一種電力系統負荷調節控制方法
【專利摘要】一種電力系統負荷調節控制方法，用于在電網用電波谷時通過波谷電存儲能量，在用電波峰時進行發電從而對于電網波峰波谷進行調控。其中，在空氣能量儲存罐中設置換熱裝置，在用電波谷儲能階段，換熱裝置中的換熱管道的位置能夠根據空氣能量儲存罐的水位變化而變化，從而避免壓縮空氣升溫導致的儲存水揮發對于發電系統后續部件的影響。
【專利說明】
_種電力系統負荷調節控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種儲能發電裝置的調節控制方法，尤其是涉及用于滿足峰值負載調節的燃氣輪機儲能發電系統的調節控制方法。
【背景技術】
[0002]電力行業作為社會基礎產業，是國家發展的命脈產業之一。隨著中國經濟社會高速發展，電力需求日益增長，中國電力工業建設進入快速發展時期。隨著科技進步和社會需求的推動，電網正從傳統的輸、變、配電加速向以滿足社會資源優化配置為主要功能的能量承載、能源博弈的平臺演化。能源結構調整的大背景下，隨著電力系統對安全、高效、穩定運行等條件的要求愈來愈高，我國電網的發展逐漸步入一個全新的階段一一智能電網。因此，建設一個效能高、投資低、安全可靠、靈活應變的智能電網已成為我國電網的發展方向。
[0003]智能電網是一個集合了多種當代先進技術的復合系統，這些技術包括電力電子技術、信息技術、儲能技術、傳感測量技術等，而儲能技術是其中至關重要的一環，它在智能電網中具有重要意義:1)可以有效地平滑負荷曲線和晝夜峰谷差，實現需求側管理;2)調節電網頻率，平抑負荷的波動，保障系統穩定運行;3)用戶側輔助電源，提高電能質量和供電可靠性;4)優化可再生能源的配置利用，促進可再生能源開發。
[0004]壓縮空氣儲能技術是目前較為廣泛應用的一種儲能技術，其主要原理利用電力系統負荷低谷時段的剩余電力進行壓縮空氣作業，并將其儲存于高壓密封設施內，在負荷高峰時段釋放出來用以驅動燃氣輪機發電。壓縮空氣儲能技術具有成本低，安全性比較高，運行可靠，壽命長等優點。
[0005]現有技術中典型的壓縮空氣儲能系統，如200710098467.4的發明專利，包括壓縮機、儲氣庫、燃燒室、燃氣輪機以及發電機;在電力負荷低谷時，利用電網電能驅動電動機，電動機驅動壓縮機壓縮空氣送入儲氣庫;在電力負荷高峰時，由儲氣庫釋放的壓縮空氣在燃燒室燃燒后的燃氣進入燃氣輪機驅動發電機發電，并將電能送入電網。但是，這種類型的壓縮空氣儲能系統，隨著儲氣庫內壓縮空氣的排出，其氣壓逐漸降低，從而導致燃氣輪機的效率下降。作為現有技術的改進，200780031109.X提出了一種恒壓的壓縮空氣儲能發電系統，其儲氣罐包括通過液壓栗/發動機單元連接的兩個儲氣罐，兩個儲氣罐之間設置存儲水，通過液壓栗控制存儲水在兩個儲氣罐之間流動，從而改變排氣儲氣罐的體積以保證壓強穩定，從而保證了燃氣輪機的效率穩定。但是，該改進的技術方案中，由于在儲氣罐中引入了存儲水，其在排氣過程中可能揮發，從而增加壓縮空氣的水分，導致下游燃氣輪機、換熱器、管道系統或者儀器由于水分導致的腐蝕或者退化。
[0006]為了解決上述問題，
【申請人】提出了改進的壓縮空氣儲能系統的發明，在恒壓儲氣罐的壓縮空氣和儲存水界面之間設置固態或者液體的密封隔絕層，同時在變壓儲氣罐中設置換熱裝置，降低變壓儲氣罐中空氣壓縮導致的溫度影響，從而降低溫度對于水蒸發的影響。但是，由于變壓儲氣罐中的水位是變化的，在儲存水的水位高于換熱裝置高度后，將會影響換熱裝置對于壓縮空氣的降溫。
【發明內容】
[0007]作為本發明的一個方面，提供一種電力系統負荷調節控制方法，包括如下步驟:
(I)在用電波谷儲能階段，在第一儲存罐通過壓縮空氣入口接收壓縮空氣時，液壓栗使用波谷電作為液壓發動機的能量來源，將儲存水輸送到第二儲存罐中，從而增加第一儲存罐中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐中的壓強不變;(2)第二儲存罐內的空氣受到壓縮從而溫度升高，開啟冷卻介質輸送器，通過換熱管路將第二儲存罐內的空氣降溫；(3)隨著空氣壓縮，第二儲存罐內的水位上升，浮動單元推動換熱管路向上旋轉，使換熱管路位于第二儲存罐的水位之上；(4)在用電波峰釋能發電時，壓縮空氣通過壓縮空氣出口排出到燃燒室，壓縮空氣與燃料在燃燒室中進行燃燒，從而輸出燃氣;輸出燃氣被輸送到燃氣輪機，驅動燃氣輪機使與其耦合的發電機進行發電；(5)關閉冷卻介質輸送器，停止對于第二儲存罐內的空氣換熱；(6)隨著壓縮空氣的釋放，第二存儲罐內的水位下降，浮動單元隨之下降，換熱管路由于重力作用向下返回原位。
[0008]本發明控制方法所使用的壓縮空氣能量儲存發電系統，包括:壓縮機，第一儲存罐，第二儲存罐，液壓栗/發動機單元，燃氣輪機以及發電機;所述壓縮機，用于在儲能時通過電動機驅動并將常壓空氣進行壓縮;所述第一儲存罐，其設置有空氣入口以及空氣出口，通過空氣入口能夠接受壓縮機的壓縮空氣，通過空氣出口能夠將壓縮空氣排出；所述第二儲存罐，通過連通管路與所述第一儲存罐相連通;所述液壓栗/發動機單元，設置于所述連通管路，根據所述第一儲存罐的壓力操作所述液壓栗/發動機單元，從而使所述第一儲存罐保持恒壓;所述燃氣輪機，利用第一儲存罐排出的壓縮空氣和燃料燃燒后的燃燒氣體來驅動;所述發電機，通過所述燃氣輪機的驅動而發電；其特征在于:還包括換熱系統;所述換熱系統包括:同軸的第一管路和第二管路;換熱管路，所述換熱管路與所述第一管路和第二管路連接，并且與所述第一管路和第二管路不同軸，并且能夠圍繞所述第一管路和第二管路所在的軸線旋轉;浮動單元，所述浮動單元設置于所述換熱管路下方，在所述第二儲存罐的水位上升時，能夠推動所述換熱管路向上旋轉，從而使所述換熱管路位于第二儲存罐的水位之上。
[0009]優選的，所述浮動單元為浮動平板，其能夠提供大于所述換熱管路重力的浮力。
[0010]優選的，所述換熱系統與冷卻介質輸送器相通，能夠通過所述冷卻介質輸送器向所述換熱管輸送冷卻介質，從而降低第二儲存罐內空氣的溫度。
[0011]優選的，所述冷卻介質為空氣或者水。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明一個實施例的壓縮空氣能量儲存發電系統的結構框圖。
[0013]圖2是本發明實施例中第二儲存罐處于不同水位時換熱管路的變化情況示意圖。
[0014]圖3時本發明實施例的壓縮空氣能量儲存發電系統的運行流程圖。
【具體實施方式】
[0015]此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定義。
[0016]本發明第一實施例的壓縮空氣能量儲存發電系統，參見圖1，包括壓縮機1，冷卻器2，第一儲存罐3，液壓栗/發動機單元4，第二儲存罐5，除濕裝置6，換熱器7，燃燒室8，燃氣輪機9、發電機10以及換熱裝置。
[0017]壓縮機I將外部空氣進行壓縮從而存儲電力，在用電負荷低谷時，通過電動機利用低谷電驅動壓縮機I運轉，從而將能量存儲在壓縮空氣中。壓縮機I可以是單個壓縮機或者包括多級壓縮機的壓縮機組。
[0018]空氣在被壓縮后溫度升高，冷卻器2用于將升溫后的空氣降溫，從而壓入壓縮空氣存儲罐。壓縮空氣存儲罐包括第一儲存罐3、液壓栗/發動機單元4以及第二儲存罐5。第一儲存罐3和第二儲存罐5為剛性容器，同時壓縮空氣存儲罐中容納有儲存水，其通過第二儲存罐5和第一儲存罐3之間壓力差或者液壓栗驅動，從而能夠在第二儲存罐5和第一儲存罐3之間流動，保持第一儲存罐3的壓力恒定。
[0019]第一儲存罐3具有壓縮空氣入口31以及壓縮空氣出口 32。在用電波谷儲能階段，在第一儲存罐3通過壓縮空氣入口 31接收壓縮空氣時，液壓栗使用波谷電作為液壓發動機的能量來源，將儲存水輸送到第二儲存罐5中，從而增加第一儲存罐3中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐3中的壓強不變。在用電波峰釋能階段，在第一儲存罐3通過壓縮空氣出口32排出壓縮空氣，通過第二儲存罐5以及第一儲存罐3之間的壓力差，將儲存水輸送到第一儲存罐3中，從而減小第一儲存罐3中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐3中的壓強不變;儲存水在移動過程中同時驅動發動機進行發電。可以通過監測第一儲存罐3內的空氣壓強，從而控制液壓栗/發動機單元4。
[0020]換熱裝置包括冷卻介質輸送器12，第一管路13、第二管路14、換熱管路15以及浮動單元16。冷卻介質輸送器12用于第二儲存罐5輸送冷卻介質，該冷卻介質能夠通過換熱管路15與儲存罐內空氣換熱，從而能夠降低第二儲存罐5內空氣的溫度。冷卻介質可以是水或者空氣，當冷卻介質為水時，冷卻介質輸送器12可以是輸送栗，當冷卻介質為空氣時，冷卻介質輸送器12可以是例如鼓風栗。
[0021]第一管路13為冷卻介質輸入管路，第二管路14為冷卻介質輸出管路，第一管路13和第二管路14同軸設置。換熱管路15分別與第一管路13和第二管路14連接，并且與第一管路13和第二管路14不同軸，并且在收到作用力時能夠圍繞第一管路13和第二管路14所在的軸線旋轉，可以使用例如活動的螺紋連接實現。
[0022]如圖2所示，第二儲存罐處于不同水位時換熱管路15的位置變化。浮動單元16設置于換熱管路15下方，其使用密度小于水的材料制造，能夠通過浮力提供向上的作用力;在第二儲存罐5的水位上升時，浮動單元16隨之上升，能夠推動換熱管路15向上旋轉，從而使換熱管路15位于第二儲存罐5的水位之上;在第二儲存罐5的水位下降時，浮動單元16隨之下降，換熱管路15由于重力作用向下旋轉回原位。
[0023]在波谷儲能時，第二儲存罐5內的空氣受到壓縮從而溫度升高，開啟冷卻介質輸送器12，通過換熱管路15將第二儲存罐5內的空氣降溫；當壓縮空氣能量儲存發電系統在用電波峰發電時，關閉冷卻介質輸送器。
[0024]在波峰發電時，換熱器7分別與壓縮空氣流路和燃氣輪機的乏氣輸出流路相通，在其中通過燃氣輪機的輸出乏氣對壓縮空氣進行加熱，從而提高燃燒室的效率。燃燒室8設置于換熱器7之后，壓縮空氣與燃料在燃燒室8中進行燃燒，從而輸出燃氣。輸出燃氣被輸送到燃氣輪機9，驅動燃氣輪機9使與其耦合的發電機10進行發電。
[0025]為了進一步去除壓縮空氣中的水分，可以在壓縮空氣能量儲存發電系統中設置除濕裝置6。除濕裝置6設置于第一儲存罐3的空氣出口 32的后端管路，用于進一步去除壓縮空氣中的水分，從而保證后續部件不受水分影響。除濕裝置6可以使用包括干燥劑或者乙二醇中的至少一種;可選的，除濕裝置6包括冷凝器，通過冷凝的方式去除壓縮空氣中的水分。優選的，可以在第一儲存罐3的壓縮空氣界面和儲存水界面之間設置隔絕層，從而減少儲存水的揮發。隔絕層可以是固體隔絕層或者液體隔絕層。固體隔絕層為能夠沿著第一儲存罐3軸線上下自由移動的隔絕元件，其可以設置為“工”形，底部為密封件，優選的可以在隔絕元件的密封低件上設置絕熱層。
[0026]本發明的壓縮空氣能量儲存發電系統的運行流程，參見圖3包括如下步驟:(I)在用電波谷儲能階段，在第一儲存罐3通過壓縮空氣入口 31接收壓縮空氣時，液壓栗使用波谷電作為液壓發動機的能量來源，將儲存水輸送到第二儲存罐5中，從而增加第一儲存罐3中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐3中的壓強不變；(2)第二儲存罐5內的空氣受到壓縮從而溫度升高，開啟冷卻介質輸送器12，通過換熱管路15將第二儲存罐5內的空氣降溫；(3)隨著空氣壓縮，第二儲存罐5內的水位上升，浮動單元16推動換熱管路15向上旋轉，使換熱管路15位于第二儲存罐5的水位之上；(4)在用電波峰釋能發電時，壓縮空氣通過壓縮空氣出口 32排出到燃燒室8，壓縮空氣與燃料在燃燒室8中進行燃燒，從而輸出燃氣;輸出燃氣被輸送到燃氣輪機9，驅動燃氣輪機9使與其耦合的發電機10進行發電；(5)關閉冷卻介質輸送器12，停止對于第二儲存罐5內的空氣換熱；(6)隨著壓縮空氣的釋放，第二存儲罐5內的水位下降，浮動單元16隨之下降，換熱管路15由于重力作用向下返回原位。
[0027]以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種電力系統負荷調節控制方法，包括如下步驟:(1)在用電波谷儲能階段，在第一儲存罐通過壓縮空氣入口接收壓縮空氣時，液壓栗使用波谷電作為液壓發動機的能量來源，將儲存水輸送到第二儲存罐中，從而增加第一儲存罐中的容納壓縮空氣體積，保持第一儲存罐中的壓強不變;(2)第二儲存罐內的空氣受到壓縮從而溫度升高，開啟冷卻介質輸送器，通過換熱管路將第二儲存罐內的空氣降溫；(3)隨著空氣壓縮，第二儲存罐內的水位上升，浮動單元推動換熱管路向上旋轉，使換熱管路位于第二儲存罐的水位之上；(4)在用電波峰釋能發電時，壓縮空氣通過壓縮空氣出口排出到燃燒室，壓縮空氣與燃料在燃燒室中進行燃燒，從而輸出燃氣;輸出燃氣被輸送到燃氣輪機，驅動燃氣輪機使與其耦合的發電機進行發電；(5)關閉冷卻介質輸送器，停止對于第二儲存罐內的空氣換熱；(6)隨著壓縮空氣的釋放，第二存儲罐內的水位下降，浮動單元隨之下降，換熱管路由于重力作用向下返回所述原位。
【文檔編號】H02J3/28GK106014640SQ201610476949
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】黃友鋒
【申請人】黃友鋒