所述的太阳能集热器(17)采用多个槽型抛物面聚光器串联或并联组成。
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