耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统及方法。本发明专利技术利用燃煤机组调峰发电系统进行发电的方法为：在电网处于用电低谷期时，抽取燃煤机组所产生的部分蒸汽给再沸器提供能量，同时将汽轮发电机所产生的部分功率给CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置提供能量，使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率；在电网处于用电高峰期时，将CO2高压压缩罐中存储的超临界CO2送入CO2膨胀机做功，以提高调峰发电系统上网功率，使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率。本发明专利技术既可降低燃煤机组碳排放，亦可为电网削峰填谷提供支撑。网削峰填谷提供支撑。网削峰填谷提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统及方法


[0001]本专利技术属于发电机组
，具体地说是一种耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统及方法。

技术介绍

[0002]碳捕集技术是目前一项能够实现化石能源低碳利用、实现火电、水泥、钢铁等工业过程低碳排放的关键技术，其基本原理是将CO2从工业过程源和排放源中分离后或直接加以利用或封存，以实现碳减排。将碳捕集技术大规模应用于燃煤机组上既可有效解决化石燃料利用和碳减排之间的矛盾，亦可保留电力系统转动惯量，有助于保障电力系统安全稳定运行。
[0003]燃煤机组采用碳捕集技术构成发电系统后，一般可提高电网调度灵活性，与CO2压缩储能耦合应用后，进一步提高了其负荷调节灵活性。在电网需要减少系统出力时，可以向碳捕集和CO2压缩储能系统供给能量，降低系统发电出力。在电网需要增加系统出力时，可以采用CO2压缩储能膨胀做功后，提高系统发电出力。较常规燃煤机组，采用碳捕集技术后可以更加灵活地调节净出力，提高一次及二次调频响应速度。采用碳捕集技术后的燃煤机组与光伏等可再生能源耦合利用后，也为提升可再生能源利用率提供了新途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种耦合CO2压缩储能的燃煤机组调峰发电系统及方法，其将CO2压缩储能与燃煤机组耦合应用后进行调峰，以有效提高燃煤机组的综合快速调峰能力并降低碳排放量。
[0005]为此，本专利技术采用的技术方案为：耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统，其包括：
[0006]燃煤锅炉、汽轮机、汽轮发电机、主蒸汽管路、再热蒸汽管路、第一蒸汽管路、第二蒸汽管路、第三蒸汽管路、第四蒸汽管路、燃煤锅炉尾部烟道、烟气管路、再沸器、吸收塔、再生塔、富液泵、贫液泵、CO2低压压缩装置、CO2多级压缩装置、CO2低压存储罐、CO2高压存储罐、光伏发电系统、储能装置、光伏发电机、CO2低压压缩管路、CO2高压压缩管路、CO2高压释能管路、CO2膨胀机、膨胀机发电机和蒸汽产生器；
[0007]所述的第一蒸汽管路连接主蒸汽管路和再沸器；所述主蒸汽管路的一端连接燃煤锅炉，另一端连接汽轮机；汽轮发电机由汽轮机驱动；所述的第二蒸汽管路连接再热蒸汽管路和再沸器；所述的第三蒸汽管路和第四蒸汽管路均连接汽轮机和再沸器；所述的烟气管路连接燃煤锅炉尾部烟道和吸收塔，燃煤锅炉尾部烟道设在燃煤锅炉的尾部；
[0008]所述的富液泵连接吸收塔和再生塔；所述的贫液泵连接吸收塔和再生塔；
[0009]所述的CO2低压压缩管路连接再生塔和CO2低压存储罐，该管路上设置CO2低压压缩装置；CO2高压压缩管路连接再生塔和CO2高压存储罐，该管路上设置CO2多级压缩装置；CO2高压释能管路连接CO2低压存储罐和CO2高压存储罐，该管路上设置CO2膨胀机，膨胀机发电
机由CO2膨胀机驱动；
[0010]所述的光伏发电系统连接光伏发电机，光伏发电机连接储能装置和蒸汽产生器，蒸汽产生器连接再沸器；
[0011]所述的汽轮发电机通过第一输电线路连接电网，膨胀机发电机通过第二输电线路连接电网。
[0012]进一步地，所述的烟气管路上设置烟气流量控制器和CO2质量分数检测器，CO2低压压缩装置前后均设置焓值检测器，CO2多级压缩装置前后均设置焓值检测器，CO2膨胀机前后均设置焓值检测器。
[0013]进一步地，所述的第一蒸汽管路、第二蒸汽管路、第三蒸汽管路和第四蒸汽管路上均设置焓值检测器和蒸汽流量控制器，再沸器的排汽管路上设置焓值检测器。
[0014]进一步地，所述的吸收塔和再生塔内设置CO2浓度检测装置。
[0015]本专利技术还提供一种耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电方法，采用上述的燃煤机组调峰发电系统，其包括：
[0016]1)判断电网处于用电低谷期时，根据调峰发电系统理论输出功率和目标上网功率，抽取燃煤机组所产生的部分蒸汽给再沸器提供能量，同时将汽轮发电机所产生的部分功率给CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置提供能量，使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率，以快速降低调峰发电系统输出功率；
[0017]根据汽轮发电机实时输出功率，判断投运第一蒸汽管路、第二蒸汽管路、第三蒸汽管路或第四蒸汽管路；
[0018]根据调峰发电系统理论发电功率和目标上网功率的差值，判断投运CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置，通过烟气流量控制器和CO2质量分数检测器控制烟气管路烟气流量；
[0019]2)判断电网处于用电高峰期时，根据调峰发电系统理论输出功率和目标上网功率，将CO2高压压缩罐中存储的超临界CO2通过CO2高压释能管路送入CO2膨胀机做功，提高膨胀机发电机上网功率，进而提高调峰发电系统上网功率，使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率；
[0020]切除主蒸汽管路、再热蒸汽管路和汽轮机抽汽，采用光伏发电机所发功率产生蒸汽，给再沸器提供能量。
[0021]进一步地，所述提供给再沸器能量，调峰发电系统输出功率下降值的表达式为P3＝α1×
(P2‑
P1)；所述提供给CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置能量，调峰发电系统输出功率下降值的表达式为P4＝α2×
(P2‑
P1)，α1+α2＝1；
[0022]其中，P2为调峰发电系统理论输出功率，单位为J/s；P1为调峰发电系统系统目标上网功率，单位为J/s；α1为再沸器能量系数；α2为CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置能量系数；
[0023]当P2‑
P1<0.3P2，投运CO2低压压缩装置；当P2‑
P1≥0.3P2，投运CO2多级压缩装置。
[0024]更进一步地，所述第一蒸汽管路抽汽流量q1的表达式为：
[0025]其中，h1为第一蒸汽管路抽汽焓值，单位为J/g；h0为汽轮机排汽焓值，单位为J/g；η1为第一蒸汽管路抽汽做功效率，单位为％；
[0026]所述第二蒸汽管路抽汽流量q2的表达式为：
[0027]其中，h2为第二蒸汽管路抽汽焓值，单位为J/g；η2为第二蒸汽管路抽汽做功效率，单位为％；
[0028]所述第三蒸汽管路抽汽流量q3的表达式为：
[0029]其中，h3为第三蒸汽管路抽汽焓值，单位为J/g；η3为第三蒸汽管路抽汽做功效率，单位为％；
[0030]所述第四蒸汽管路抽汽流量q4的表达式为：
[0031]其中，h4为第四蒸汽管路抽汽焓值，单位为J/g；η4为第四蒸汽管路抽汽做功效率，单位为％。
[0032]更进一步地，所述烟气管路烟气流量q5的表达式为：
[0033]其中，η5为碳捕集装置效率，单位为％；β为烟气管路烟气CO2质量分数，单位为％；γ为碳捕集装置处理单位质量CO2消耗能量，单位为J/g。
[0034]更进一步地，所述CO2低压压缩管路流量q6的表达式为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统，其特征在于，包括：燃煤锅炉(1)、汽轮机(2)、汽轮发电机(3)、主蒸汽管路(4)、再热蒸汽管路(5)、第一蒸汽管路(6)、第二蒸汽管路(7)、第三蒸汽管路(8)、第四蒸汽管路(9)、燃煤锅炉尾部烟道(10)、烟气管路(11)、再沸器(12)、吸收塔(13)、再生塔(14)、富液泵(15)、贫液泵(16)、CO2低压压缩装置(17)、CO2多级压缩装置(18)、CO2低压存储罐(19)、CO2高压存储罐(20)、光伏发电系统(21)、储能装置(22)、光伏发电机(23)、CO2低压压缩管路(24)、CO2高压压缩管路(25)、CO2高压释能管路(26)、CO2膨胀机(27)、膨胀机发电机(28)和蒸汽产生器(34)；所述的第一蒸汽管路(6)连接主蒸汽管路(4)和再沸器(12)；所述主蒸汽管路(4)的一端连接燃煤锅炉(1)，另一端连接汽轮机(2)；汽轮发电机(3)由汽轮机(2)驱动；所述的第二蒸汽管路(7)连接再热蒸汽管路(5)和再沸器(12)；所述的第三蒸汽管路(8)和第四蒸汽管路(9)均连接汽轮机(2)和再沸器(12)；所述的烟气管路(11)连接燃煤锅炉尾部烟道(10)和吸收塔(13)，燃煤锅炉尾部烟道(10)设在燃煤锅炉(1)的尾部；所述的富液泵(15)连接吸收塔(13)和再生塔(14)；所述的贫液泵(16)连接吸收塔(13)和再生塔(14)；所述的CO2低压压缩管路(24)连接再生塔(14)和CO2低压存储罐(19)，该管路上设置CO2低压压缩装置(17)；CO2高压压缩管路(25)连接再生塔(14)和CO2高压存储罐(20)，该管路上设置CO2多级压缩装置(18)；CO2高压释能管路(26)连接CO2低压存储罐(19)和CO2高压存储罐(20)，该管路上设置CO2膨胀机(27)，膨胀机发电机(28)由CO2膨胀机(27)驱动；所述的光伏发电系统(21)连接光伏发电机(23)，光伏发电机(23)连接储能装置(22)和蒸汽产生器(34)，蒸汽产生器(34)连接再沸器(12)；所述的汽轮发电机(3)通过第一输电线路(35)连接电网(40)，膨胀机发电机(28)通过第二输电线路(36)连接电网(40)。2.根据权利要求1所述的耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统，其特征在于，所述的烟气管路(11)上设置烟气流量控制器(29)和CO2质量分数检测器(30)，CO2低压压缩装置(17)前后均设置焓值检测器(31)，CO2多级压缩装置(18)前后均设置焓值检测器(31)，CO2膨胀机(27)前后均设置焓值检测器(31)。3.根据权利要求1所述的耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统，其特征在于，所述的第一蒸汽管路(6)、第二蒸汽管路(7)、第三蒸汽管路(8)和第四蒸汽管路(9)上均设置焓值检测器(31)和蒸汽流量控制器(32)，再沸器(12)的排汽管路上设置焓值检测器(31)。4.根据权利要求1所述的耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电系统，其特征在于，所述的吸收塔(13)和再生塔(14)内设置CO2浓度检测装置(33)。5.耦合二氧化碳压缩储能的燃煤机组调峰发电方法，采用权利要求1
‑
4任一项所述的燃煤机组调峰发电系统，其特征在于，包括：1)判断电网处于用电低谷期时，根据调峰发电系统理论输出功率和目标上网功率，抽取燃煤机组所产生的部分蒸汽给再沸器提供能量，同时将汽轮发电机所产生的部分功率给CO2低压压缩装置或者CO2多级压缩装置提供能量，使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童家麟，刘文胜，茅建波，应明良，吕洪坤，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：