一种燃气轮机发电系统和方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种燃气轮机发电系统和方法，其包括多级空气压缩系统、太阳能相变蓄热系、空气液化系统和燃气轮机发电装置。其中，多级空气压缩系统用于利用电站低谷(低价)电能，将空气经过多级压缩达到常温高压状态；太阳能相变蓄热系用于利用太阳能集热装置和相变蓄热材料收集太阳能和压缩机产生的压缩热，以提高发电阶段空气燃烧前的温度，提高系统效率；空气液化系统用于将高压空气液化，以减小空气存储体积，提高系统能量密度；燃气轮机发电装置用于利用液态空气燃烧发电。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机发电系统和方法
本专利技术涉及电力系统
，特别是涉及一种燃气轮机发电系统和方法。
技术介绍
目前，我国电力供应主要以燃煤发电为主。随着我国经济的发展，对电力的需求越来越大，在燃煤发电的过程中产生了大量的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质，造成酸雨、雾霾等严重环境问题。社会各界都在寻求更环保、高效的发电技术，以摆脱对煤炭资源的过度依赖，减轻燃煤发电对环境造成的污染。燃气轮机是以气体作为工质，把燃料燃烧时释放出来的热量转变为有用功的动力机械。燃气轮机发电技术是燃气轮机利用高压空气和燃料混合燃烧产生的高压高温燃气在燃气透平中做功，推动叶片转动，从而带动发电机发电。由于燃气轮机主要使用天然气作为燃料，与煤相比，天然气是一种清洁的能源，能量转化率较高且污染物排放较低。天然气燃烧几乎不产生二氧化硫和颗粒物，二氧化碳排放量也仅有煤的三分之一。因此，燃气轮机发电技术具有良好的市场前景与巨大的环保效益。由于燃气轮机发电需要高压空气助燃以产生高温高压的燃气，因此燃气轮机发电装置中往往配备有空气压缩机用来获取高压空气。传统燃气轮机发电机组的发电量的60％用来驱动空压机压缩空气。因此，为燃气轮机发电机组提供稳定的高压空气来源能省却燃气轮机结构中的空气压缩机，节省燃气轮机中压缩空气的耗功，大大提高燃气轮机输出功率与发电效率。压缩空气储能技术是一种新型能源储存技术。它的基本原理是：在用电低谷期，利用多余的电能带动电动机和压缩机将空气压缩储存起来，在用电高峰，储存在储气室中的高压空气进入膨胀机膨胀做功，带动发电机发电。应用空气储能技术能够在用电低谷时将多余的电能以压缩空气内能的形式储存，在用电高峰时将电能释放补充电能不足，从而达到削峰填谷的目的，提高电厂经济性。同时还能调节供电频率和电压，管理电能质量，保证电网运行的安全性和电能品质，促进可再生能源如风电和太阳能发电的利用。但是，传统压缩空气储能技术需要很大的储气室来储存压缩空气，受地理位置的限制，且能量密度小，导致燃气轮机发电效率较低。因此，一种更优的燃气轮机发电系统亟待出现。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种燃气轮机发电系统和方法，以解决现有技术中的燃气轮机发电效率低的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：一种燃气轮机发电系统，包括多级空气压缩系统、太阳能相变蓄热系统、空气液化系统和燃气轮机发电装置；所述多级空气压缩系统包括：第一级空气压缩机、第一级级间冷却器、第二级空气压缩机、第二级级间冷却器、第三级空气压缩机、第三级级间冷却器、第四级空气压缩机、第四级级间冷却器，其中，第一级空气压缩机的出口与第一级级间冷却器的热端入口相连，第一级级间冷却器的热端出口与第二级空气压缩机的入口相连，第二级空气压缩机的出口与第二级级间冷却器的热端入口相连，第二级级间冷却器的热端出口与第三级空气压缩机的入口相连，第三级空气压缩机的出口与第三级级间冷却器的热端入口相连，第三级级间冷却器的热端出口与第四级空气压缩机的入口相连，第四级空气压缩机的出口与第四级级间冷却器的热端入口相连；所述太阳能相变蓄热系统包括：太阳能集热器、相变蓄热器和导热油槽，其中，导热油槽的出口分别与太阳能集热器入口、第一级级间冷却器的冷端入口、第二级级间冷却器的冷端入口、第三级级间冷却器的冷端入口、第四级级间冷却器的冷端入口和相变蓄热器的入口相连，太阳能集热器的出口与相变蓄热器的入口相连，第一级级间冷却器的冷端出口、第二级级间冷却器的冷端出口、第三级级间冷却器的冷端出口和第四级级间冷却器的冷端出口均与相变蓄热器的入口相连，相变蓄热器的第一出口与导热油槽的入口相连；所述空气液化系统包括：主换热器、节流阀、低温液体储罐和保冷箱，其中，主换热器、节流阀和低温液体储罐均位于保冷箱内，主换热器的热端入口与第四级级间冷却器的热端出口相连，主换热器的热端出口与节流阀的入口相连，节流阀的出口与低温液体储罐的入口相连，低温液体储罐的底部出口与主换热器的冷端入口相连，低温液体储罐的顶部出口排空；所述燃气轮机发电装置包括：回热器、燃烧室、燃气透平、发电机，其中，回热器的冷端入口与主换热器的冷端出口相连，回热器的热端入口与相变蓄热器的第二出口相连，回热器的热端出口与导热油槽的入口相连，回热器的冷端出口与燃烧室的入口相连，燃烧室的出口与燃气透平的入口相连，燃气透平与发电机轴相连。优选地，所述的太阳能集热器采用平板型太阳能集热器。优选地，所述相变蓄热器内填充有相变蓄热材料，所述相变蓄热材料为熔融盐类高温相变蓄热材料，所述相变蓄热材料固液的相变温度区间在350K-700K之间。优选地，所述主换热器为绕管式换热器或板式换热器。优选地，所述低温液体储罐为压力容器，工作压力为10MPa以上。一种燃气轮机发电方法，其采用上述燃气轮机发电系统，所述方法包括：步骤S100:压缩空气和回收压缩热，具体包括：利用电源驱动第一级空气压缩机、第二级空气压缩机、第三级空气压缩机和第四级空气压缩机；第一级空气压缩机压缩空气后，空气温度升高，由第一级级间冷却器的热端入口进入第一级级间冷却器，同时关闭导热油槽与相变蓄热器相连的入口，导热油从导热油槽出口排出，经第一级级间冷却器的冷端入口进入第一级级间冷却器，在第一级级间冷却器中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入第二级空气压缩机，导热油升温后由第一级级间冷却器的冷端出口排出，经相变蓄热器的入口进入相变蓄热器；第二级空气压缩机压缩空气后，空气温度升高，由第二级级间冷却器的热端入口进入第二级级间冷却器；导热油由导热油槽出口排出，经第二级级间冷却器的冷端入口进入第二级级间冷却器，在第二级级间冷却器中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入第三级空气压缩机，导热油升温后由第二级级间冷却器的冷端出口排出，经相变蓄热器的入口进入相变蓄热器；第三级空气压缩机压缩空气后，空气温度升高，由第三级级间冷却器的热端入口进入第三级级间冷却器；导热油由导热油槽的出口排出，经第三级级间冷却器的冷端入口进入第三级级间冷却器，在第三级级间冷却器中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入第四级空气压缩机，导热油升温后由第三级级间冷却器的冷端出口排出，经相变蓄热器入口进入相变蓄热器；第四级空气压缩机压缩空气后，空气温度升高，由第四级级间冷却器的热端入口进入第四级级间冷却器；一部分导热油由导热油槽的出口排出，经第四级级间冷却器的冷端入口进入第四级级间冷却器，在第四级级间冷却器中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，导热油升温后由第四级级间冷却器冷端出口排出，经相变蓄热器入口进入相变蓄热器；同时，导热油从导热油槽出口排出，进入太阳能集热器，在太阳能集热器中，导热油吸收太阳能升温，升温后进入相变蓄热器，在相变蓄热器中，分别由第一级级间冷却器、第二级级间冷却器、第三级级间冷却器、第四级级间冷却器冷端出口中排出的导热油与太阳能集热器中排出的导热油混合，加热相变蓄热器中的相变蓄热材料，使其熔化，导热油被冷却后排出相变蓄热器的第一出口，进入导热油槽，在导热油槽中冷却至常温后再分别进入第一级级间冷却器、第二级级间冷却器、第三级级间冷却器、第四级级间冷却器与太阳能集热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机发电系统，其特征在于，包括多级空气压缩系统(Ⅰ)、太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)、空气液化系统(Ⅲ)和燃气轮机发电装置(Ⅳ)；所述多级空气压缩系统(Ⅰ)包括：第一级空气压缩机(1)、第一级级间冷却器(2)、第二级空气压缩机(3)、第二级级间冷却器(4)、第三级空气压缩机(5)、第三级级间冷却器(6)、第四级空气压缩机(7)、第四级级间冷却器(8)，其中，第一级空气压缩机(1)的出口与第一级级间冷却器(2)的热端入口相连，第一级级间冷却器(2)的热端出口与第二级空气压缩机(3)的入口相连，第二级空气压缩机(3)的出口与第二级级间冷却器(4)的热端入口相连，第二级级间冷却器(4)的热端出口与第三级空气压缩机(5)的入口相连，第三级空气压缩机(5)的出口与第三级级间冷却器(6)的热端入口相连，第三级级间冷却器(6)的热端出口与第四级空气压缩机(7)的入口相连，第四级空气压缩机(7)的出口与第四级级间冷却器(8)的热端入口相连；所述太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)包括：太阳能集热器(9)、相变蓄热器(10)和导热油槽(11)，其中，导热油槽(11)的出口分别与太阳能集热器(9)入口、第一级级间冷却器(2)的冷端入口、第二级级间冷却器(4)的冷端入口、第三级级间冷却器(6)的冷端入口、第四级级间冷却器(8)的冷端入口和相变蓄热器(10)的入口相连，太阳能集热器(9)的出口与相变蓄热器(10)的入口相连，第一级级间冷却器(2)的冷端出口、第二级级间冷却器(4)的冷端出口、第三级级间冷却器(6)的冷端出口和第四级级间冷却器(8)的冷端出口均与相变蓄热器(10)的入口相连，相变蓄热器(10)的第一出口与导热油槽(11)的入口相连；所述空气液化系统(Ⅲ)包括：主换热器(12)、节流阀(13)、低温液体储罐(14)和保冷箱(15)，其中，主换热器(12)、节流阀(13)和低温液体储罐(14)均位于保冷箱(15)内，主换热器(12)的热端入口与第四级级间冷却器(8)的热端出口相连，主换热器(12)的热端出口与节流阀(13)的入口相连，节流阀(13)的出口与低温液体储罐(14)的入口相连，低温液体储罐(14)的底部出口与主换热器(12)的冷端入口相连，低温液体储罐(14)的顶部出口排空；所述燃气轮机发电装置(Ⅳ)包括：回热器(16)、燃烧室(17)、燃气透平(18)、发电机(19)，其中，回热器(16)的冷端入口与主换热器(12)的冷端出口相连，回热器(16)的热端入口与相变蓄热器(10)的第二出口相连，回热器(16)的热端出口与导热油槽(11)的入口相连，回热器(16)的冷端出口与燃烧室(17)的入口相连，燃烧室(17)的出口与燃气透平(18)的入口相连，燃气透平(18)与发电机(19)轴相连。...

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机发电系统，其特征在于，包括多级空气压缩系统(Ⅰ)、太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)、空气液化系统(Ⅲ)和燃气轮机发电装置(Ⅳ)；所述多级空气压缩系统(Ⅰ)包括：第一级空气压缩机(1)、第一级级间冷却器(2)、第二级空气压缩机(3)、第二级级间冷却器(4)、第三级空气压缩机(5)、第三级级间冷却器(6)、第四级空气压缩机(7)、第四级级间冷却器(8)，其中，第一级空气压缩机(1)的出口与第一级级间冷却器(2)的热端入口相连，第一级级间冷却器(2)的热端出口与第二级空气压缩机(3)的入口相连，第二级空气压缩机(3)的出口与第二级级间冷却器(4)的热端入口相连，第二级级间冷却器(4)的热端出口与第三级空气压缩机(5)的入口相连，第三级空气压缩机(5)的出口与第三级级间冷却器(6)的热端入口相连，第三级级间冷却器(6)的热端出口与第四级空气压缩机(7)的入口相连，第四级空气压缩机(7)的出口与第四级级间冷却器(8)的热端入口相连；所述太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)包括：太阳能集热器(9)、相变蓄热器(10)和导热油槽(11)，其中，导热油槽(11)的出口分别与太阳能集热器(9)入口、第一级级间冷却器(2)的冷端入口、第二级级间冷却器(4)的冷端入口、第三级级间冷却器(6)的冷端入口、第四级级间冷却器(8)的冷端入口和相变蓄热器(10)的入口相连，太阳能集热器(9)的出口与相变蓄热器(10)的入口相连，第一级级间冷却器(2)的冷端出口、第二级级间冷却器(4)的冷端出口、第三级级间冷却器(6)的冷端出口和第四级级间冷却器(8)的冷端出口均与相变蓄热器(10)的入口相连，相变蓄热器(10)的第一出口与导热油槽(11)的入口相连；所述空气液化系统(Ⅲ)包括：主换热器(12)、节流阀(13)、低温液体储罐(14)和保冷箱(15)，其中，主换热器(12)、节流阀(13)和低温液体储罐(14)均位于保冷箱(15)内，主换热器(12)的热端入口与第四级级间冷却器(8)的热端出口相连，主换热器(12)的热端出口与节流阀(13)的入口相连，节流阀(13)的出口与低温液体储罐(14)的入口相连，低温液体储罐(14)的底部出口与主换热器(12)的冷端入口相连，低温液体储罐(14)的顶部出口排空；所述燃气轮机发电装置(Ⅳ)包括：回热器(16)、燃烧室(17)、燃气透平(18)、发电机(19)，其中，回热器(16)的冷端入口与主换热器(12)的冷端出口相连，回热器(16)的热端入口与相变蓄热器(10)的第二出口相连，回热器(16)的热端出口与导热油槽(11)的入口相连，回热器(16)的冷端出口与燃烧室(17)的入口相连，燃烧室(17)的出口与燃气透平(18)的入口相连，燃气透平(18)与发电机(19)轴相连。2.根据权利要求1所述的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述的太阳能集热器(9)采用平板型太阳能集热器。3.根据权利要求1所述的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述相变蓄热器(10)内填充有相变蓄热材料，所述相变蓄热材料为熔融盐类高温相变蓄热材料，所述相变蓄热材料固液的相变温度区间在350K-700K之间。4.根据权利要求1所述的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述主换热器(12)为绕管式换热器或板式换热器。5.根据权利要求1所述的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述低温液体储罐(14)为压力容器，工作压力为10MPa以上。6.一种燃气轮机发电方法，其采用权利要求1-5任一项所示的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述方法包括：步骤S100:压缩空气和回收压缩热，具体包括：利用电源驱动第一级空气压缩机(1)、第二级空气压缩机(3)、第三级空气压缩机(5)和第四级空气压缩机(7)；第一级空气压缩机(1)压缩空气后，空气温度升高，由第一级级间冷却器(2)的热端入口进入第一级级间冷却器(2)，同时关闭导热油槽(11)与相变蓄热器(10)相连的入口，导热油从导热油槽(11)出口排出，经第一级级间冷却器(2)的冷端入口进入第一级级间冷却器(2)，在第一级级间冷却器(2)中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入第二级空气压缩机(3)，导热油升温后由第一级级间冷却器(2)的冷端出口排出，经相变蓄热器(10)的入口进入相变蓄热器(10)；第二级空气压缩机(3)压缩空气后，空气温度升高，由第二级级间冷却器(4)的热端入口进入第二级级间冷却器(4)；导热油由导热油槽(11)出口排出，经第二级级间冷却器(4)的冷端入口进入第二级级间冷却器(4)，在第二级级间冷却器(4)中，导热油与压缩空气进行换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入第三级空气压缩机(5)，导热油升温后由第二级级间冷却器(4)的冷端出口排出，经相变蓄热器(10)的入口进入相变蓄...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，肖睿，梁俊宇，张会岩，陈星，张晓磊，李孟阳，陆海，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，东南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53