一種應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體膨脹發電技術領域，特別是一種應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國電網容量的不斷增長，峰谷差不斷增大，可再生能源和分布式供能的蓬勃發展，對大規模發展儲能發電產業的需求也越來越大。對于目前國家實施的“智能電網”的建設，大規模儲能發電系統更是其不可或缺的部分。為解決電能大規模存儲問題，耗費了巨大的人力和財力，開發了各種各樣的儲能方式，蓄電池組、機械飛輪、超級電容器堆、超導磁儲電等等，終因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運作。目前已經廣泛采用的大規模儲能發電系統是抽水蓄能方式和壓縮空氣儲能。
[0003]壓縮空氣儲能系統是一種新型儲能技術，由于其高效率、低成本、高壽命，不會帶來污染和生態問題，逐漸成為各國目前研究的重點。壓縮空氣儲能發電系統的工作原理與抽水蓄能相類似，當電力系統的用電處于低谷時，系統儲能，利用系統中的富余電量驅動空氣壓縮機以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲存在儲氣裝置中；當電力系統用電負荷達到高峰發電量不足時，系統釋能，儲氣裝置將儲氣空間內的壓縮空氣釋放出來，驅動膨脹機工作，帶動發電機發電，完成了電能一空氣勢能一電能的轉化。
[0004]膨脹機作為壓縮空氣儲能發電系統的核心做功部件，對壓縮空氣儲能發電系統的效率具有很大的影響。在大型的壓縮空氣儲能發電系統中，由于空氣流量大，膨脹機可以采用常規的軸流透平系統，具有很高的效率，但是當空氣的流量較小時，設計和制造小型高效的軸流透平存在很大難度。
[0005]此外，壓縮空氣儲能發電系統運行過程中，由于儲氣室的空氣壓力逐漸下降，為了維持膨脹機進口的壓力恒定，通常采用節流閥將空氣節流穩定至一個較低的壓力，然后進入膨脹機膨脹做功。由于節流閥的使用，導致高壓空氣的做功能力下降，從而使系統的效率降低。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統。該系統將活塞膨脹機和向心透平膨脹機有機地耦合在一起，能夠合理地利用高壓氣體的能量，從而提高膨脹發電系統的效率。
[0007]為實現上述目的，本實用新型提供一種應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統，包括活塞膨脹機組、透平膨脹機組及再熱器；所述活塞膨脹機組的進氣口與高壓氣體進氣管路連接，高壓氣體通過高壓氣體進氣管路進入活塞膨脹機組；所述活塞膨脹機組的排氣口與所述透平膨脹機組的進氣口連接，將排氣供給透平膨脹機組；所述再熱器設于活塞膨脹機組和透平膨脹機組的進氣管路上，用于加熱系統中做功的氣體；所述閥門設于所述活塞膨脹機組的進氣管路上，用于控制氣體的流動方向，從而控制高壓氣體在活塞膨脹機組中的流程；所述透平膨脹機組位于活塞膨脹機組的下游，利用活塞膨脹機組的排氣作為動力源進行做功。
[0008]優選地，所述活塞膨脹機組采用多缸結構形式，其每級氣缸通過曲柄連桿與主軸連接。
[0009]優選地，所述活塞膨脹機組包括至少一臺活塞膨脹機，其采用多級串聯或者并聯的結構形式。
[0010]優選地，所述活塞膨脹機組設置有離合器，所述離合器安裝在活塞膨脹機組的主軸上，以實現每級活塞曲柄連桿與主軸的連接與脫離，從而實現活塞膨脹機組的級數控制。
[0011]優選地，所述透平膨脹機組采用多級串聯結構，通過一根主軸輸出功率。
[0012]優選地，所述透平膨脹機組包括至少一臺向心透平膨脹機，其采用多級串聯或者并聯的結構形式。
[0013]優選地，所述向心透平膨脹機的進氣壓力為0.2?5MPa。
[0014]優選地，所述活塞膨脹機組設有膨脹控制系統，實現膨脹工況的控制。
[0015]優選地，所述再熱器的熱源包括太陽能熱源、生物質能熱源、外界余熱廢熱熱源或壓縮機的壓縮熱熱源。
[0016]本實用新型為了合理地利用高壓氣體的能量，將活塞膨脹機組和向心透平膨脹機組有機地耦合在一起。當高壓氣體需要進行膨脹做功時，首先進入活塞式膨脹機組進行高壓段的膨脹，高壓氣體在其中膨脹做功，將氣體的壓力降低至一定的低壓，同時輸出相應的膨脹功。為了進一步地提高系統的效率，配置相應的氣體管道閥門，根據高壓氣體的壓力來控制活塞膨脹機的級數。高壓氣體經過活塞膨脹機組膨脹做功后壓力溫度降低，然后繼續進入向心透平膨脹機組，氣體在其中進一步地膨脹做功。同時，為了提高系統的做功能力和效率，采用再熱循環流程，通過再熱器對氣體工質進行級間加熱。
[0017]對比于傳統的單獨采用向心透平膨脹機組的系統而言，該系統由于引進了活塞式膨脹機組，取代節流閥，摒棄了節流損失，從而有效地提高了系統的效率。以儲氣壓力15MPa、儲氣容積500m3的壓縮空氣儲能系統為例，采用高壓氣體膨脹發電的聯合膨脹動力系統要比采用傳統系統提高10%以上的效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型所提供應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統的一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.第一閥門2.第二閥門3.第三閥門4.第四閥門5.第五閥門6.第六閥門
11.第一氣缸12.第二氣缸13.第三氣缸21.第一離合器22.第二離合器31.第一主軸32.第二主軸41.第一再熱器42.第二再熱器43.第三再熱器44.第四再熱器51.第一向心透平膨脹機52.第二向心透平膨脹機
【具體實施方式】
[0021]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0022]請參考圖1，圖1為本實用新型所提供應用于高壓氣體發電的聯合膨脹動力系統的一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0023]在一種具體實施例中，本實用新型提供的聯合膨脹動力系統主要由活塞膨脹機組和向心透平膨脹機組兩大部分構成。
[0024]活塞膨脹機組與高壓氣體的進氣連接，用于進行高壓段的膨脹做功，主要由第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4、第五閥門5、第六閥門6、第一氣缸11、第二氣缸
12、第三氣缸13、第一離合器21、第二離合器22、第一主軸31等構成，除第一氣缸11之