基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，目前開(kāi)發(fā)新能源已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，而清潔低碳能源是其中重要的發(fā)展方向。風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電能夠滿足低碳環(huán)保的要求，在新能源中占據(jù)著重要的地位。由于一天中用電量和自然環(huán)境因素變化，依靠這類能源提供的電力存在很大的波動(dòng)，這種供電波動(dòng)不但對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全構(gòu)成威脅，而且不能滿足大型工業(yè)和現(xiàn)代化城市的需求。因此儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為限制風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一O
[0003]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN104481617A，公開(kāi)日2015.04.01公開(kāi)了一種基于氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)能裝置。該發(fā)明的特點(diǎn)是，該裝置包括電解水制氫裝置、儲(chǔ)氫組件、蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)；儲(chǔ)氫組件包括第一冷凝器、氣體混合器、儲(chǔ)氫罐和蒸汽發(fā)生器；蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)、第一發(fā)電機(jī)、第二冷凝器和第二發(fā)電機(jī)；電力系統(tǒng)分別與電解水制氫裝置、第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)連接。該技術(shù)儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)電解產(chǎn)生的氫氣在儲(chǔ)氫裝置中需要經(jīng)過(guò)兩次化學(xué)反應(yīng)才能真正被用于產(chǎn)熱發(fā)電，而儲(chǔ)氫罐中的氧化和還原反應(yīng)均需要在嚴(yán)格控制的一定的溫度條件下才能進(jìn)行，進(jìn)一步降低了該裝置的能源利用效率。該技術(shù)中的第二冷凝器一方面用作儲(chǔ)氫罐中分解高溫蒸汽/氫氣的冷卻場(chǎng)所，同時(shí)又承擔(dān)冷卻蒸汽輪機(jī)出口蒸汽，以維持蒸汽輪機(jī)工作所必須的出口真空度，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度很高且容易降低裝置的整體壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，該裝置利用用電低谷時(shí)的多余電力，對(duì)增壓后的水進(jìn)行電解，產(chǎn)生氫氣和氧氣分別存儲(chǔ)在氣罐中；在用電高峰時(shí)將氫氣、氧氣作為氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)裝置的燃料發(fā)電，填補(bǔ)電網(wǎng)所需的電力，起到削峰填谷的作用。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明包括:依次串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器、栗、電解單元、燃?xì)鉁u輪單元和蒸汽渦輪，其中:燃?xì)鉁u輪單元包括:氣體換熱器組件、氣體渦輪組件和氫氧燃燒室，其中:氣體換熱器組件的進(jìn)氣口與分別與電解單元相連，氣體換熱器組件的出氣口與氣體渦輪組件相連，氣體渦輪組件的出氣口分別與氫氧燃燒室相連，氫氧燃燒室出氣口與蒸汽渦輪相連，用于加熱氫氣/氧氣的氣體換熱器組件位于氫氧燃燒室內(nèi)。
[0007]所述的氣體換熱器組件采用氫氣換熱器和/或氧氣換熱器，對(duì)應(yīng)氣體渦輪組件采用氫氣渦輪和/或氧氣渦輪。
[0008]所述的電解單元的兩個(gè)出氣口分別與氫氧燃燒室的兩個(gè)進(jìn)氣口以兩條并聯(lián)形式連接成支路，分別為:
[0009]①電解單元的氫氣輸出端、氫氣換熱器、氫氣禍輪以及氫氧燃燒室的第一進(jìn)氣口依次相連構(gòu)成氫氣支路；
[0010]②電解單元的氧氣輸出端、氧氣換熱器、氧氣渦輪以及氫氧燃燒室的第二進(jìn)氣口依次相連構(gòu)成氧氣支路。
技術(shù)效果
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果:
[0012]1)結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)技術(shù)，采用將兩者串聯(lián)連接構(gòu)成一種新的循環(huán)。循環(huán)中通過(guò)增壓水栗增壓冷凝水提供循環(huán)所需的壓力，由于水的不可壓縮性，本發(fā)明消除了傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)中壓縮空氣的耗功；且該循環(huán)采用的是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，不存在傳統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)中燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣損失，循環(huán)具有較高的循環(huán)利用率；
[0013]2)燃?xì)鉁u輪單元中氣體渦輪的工質(zhì)為用多余電力電解水所產(chǎn)生的氫氣和氧氣，而工質(zhì)通過(guò)換熱器從氫氧燃燒室中吸取部分燃燒放熱，這使循環(huán)更趨于等溫過(guò)程，進(jìn)一步提高循環(huán)效率；
[0014]電解增壓水得到的氫氣和氧氣不僅自身包含壓力能，而且以化學(xué)能形式將多余電力的能量存儲(chǔ)在等當(dāng)量燃燒的氫氣和氧氣中。同等儲(chǔ)能容量下，本發(fā)明的技術(shù)路線可以有效控制儲(chǔ)氣罐體積，有利于降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的建造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為實(shí)施例1中電能還原效率與燃燒室出口溫度關(guān)系；
[0017]圖中:燃?xì)鉁u輪單元A、氣體換熱器組件B、氣體渦輪組件C、儲(chǔ)氣機(jī)構(gòu)D、水栗1、電解單兀2、氫氣儲(chǔ)氣艙3、氧氣儲(chǔ)氣艙4、氫氣換熱器5、氧氣換熱器6、氫氣禍輪7、氧氣禍輪
8、氫氧燃燒室9、注水器10、蒸汽渦輪11、冷凝器12。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0019]如圖1所示，本實(shí)施例包括:依次串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器12、水栗1、電解單元2、燃?xì)鉁u輪單元A和蒸汽渦輪11，其中:燃?xì)鉁u輪單元A包括:氣體換熱器組件B、氣體渦輪組件C和氫氧燃燒室9，其中:氣體換熱器組件B進(jìn)氣口與電解單元2相連，氣體換熱器組件B出氣口與氣體渦輪組件C相連，氣體渦輪組件C出氣口與氫氧燃燒室9相連，氫氧燃燒室9出氣口與蒸汽渦輪11相連；
[0020]所述的氣體換熱器組件B位于氫氧燃燒室9內(nèi)以實(shí)現(xiàn)輔助氫氣/氧氣加熱，該氣體換熱器組件B包括:氫氣換熱器5和氧氣換熱器6。
[0021]所述的氣體渦輪組件C包括:氫氣渦輪7和氧氣渦輪8。
[0022]所述的燃?xì)鉁u輪單元A中設(shè)有儲(chǔ)氣機(jī)構(gòu)D，該儲(chǔ)氣機(jī)構(gòu)D包括:氫氣儲(chǔ)氣艙3和氧氣儲(chǔ)氣艙4。
[0023]所述的電解單元2的兩個(gè)出氣口分別與氫氧燃燒室9的兩個(gè)進(jìn)氣口之間構(gòu)成并聯(lián)的氫氣支路和氧氣支路，其中:
[0024]①電解單元2的氫氣輸出端與氫氣儲(chǔ)氣艙3相連，氫氣儲(chǔ)氣艙3的出氣口與氫氣換熱器5相連，氫氣換熱器5的出氣口與氫氣禍輪7相連，氫氣禍輪7出氣口與氫氧燃燒室9的第一進(jìn)氣口相連，構(gòu)成氫氣支路；
[0025]②電解單元2的氧氣輸出端與氧氣儲(chǔ)氣艙4相連，氧氣儲(chǔ)氣艙4的出氣口與氧氣換熱器6相連，氧氣換熱器6的出氣口與氧氣渦輪8相連，氧氣渦輪8出氣口與氫氧燃燒室9的第二進(jìn)氣口相連，構(gòu)成氧氣支路。
[0026]所述的冷凝器12出水端設(shè)有注水器10，該注水器10的進(jìn)水端與冷凝器12出水端相連，注水器10出水端與氫氧燃燒室9進(jìn)水端相連；利用注水器10對(duì)氫氧燃燒室9中的蒸汽進(jìn)行降溫，可以使降溫后的蒸汽溫度達(dá)到機(jī)組零部件的許用溫度。
[0027]所述的水栗1優(yōu)選為增壓栗。
[0028]本裝置通過(guò)以下過(guò)程進(jìn)行工作:冷凝水在水栗1中增壓，增壓后的水在電解單元2內(nèi)電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。此時(shí)多余電能以壓力能和化學(xué)能的形式借助氫氣和氧氣分別儲(chǔ)存在氫氣儲(chǔ)氣艙3和氧氣儲(chǔ)氣艙4中。電網(wǎng)供電不足時(shí)氫氣和氧氣分別通過(guò)氫氣換熱器5和氧氣換熱器6加熱。加熱后的氫氣和氧氣分別經(jīng)過(guò)氫氣禍輪7和氧氣禍輪8膨脹做功，之后進(jìn)入氫氧燃燒室9中混合燃燒，生成水蒸氣，同時(shí)釋放熱量。一部分熱量在氫氣換熱器5和氧氣換熱器6中用來(lái)加熱氫氣和氧氣。氫氣和氧氣燃燒產(chǎn)物溫度很高，在氫氧燃燒室9中利用注水器10提供的冷凝水對(duì)其降溫。氫氧燃燒室9中生成的水蒸氣通過(guò)蒸汽渦輪11做功后，進(jìn)入冷凝器12中冷凝，一部分冷凝水由增壓栗注入電解單元2，另外一部分冷凝水注入注水器10完成循環(huán)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中高溫僅出現(xiàn)在燃?xì)鉁u輪單元A、蒸汽渦輪11中，高溫部件少且集中，有利于系統(tǒng)制造、運(yùn)行和降低成本；同時(shí)采用的技術(shù)路線消除了壓氣損失、煙氣損失，在現(xiàn)有材料許用溫度條件下，循環(huán)熱效率可達(dá)65%以上，例如渦輪進(jìn)口溫度為1600K、對(duì)應(yīng)電解效率為70%和90%時(shí)，電能還原效率可達(dá)46%和58%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征在于，包括:依次串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器、栗、電解單元、燃?xì)鉁u輪單元和蒸汽渦輪； 所述的燃?xì)鉁u輪單元包括:氣體換熱器組件、氣體渦輪組件和氫氧燃燒室，其中:氣體換熱器組件的進(jìn)氣口與電解單元相連，氣體換熱器組件的出氣口與氣體渦輪組件相連，氣體渦輪組件的出氣口與氫氧燃燒室相連，氫氧燃燒室出氣口與蒸汽渦輪相連，用于輔助加熱的氣體換熱器組件位于氫氧燃燒室內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征是，所述的氣體換熱器組件采用氫氣換熱器和/或氧氣換熱器，對(duì)應(yīng)氣體渦輪機(jī)構(gòu)采用氫氣渦輪和/或氧氣渦輪。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征是，所述的電解單元的兩個(gè)出氣口與氫氧燃燒室的兩個(gè)進(jìn)氣口之間構(gòu)成兩條并聯(lián)支路，分別為: ①電解單元的氫氣輸出端、氫氣換熱器、氫氣渦輪以及氫氧燃燒室的第一進(jìn)氣口依次相連構(gòu)成氫氣支路； ②電解單元的氧氣輸出端、氧氣換熱器、氧氣渦輪以及氫氧燃燒室的第二進(jìn)氣口依次相連構(gòu)成氧氣支路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征是，所述的燃?xì)鉁u輪單元中的電解單元和氣體換熱器之間設(shè)有儲(chǔ)氣機(jī)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征是，所述的冷凝器出水端設(shè)有注水器，該注水器進(jìn)水端與冷凝器出水端相連，所述的注水器出水端與氫氧燃燒室進(jìn)水端相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氫氣-蒸汽渦輪復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，其特征是，所述的栗為增壓栗。
【專利摘要】一種儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的基于氫氣-蒸汽渦輪機(jī)構(gòu)復(fù)合循環(huán)的儲(chǔ)能裝置，包括：依次串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器、泵、電解單元、燃?xì)鉁u輪單元、蒸汽渦輪，其中：燃?xì)鉁u輪單元包括：氣體換熱器機(jī)構(gòu)、氣體渦輪機(jī)構(gòu)和氫氧燃燒室，其中：氣體換熱器機(jī)構(gòu)進(jìn)氣口與電解單元相連，氣體換熱器機(jī)構(gòu)出氣口與氣體渦輪機(jī)構(gòu)相連，氣體渦輪機(jī)構(gòu)出氣口與氫氧燃燒室相連，氫氧燃燒室出氣口與蒸汽渦輪相連；所述的氣體換熱器機(jī)構(gòu)位于氫氧燃燒室內(nèi)。本發(fā)明具有儲(chǔ)能密度高、電能還原效率高、系統(tǒng)體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以為清潔能源的大規(guī)模應(yīng)用提供保障。
【IPC分類】F02C6/18, F01K23/10, F02C6/00, F01D15/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105134318
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510478278
【發(fā)明人】吳偉亮, 明珈輝
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月7日