CN114856722A - 一种发电蓄能循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电蓄能循环系统，所述发电蓄能循环系统包括：第一发电装置、蓄能装置和转换装置，第一发电装置通过燃烧燃料产生电能，蓄能装置与第一发电装置相连并用于收集第一发电装置产生的电能，蓄能装置还用于存放第一发电装置发电所用的燃料的原材料，转换装置与蓄能装置相连并用于将原材料转换为第一发电装置发电所用的燃料，转换装置与第一发电装置相连以对第一发电装置提供燃料。本发明实施例的发电蓄能循环系统，蓄能装置对多余的电能进行收集存储，避免了能源的浪费。在用电量较高情况下，蓄能装置将存储的电能输送至电网，避免了电网供电量不足的情况发生。转换装置将原材料转换成第一发电装置的燃料，提高了系统的工作效率。

Description

一种发电蓄能循环系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种发电蓄能循环系统。

背景技术

燃气轮机发电是一种高效的热功转换设备，燃气轮机发电所生产的电能传输至电网。燃气轮机连续工作时，年工作时间可以达到8000h，在用电需求量较低时，存在大量多余的电能，若不对该电能进行存储，会造成能源浪费。为解决资源浪费的问题，需要将这部分电能高效地储存起来，并且在用电需求量较高的时候投入使用，弥补供电量不足的情况。并且，随着科技的进步和社会的发展，人类逐渐意识到环保的重要性，出于减少污染物排放的要求，使用更加清洁的能源作为燃气轮机的燃料成为如今研究的热点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种发电蓄能循环系统，该发电蓄能循环系统具有节能环保、高效储能以及能量循环利用的特点。

本发明实施例的发电蓄能循环系统包括：第一发电装置、蓄能装置和转换装置，所述第一发电装置通过燃烧燃料产生电能，所述蓄能装置与所述第一发电装置相连并用于收集所述第一发电装置产生的电能，所述蓄能装置还用于存放所述第一发电装置发电所用的燃料的原材料，所述转换装置与所述蓄能装置相连并用于将所述原材料转换为所述第一发电装置发电所用的燃料，所述转换装置与所述第一发电装置相连以对所述第一发电装置提供燃料。

本发明实施例的发电蓄能循环系统，第一发电装置生产电能并输送至电网。当用电量较少时，第一发电装置生产的电能一部分输送至电网，其余部分的电能由蓄能装置收集存储，从而避免了能源的浪费。当用电量较高时，第一发电装置生产的电能全部输送至电网，蓄能装置将存储的电能也输送至电网，从而避免电网供电量不足的情况发生。并且，蓄能装置存储的原材料，通过转换装置将原材料转换成燃料并将燃料提供给第一发电装置燃烧，提高了系统的工作效率。

由此，本发明实施例的发电蓄能循环系统解决了用电需求量较低时能源浪费的问题以及用电需求量较高时供电量不足的问题。

在一些实施例中，所述原材料为水，所述第一发电装置的燃料为氢气。

在一些实施例中，所述蓄能装置包括水泵和两个储水组件，其中一所述储水组件的海拔高于另一所述储水组件的海拔，所述水泵与两个所述储水组件相连并用于将低海拔的所述储水组件内的水泵入高海拔的所述储水组件内，所述水泵与所述第一发电装置相连，所述水泵运行所需的电能由所述第一发电装置提供。

在一些实施例中，所述第一发电装置与所述转换装置相连并提供所述转换装置转换所述原材料过程中所需的电能，所述转换装置包括电解组件，所述电解组件与所述储水组件相连以对所述储水组件内的水进行电解处理。

在一些实施例中，所述转换装置还包括储料组件，所述储料组件与所述电解组件相连以对电解水产生的氢气和氧气进行收集。

在一些实施例中，所述第一发电装置包括依次相连的压气机、燃烧室、透平和发电机，所述储料组件与所述燃烧室相连以对所述燃烧室提供氢气。

在一些实施例中，所述燃烧室与所述储水组件相连，所述储水组件用于回收所述燃烧室燃烧氢气后产生的水。

在一些实施例中，还包括第二发电装置，所述第二发电装置与两个所述储水组件相连，高海拔的所述储水组件内的水通过所述第二发电装置流入低海拔的所述储水组件内，所述第二发电装置将水流的势能转换为电能。

在一些实施例中，还包括第三发电装置，所述第三发电装置与所述透平相连并用于将所述透平排出的热能转换为电能。

在一些实施例中，所述第三发电装置包括余热锅炉和蒸汽涡轮发电机，所述透平与所述余热锅炉相连以对所述余热锅炉提供高温烟气，所述余热锅炉与所述蒸汽涡轮发电机相连。

附图说明

图1是本发明实施例的发电蓄能循环系统的示意图。

图2是本发明实施例的发电蓄能循环系统的结构示意图。

附图标记：

电网100、

第一发电装置1、压气机101、燃烧室102、透平103、发电机104、

蓄能装置2、水泵201、储水组件202

转换装置3、电解组件301、储料组件302、氢气储料室3021、氢气压气机3022、氧气储料室3023、氧气压气机3024、

第二发电装置4、

第三发电装置5、余热锅炉501、蒸汽涡轮发电机502。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的发电蓄能循环系统。

如图1所示，本发明实施例的发电蓄能循环系统包括：第一发电装置1、蓄能装置2和转换装置3。

第一发电装置1通过燃烧燃料产生电能，蓄能装置2与第一发电装置1相连并用于收集第一发电装置1产生的电能，蓄能装置2还用于存放第一发电装置1发电所用的燃料的原材料，转换装置3与蓄能装置2相连并用于将原材料转换为第一发电装置1发电所用的燃料，转换装置3与第一发电装置1相连以对第一发电装置1提供燃料。

可以理解的是，第一发电装置1通过燃烧燃料发电，第一发电装置1将生产的电能输送至电网100。在用电低峰期时，第一发电装置1生产的电能一部分输送至电网100，多余的电能由蓄能装置2收集存储，从而避免了多余的电能无处可用造成能源浪费的情况发生。在用电高峰期时，第一发电装置1生产的电能全部输送至电网100，蓄能装置2也将存储的电能输送至电网100，从而避免了供电量不足的情况发生。

此外，蓄能装置2除了用于存储第一发电装置1的电能，还用于存储第一发电装置1燃烧所用燃料的原材料，进而为第一发电装置1的燃料供给提供了高效性和便利性。

可选地，第一发电装置1的燃料为氢气、甲烷或天然气等可燃性物质。蓄能装置2存放原材料通过转换装置3转换为可燃性物质，转换后的可燃性物质输送至第一发电装置1用于发电。

进一步地，第一发电装置1与电网100相连，第一发电装置1还与蓄能装置2相连。蓄能装置2与电网100相连，蓄能装置2还与转换装置3相连。转换装置3与第一发电装置1相连。从而实现能源的传输以及燃料的输送。

本发明实施例的发电蓄能循环系统，第一发电装置1生产电能并输送至电网100。当用电量较少时，第一发电装置1生产的电能一部分输送至电网100，其余部分的电能由蓄能装置2收集存储，从而避免了能源的浪费。当用电量较高时，第一发电装置1生产的电能全部输送至电网100，蓄能装置2将存储的电能也输送至电网100，从而避免电网100供电量不足的情况发生。并且，蓄能装置2存储的原材料，通过转换装置3将原材料转换成燃料并将燃料提供给第一发电装置1燃烧，提高了系统的工作效率。

在一些实施例中，原材料为水，第一发电装置1的燃料为氢气。

可以理解的是，第一发电装置1的燃料为氢气，采用清洁能源氢气作为第一发电装置1的燃料，相比较传统的燃料天然气，燃烧产物中的CO₂和CO被替代为清洁的燃烧产物水，有利于减少碳排放。

原材料为水，水通过转换装置3的转换能够生成第一发电装置1所需的氢气燃料。并且，第一发电装置1燃烧氢气后的燃烧产物也为水。因此，第一发电装置1的燃烧产物也能够为蓄能装置2存储的原材料进行补给。

可选地，蓄能装置2存储的原材料为水，第一发电装置1与蓄能装置2相连，以使第一发电装置1将燃烧氢气后的燃烧产物水排至蓄能装置2，从而起到对原材料的补给作用。

在一些实施例中，如图2所示，蓄能装置2包括水泵201和两个储水组件202，其中一储水组件202的海拔高于另一储水组件202的海拔，水泵201与两个储水组件202相连并用于将低海拔的储水组件202内的水泵201入高海拔的储水组件202内，水泵201与第一发电装置1相连，水泵201运行所需的电能由第一发电装置1提供。

可以理解的是，在用电低峰期时，第一发电装置1生产的多余的电能用于水泵201的工作，水泵201将低海拔储水组件202内的水泵201入高海拔储水组件202内，将电能转换为水的重力势能，从而实现电能的存储，避免能源的浪费。并且储水组件202内的水也是第一发电装置1所需燃料的原材料，第一发电装置1的燃烧产物可直接排至储水组件202内，进而提高系统的工作效率，也进一步地实现能源的高效利用。

此外，抽水蓄能的技术效率较高，一般可以达到65％-80％之间。其负荷响应速度也较快，从全停到满发电仅需5min，从全停到满载抽水仅需1min，具有储能容量大、功率大、成本低、效率高的优点。

可选地，储水组件202为水库，其中一个水库建设于低海拔处，另外一个水库建设于高海拔处。两个水库之间具有河道，河道用于高海拔的水库将水排放至低海拔的水库内。

进一步地，两个水库之间还设有输水管道，水泵201位于低海拔的水库内并与输水管道相连，水泵201用于将低海拔的水库内的水通过输水管道泵入高海拔的水库内。水泵201与第一发电装置1相连，第一发电装置1向水泵201提供电能。

本发明的发电蓄能循环系统，通过第一发电装置1向水泵201提供电能，使低海拔水库内的水输入高海拔水库内，将电能转化为重力势能，实现对多余电能存储的功能。水库内的水作为原材料，并通过转换装置3转换为氢气供给至第一发电装置1燃烧，第一发电装置1的燃烧产物重新排入水库内，实现了对材料的回收再利用。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一发电装置1与转换装置3相连并提供转换装置3转换原材料过程中所需的电能，转换装置3包括电解组件301，电解组件301与储水组件202相连以对储水组件202内的水进行电解处理。

可以理解的是，第一发电装置1与转换装置3相连，转换装置3也由第一发电装置1提供电能，进一步实现了能源的高效利用。电解组件301电解储水组件202内的水生成氢气，氢气输送至第一发电装置1燃烧，第一发电装置1燃烧氢气后重新生成电能，实现了能源的循环利用。

可选地，电解组件301与储水组件202相连，电解组件301还与第一发电装置1相连，第一发电装置1为电解组件301提供电能，电解组件301电解储水组件202内的水，电解生成的氢气在输送至第一发电装置1。

进一步地，电解组件301与第一发电装置1之间设有氢气管路，氢气管路上设有氢气压气机3022，电解水生成的氢气通过氢气管路并在氢气压气机3022的作用下输送至第一发电装置1。

在一些实施例中，如图1和图2所示，转换装置3还包括储料组件302，储料组件302与电解组件301相连以对电解水产生的氢气和氧气进行收集。

可以理解的是，储料组件302对电解水所生成的氢气和氧气进行收集，以供给于相应的工艺装置使用，间接地避免了能源浪费。

可选地，储料组件302包括氢气储料室3021和氧气储料室3023，氢气储料室3021通过氢气管路与电解组件301相连，氧气储料室3023与电解组件301之间设有氧气管路，氧气管路上设有氧气压气机3024。

因此，电解组件301电解水后生成的氢气和氧气，氢气可通过氢气管路并在氢气压气机3022的作用下进入氢气储料室3021进行存储或者进入第一发电装置1内进行燃烧。氧气通过氧气管路并在氧气压气机3024的作用下进入氧气储料室3023进行存储，进而以备它用。

在一些实施例中，如图2所示，第一发电装置1包括依次相连的压气机101、燃烧室102、透平103和发电机104，储料组件302与燃烧室102相连以对燃烧室102提供氢气。

可以理解的是，空气进入压气机101内并进行近似绝热压缩的过程，压气机101与燃烧室102连通。氢气进入燃烧室102内进行近似等压膨胀的过程(燃烧)，燃烧室102与透平103连通，并在透平103内进行近似绝热膨胀的过程，进而使发电机104进行发电。

可选地，压气机101、燃烧室102与透平103依次相连且三者相互连通，透平103与发电机104相连。氢气管路与燃烧室102相连通，电解水产生的氢气在氢气压气机3022的作用下压入燃烧室102内，压气机101将外界空气压入燃烧室102内，氢气与空气中的氧气燃烧后产生热能，透平103内的叶片在压差的作用下转动，从而实现将燃料燃烧的化学能转化为电能和机械能。透平103驱动发电机104运行，将机械能转化为电能，发电机104产生的电能输送至电网100。

在一些实施例中，如图1和图2所示，燃烧室102与储水组件202相连，储水组件202用于回收燃烧室102燃烧氢气后产生的水。

可选地，燃烧室102与低海拔的储水组件202相连，燃烧室102内氢气燃烧后所生成的水回收至低海拔的储水组件202内，进而实现原材料的循环利用。

在一些实施例中，如图2所示，还包括第二发电装置4，第二发电装置4与两个储水组件202相连，高海拔的储水组件202内的水通过第二发电装置4流入低海拔的储水组件202内，第二发电装置4将水流的势能转换为电能。

可以理解的是，在用电低峰期时，第一发电装置1生产的多余电能转化为水的重力势能存储在高海拔的水库内，第二发电装置4用于将水的重力势能重新转化为电能并输送至电网100，避免用电高峰期供电量不足的情况发生。

可选地，第二发电装置4为水轮机，水轮机设于两个水库之间的河道内，并且水轮机邻近低海拔水库设置，水轮机将水流的势能转换为电能并输送至电网100，从而在用电高峰期时向电网100输送电能，以此实现将蓄能装置2存储的电能补充至电网100使用。

在一些实施例中，如图1和图2所示，还包括第三发电装置5，第三发电装置5与透平103相连并用于将透平103排出的热能转换为电能。

可以理解的是，燃烧室102内燃烧氢气所产生的热能输送至透平103内，透平103将热能排出至第三发电装置5，第三发电装置5将热能再转化为电能，从而形成能量梯级利用。

在一些实施例中，如图2所示，第三发电装置5包括余热锅炉501和蒸汽涡轮发电机502，透平103与余热锅炉501相连以对余热锅炉501提供高温烟气，余热锅炉501与蒸汽涡轮发电机502相连。

可选地，余热锅炉501与透平103相连，透平103排出的高温烟气输送至余热锅炉501，余热锅炉501内的水通过高温加热生成水蒸气。余热锅炉501与蒸汽涡轮发电机502相连，余热锅炉501产生的水蒸气输送至蒸汽涡轮发电机502并用于蒸汽涡轮发电机502进行发电。

本发明实施例的发电蓄能循环系统，通过将第一发电装置1与蓄能装置2的组合，将氢气燃烧发电这种高效的发电装置和储能装置进行结合，实现了能量的充分利用。并且，采用氢气作为燃烧发电的燃料，使第一发电装置1具有高效、清洁、环保的特性，进而有利于减少碳排放。

采用抽水蓄能方式储存第一发电装置1多余的电能，具有储能容量大、功率大、成本低、效率高、响应迅速的特点。并且，还可以提供制取氢气所需的水，实现了能源的高效利用。在完成整个能量循环的同时，也制取了工业上重要的原材料氢气和氧气，并通过氢气储料室3021和氧气储料室3023对两者进行存储。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种发电蓄能循环系统，其特征在于，包括：

第一发电装置，所述第一发电装置通过燃烧燃料产生电能；

蓄能装置，所述蓄能装置与所述第一发电装置相连并用于收集所述第一发电装置产生的电能，所述蓄能装置还用于存放所述第一发电装置发电所用的燃料的原材料；

转换装置，所述转换装置与所述蓄能装置相连并用于将所述原材料转换为所述第一发电装置发电所用的燃料，所述转换装置与所述第一发电装置相连以对所述第一发电装置提供燃料。

2.根据权利要求1所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述原材料为水，所述第一发电装置的燃料为氢气。

3.根据权利要求1所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述蓄能装置包括水泵和两个储水组件，其中一所述储水组件的海拔高于另一所述储水组件的海拔，所述水泵与两个所述储水组件相连并用于将低海拔的所述储水组件内的水泵入高海拔的所述储水组件内，所述水泵与所述第一发电装置相连，所述水泵运行所需的电能由所述第一发电装置提供。

4.根据权利要求3所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述第一发电装置与所述转换装置相连并提供所述转换装置转换所述原材料过程中所需的电能，所述转换装置包括电解组件，所述电解组件与所述储水组件相连以对所述储水组件内的水进行电解处理。

5.根据权利要求4所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述转换装置还包括储料组件，所述储料组件与所述电解组件相连以对电解水产生的氢气和氧气进行收集。

6.根据权利要求5所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述第一发电装置包括依次相连的压气机、燃烧室、透平和发电机，所述储料组件与所述燃烧室相连以对所述燃烧室提供氢气。

7.根据权利要求6所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述燃烧室与所述储水组件相连，所述储水组件用于回收所述燃烧室燃烧氢气后产生的水。

8.根据权利要求3所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，还包括第二发电装置，所述第二发电装置与两个所述储水组件相连，高海拔的所述储水组件内的水通过所述第二发电装置流入低海拔的所述储水组件内，所述第二发电装置将水流的势能转换为电能。

9.根据权利要求6所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，还包括第三发电装置，所述第三发电装置与所述透平相连并用于将所述透平排出的热能转换为电能。

10.根据权利要求9所述的发电蓄能循环系统，其特征在于，所述第三发电装置包括余热锅炉和蒸汽涡轮发电机，所述透平与所述余热锅炉相连以对所述余热锅炉提供高温烟气，所述余热锅炉与所述蒸汽涡轮发电机相连。

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