本發(fā)明涉及一種發(fā)電方法和發(fā)電系統。

背景技術：

隨著近年清潔能源迅猛發(fā)展，風能、太陽能發(fā)電作為可再生清潔能源發(fā)電在國內廣泛普及，但風電、太陽能發(fā)電自身固有的間歇性問題是新能源發(fā)展制約瓶頸。隨著新能源發(fā)電規(guī)模的繼續(xù)擴大，這個問題顯得更為迫切。結合電網用電峰谷特性，將富余的能量儲存起來，用能高峰期再釋放出來，是解決新能源間歇性的重點。

壓縮氣體蓄能是較為成熟的儲能技術，其中壓縮氣體蓄能發(fā)電作為一種大規(guī)模儲能的新技術，可以有效滿足新能源發(fā)電和電網調峰的蓄能發(fā)電需求，但受到建設大規(guī)模儲氣設施限制整體發(fā)展緩慢。燃氣供給也只能新建制氣或接入燃氣管網，將新增較大成本投入。另外，現有壓縮氣體蓄能發(fā)電，利用空氣儲存在巖鹽或巖石中的人工洞穴中，或利用天然的疏松的巖石含水層，建設大規(guī)模的儲氣設施成本巨大、周期長，選址要求也較高。

煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用產生可燃氣體的過程。煤炭地下氣化生成的合成氣可用作化工合成原料氣、發(fā)電和工業(yè)燃料。煤炭地下氣化爐包括進氣井、可氣化煤層和通道、出氣井等幾部分。氣化爐內的煤層可燃組分在燃燒氣化反應后以氣體導出，不可燃組分(如金屬礦物、夾矸等)和煤燃燒剩余殘?zhí)坎糠忠曰以男问搅糁糜跉饣?。氣化爐煤層中可燃燒氣化部分被開采出后，在原煤層的頂、底板間形成新的以灰渣和冒落巖石為支撐主體的空腔和孔隙結構狀密閉空間——氣化燃空區(qū)(見圖1)，其體積隨單個氣化爐規(guī)模變化通?？蛇_數十萬立方米?，F有工業(yè)化地下氣化發(fā)電系統，流程為：壓縮機制氣化劑→氣化爐制氣→燃氣凈化→鍋爐燃燒→蒸汽發(fā)電。

現有地下氣化發(fā)電系統相較壓縮氣體蓄能發(fā)電技術可以降低成本投入，但其生產的粗燃氣直接輸送至地面，經燃氣凈化系統凈化以利于后續(xù)利用系統運行。以此建設的燃氣發(fā)電系統的負荷調節(jié)能力小，且燃機發(fā)電系統的啟動和運行受電網負荷限制，整個生產穩(wěn)定相對較差。

技術實現要素：

針對相關技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電方法，以解決電力系統多余電能的大規(guī)模蓄能和調峰發(fā)電問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)電方法，該發(fā)電方法包括：步驟1：利用地下氣化產生的燃空區(qū)構建燃氣儲氣庫，燃氣儲氣庫與地下氣化爐連通；步驟2：將壓縮的氣化劑的一部分送入燃燒室，另一部分送入地下氣化爐中氣化含碳有機礦物儲層制取燃氣；步驟3：將在地下氣化爐中制取的燃氣的多余部分送入燃氣儲氣庫中儲存；以及步驟4：從地下氣化爐和/或燃氣儲氣庫中取出燃氣送入燃燒室，以與送入燃燒室的氣化劑混合燃燒產生發(fā)電所需的燃氣動力。

根據本發(fā)明的一個實施例，燃氣儲氣庫構造成完整密閉結構且其中具有注采井設施，并且燃氣儲氣庫的密封壓力和運行壓力與地下氣化爐的密封壓力和運行壓力相等。

根據本發(fā)明的一個實施例，在步驟1中：構建至少一個燃氣儲氣庫，并且使用地面管網或地下氣化通道將至少一個燃氣儲氣庫與地下氣化爐連通。

根據本發(fā)明的一個實施例，在步驟2中：在將氣化劑的一部分送入燃燒室之前，經由燃氣換熱器與燃氣進行換熱和/或經過煙氣換熱器與煙氣進行換熱。

根據本發(fā)明的一個實施例，在步驟4中：在將取出的燃氣送入燃燒室之前，經由燃氣凈化裝置對燃氣進行凈化。

根據本發(fā)明的一個實施例，在步驟2中，通過電網系統用電低谷的多余電能、風能發(fā)電系統的電能或太陽能發(fā)電系統的電能驅動壓縮機來壓縮氣化劑。

根據本發(fā)明的一個實施例，發(fā)電方法還包括步驟5：將燃氣動力輸送給燃氣透平機，通過燃氣透平機驅動發(fā)電機發(fā)電。

根據本發(fā)明的一個實施例，在步驟5中：燃氣透平機通過離合器帶動發(fā)電機發(fā)電；或者燃氣透平機直接帶動壓縮機壓縮氣化劑。

根據本發(fā)明的一個實施例，在氣化劑的輸送管路、燃氣的輸送管路中設置流量調節(jié)閥。

根據本發(fā)明的一個實施例，氣化劑為氧濃度大于21％的富氧氣體。

根據本發(fā)明的另一方面，提供一種發(fā)電系統，該發(fā)電系統包括：壓縮機，具有排氣口；地下氣化爐，具有進氣井和出氣井；燃氣儲氣庫，具有儲氣入口和儲氣出口；以及燃燒室，其中，排氣口與進氣井和燃燒室連通，出氣井與儲氣入口和燃燒室連通，儲氣出口與燃燒室連通。

根據本發(fā)明的一個實施例，在排氣口與燃燒室之間設置有燃氣換熱器。

根據本發(fā)明的一個實施例，在排氣口與燃氣室之間還設置有煙氣換熱器，并且煙氣換熱器相對于流體流動方向位于燃氣換熱器的下游。

根據本發(fā)明的一個實施例，在儲氣出口和/或出氣井與燃燒室之間設置有燃氣凈化裝置。

根據本發(fā)明的一個實施例，發(fā)電系統還包括燃氣透平機和發(fā)電機，其中，燃燒室與燃氣透平機連接以向燃氣透平機提供燃氣動力，燃氣透平機與發(fā)電機連接以帶動發(fā)電機發(fā)電。

根據本發(fā)明的一個實施例，燃氣透平機通過離合器帶動發(fā)電機發(fā)電。

根據本發(fā)明的一個實施例，在排氣口與進氣井之間、排氣口與燃燒室之間、出氣井與燃燒室之間、以及儲氣出口與燃燒室之間均設置有流量調節(jié)閥。

本發(fā)明的有益技術效果在于：

本發(fā)明的發(fā)電方法將壓力儲能和燃氣儲存相結合，利用地下氣化構建儲氣庫并儲存地下氣化生產的燃氣，實現地下氣化、燃氣儲存、以及高效聯合發(fā)電，達到儲能、節(jié)能、發(fā)電的目的，從而解決了電力系統多余電能的大規(guī)模蓄能和調峰發(fā)電問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1發(fā)電方法的工藝流程圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的實施例進行具體描述。需要注意的是，以下各個實施例可以任意可能的方式相互組合或部分替換。

如圖1所示，本發(fā)明實施例1提供一種發(fā)電方法。該發(fā)電方法包括以下步驟：(1)利用地下氣化產生的燃空區(qū)構建燃氣儲氣庫14，并且使燃氣儲氣庫14與地下氣化爐13連通；(2)將壓縮的氣化劑的一部分送入燃燒室4，并且將壓縮的氣化劑的另一部分送入地下氣化爐13中氣化含碳有機礦物儲層制取燃氣；(3)將在地下氣化爐13中制取的燃氣的多余部分送入燃氣儲氣庫14中儲存起來；以及(4)從地下氣化爐13和燃氣儲氣庫14中取出燃氣送入燃燒室4，以與送入燃燒室4的氣化劑混合燃燒，產生發(fā)電所需的燃氣動力。

此處需要注意的是，在上述發(fā)電方法中，燃氣可以是地下氣化爐中制取的，也可以是通過其他途徑獲得的；此外，步驟(2)、(3)中制取燃氣和儲存燃氣的階段可利用電網或產能系統多余的能量進行，在用能階段則可按照電網負荷需求，執(zhí)行步驟(4)中的產能操作，進行調峰發(fā)電。

有益地，以上所述的發(fā)電方法將壓力儲能和燃氣儲存相結合，利用地下氣化構建儲氣庫并儲存地下氣化生產的燃氣，實現地下氣化、燃氣儲存、以及高效聯合發(fā)電，達到儲能、節(jié)能、發(fā)電的目的，從而解決了電力系統多余電能的大規(guī)模蓄能和調峰發(fā)電問題。

在一個可選的實施例中，燃氣儲氣庫14構造成完整密閉結構，并且在燃氣儲氣庫14中設置有注采井設施；優(yōu)選地，燃氣儲氣庫14的密封壓力和運行壓力與地下氣化爐13的密封壓力和運行壓力相等。

在上述實施例中，使用地下氣化產生的燃空區(qū)構建燃氣儲氣庫14具有諸多益處：首先，燃空區(qū)通常在120米以深并且被灰渣和巖石部分充填而具有良好的密閉性，在經充分燃燒和氣化開采置換處理后基本無可燃物且周圍圍巖存在一定余熱，用于燃氣或氣化劑儲存是安全可行的；此外，地下氣化爐配套建設有完整的氣化劑和燃氣管網，并且各管網承壓能夠達到1.0—4.0mpa甚至更高，其儲氣能夠滿足壓縮氣體蓄能發(fā)電和氣化爐生產運行要求，因此在地下儲氣庫建設時能充分利用地下氣化爐相關設施，可節(jié)省大量投資費用，例如，可利用注采井作為燃氣儲氣庫14的儲氣入口和儲氣出口；進一步地，單爐氣化煤炭形成的燃空區(qū)空間通常較大，因此其儲存量大且能多爐形成連片，利于后續(xù)生產調節(jié)。

根據本發(fā)明的另一個可選的實施例中，在步驟1中構建至少一個燃氣儲氣庫14；例如，在一個可能的實施例中，構建多個燃氣儲氣庫14，并且使用地面管網或地下氣化通道將每個燃氣儲氣庫14與地下氣化爐13連通，以滿足燃氣的更大儲量的需求。

如圖1所示，在本發(fā)明實施例1的步驟2中，在將壓縮的氣化劑的一部分送入燃燒室4之前，使該部分壓縮氣體分別通過燃氣換熱器6和煙氣換熱器7，其中，燃氣換熱器6的作用是使該部分壓縮氣體與燃氣換熱以回收余熱，同樣地，煙氣換熱器7的作用是使該部分與煙氣換熱回收余熱。在上述實施例中，整個發(fā)電系統可充分利用氣輪機煙氣和地下氣化爐13燃氣余熱給壓縮氣體升溫，較單一壓縮空氣蓄能發(fā)電和地下氣化發(fā)電有更高的系統綜合熱效率。

還如圖1所示，在本發(fā)明實施例1的步驟4中，在將取出的燃氣送入燃燒室4之前，使燃氣經由燃氣凈化裝置8對燃氣進行凈化；示例性地，燃氣凈化裝置8包括脫水裝置、脫焦油、粗脫硫等裝置，其主要作用是分離粗燃氣中的焦油、水、h2s等雜質，從而獲得凈燃氣以作為燃料。

根據本發(fā)明的一個可選的實施例，如圖1所示，在步驟2中，可使用壓縮機1壓縮氣化劑，并且可通過電網系統用電低谷的多余電能、風能或太陽能系統作動力來驅動壓縮機1。

另外，在上述本發(fā)明實施例1中，如圖1所示，還可包括步驟5：將燃氣動力輸送給燃氣透平機5，通過燃氣透平機5驅動發(fā)電機3發(fā)電。并且在一些可選的實施例中，燃氣透平機5可通過離合器2帶動發(fā)電機3發(fā)電；或者燃氣透平機5可直接帶動壓縮機1壓縮氣化劑，即，當發(fā)電系統向電網供電負荷降低時，可通過調節(jié)離合器2直接驅動壓縮機1進行氣化劑壓縮，用于地下氣化生產燃氣儲能。

另外優(yōu)選地，根據本發(fā)明的一個實施例，可在氣化劑的輸送管路設置流量調節(jié)閥9和12、在燃氣的輸送管路中設置流量調節(jié)閥10和11，以控制各個管路中的流體輸送流量。

此外，在本發(fā)明的上述各個實施例以及其他可能的實施例中，氣化劑為氧濃度大于21％的富氧氣體，例如氧濃度大于21％的氧氣、氮氣、二氧化碳及其他惰性氣體中兩種或多種的混合物。

另一方面，參照圖1，本發(fā)明還提供一種發(fā)電系統。該發(fā)電系統包括：壓縮機1，具有排氣口；地下氣化爐13，具有進氣井和出氣井；燃氣儲氣庫14，具有儲氣入口和儲氣出口；以及燃燒室4，其中，壓縮機1的排氣口與地下氣化爐13的進氣井和燃燒室4連通，以向地下氣化爐13和燃燒室4輸送氣化劑；地下氣化爐13的出氣井與燃氣儲氣庫14的儲氣入口連通以將多余燃氣輸送到燃氣儲氣庫14中儲存起來，并且地下氣化爐13的出氣井還與燃燒室4連通，以向燃燒室4供應燃氣用于燃燒發(fā)電；此外，燃氣儲氣庫14的儲氣出口與燃燒室4連通，以在用電高峰時向燃燒室4提供儲存的燃氣。

根據本發(fā)明的可選的實施例，在壓縮機1的排氣口與燃燒室4之間設置有燃氣換熱器6，燃氣換熱器6的作用是使氣化劑壓縮氣體與燃氣換熱以回收余熱同時對燃氣進行降溫；在本發(fā)明的一些可選的實施例中，在壓縮機1的排氣口與燃氣室4之間還設置有煙氣換熱器7，同樣地，煙氣換熱器7的作用是使氣化劑壓縮氣體與煙氣換熱回收余熱同時對煙氣進行降溫；并且煙氣換熱器7相對于氣化劑壓縮氣體的流動方向位于燃氣換熱器6的下游，這是因為與燃氣相比，煙氣的溫度更高，將煙氣換熱器7設置在燃氣換熱器6的下游，可以使氣化劑首先與相對低溫的燃氣換熱升溫，然后再與相對高溫的煙氣換熱而再次升溫，從而階梯地利用整個系統的熱量，顯著地提高了熱量利用效率，并且還能夠實現對燃氣和煙氣進行降溫的有益效果。

另外地，參照圖1，在一個可能的實施例中，在燃氣儲氣庫14的儲氣出口和/或地下氣化爐13的出氣井與燃燒室4之間設置有燃氣凈化裝置，用于將制取和/或儲存的燃氣凈化成凈燃氣用作燃料發(fā)電。

根據本發(fā)明的可選實施例，如圖1所示，發(fā)電系統還包括燃氣透平機5和發(fā)電機3，其中，燃燒室4與燃氣透平機5連接以向燃氣透平機5提供燃氣動力，并且燃氣透平機5與發(fā)電機3連接以帶動發(fā)電機3發(fā)電；在一些可選的實施例中，燃氣透平機5可通過離合器2帶動發(fā)電機3發(fā)電。

參照圖1，根據本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，在壓縮機1的排氣口與地下氣化爐13的進氣井之間設置有流量調節(jié)閥9、在壓縮機1的排氣口與燃燒室4之間設置有流量調節(jié)閥12、在地下氣化爐13的出氣井與燃燒室4之間設置有流量調節(jié)閥10、以及在燃氣儲氣庫14的儲氣出口與燃燒室4之間設置有流量調節(jié)閥11，以上各流量調節(jié)閥用于控制各個管路的流體流量。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。