一種應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體膨脹發(fā)電技術領域，特別是一種應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國電網容量的不斷增長，峰谷差不斷增大，可再生能源和分布式供能的蓬勃發(fā)展，對大規(guī)模發(fā)展儲能發(fā)電產業(yè)的需求也越來越大。對于目前國家實施的“智能電網”的建設，大規(guī)模儲能發(fā)電系統(tǒng)更是其不可或缺的部分。為解決電能大規(guī)模存儲問題，耗費了巨大的人力和財力，開發(fā)了各種各樣的儲能方式，蓄電池組、機械飛輪、超級電容器堆、超導磁儲電等等，終因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運作。目前已經廣泛采用的大規(guī)模儲能發(fā)電系統(tǒng)是抽水蓄能方式和壓縮空氣儲能。
[0003]壓縮空氣儲能系統(tǒng)是一種新型儲能技術，由于其高效率、低成本、高壽命，不會帶來污染和生態(tài)問題，逐漸成為各國目前研究的重點。壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理與抽水蓄能相類似，當電力系統(tǒng)的用電處于低谷時，系統(tǒng)儲能，利用系統(tǒng)中的富余電量驅動空氣壓縮機以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲存在儲氣裝置中；當電力系統(tǒng)用電負荷達到高峰發(fā)電量不足時，系統(tǒng)釋能，儲氣裝置將儲氣空間內的壓縮空氣釋放出來，驅動膨脹機工作，帶動發(fā)電機發(fā)電，完成了電能一空氣勢能一電能的轉化。
[0004]膨脹機作為壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的核心做功部件，對壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的效率具有很大的影響。在大型的壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)中，由于空氣流量大，膨脹機可以采用常規(guī)的軸流透平系統(tǒng)，具有很高的效率，但是當空氣的流量較小時，設計和制造小型高效的軸流透平存在很大難度。
[0005]此外，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，由于儲氣室的空氣壓力逐漸下降，為了維持膨脹機進口的壓力恒定，通常采用節(jié)流閥將空氣節(jié)流穩(wěn)定至一個較低的壓力，然后進入膨脹機膨脹做功。由于節(jié)流閥的使用，導致高壓空氣的做功能力下降，從而使系統(tǒng)的效率降低。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)將活塞膨脹機和向心透平膨脹機有機地耦合在一起，能夠合理地利用高壓氣體的能量，從而提高膨脹發(fā)電系統(tǒng)的效率。
[0007]為實現上述目的，本實用新型提供一種應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)，包括活塞膨脹機組、透平膨脹機組及再熱器；所述活塞膨脹機組的進氣口與高壓氣體進氣管路連接，高壓氣體通過高壓氣體進氣管路進入活塞膨脹機組；所述活塞膨脹機組的排氣口與所述透平膨脹機組的進氣口連接，將排氣供給透平膨脹機組；所述再熱器設于活塞膨脹機組和透平膨脹機組的進氣管路上，用于加熱系統(tǒng)中做功的氣體；所述閥門設于所述活塞膨脹機組的進氣管路上，用于控制氣體的流動方向，從而控制高壓氣體在活塞膨脹機組中的流程；所述透平膨脹機組位于活塞膨脹機組的下游，利用活塞膨脹機組的排氣作為動力源進行做功。
[0008]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機組采用多缸結構形式，其每級氣缸通過曲柄連桿與主軸連接。
[0009]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機組包括至少一臺活塞膨脹機，其采用多級串聯或者并聯的結構形式。
[0010]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機組設置有離合器，所述離合器安裝在活塞膨脹機組的主軸上，以實現每級活塞曲柄連桿與主軸的連接與脫離，從而實現活塞膨脹機組的級數控制。
[0011]優(yōu)選地，所述透平膨脹機組采用多級串聯結構，通過一根主軸輸出功率。
[0012]優(yōu)選地，所述透平膨脹機組包括至少一臺向心透平膨脹機，其采用多級串聯或者并聯的結構形式。
[0013]優(yōu)選地，所述向心透平膨脹機的進氣壓力為0.2?5MPa。
[0014]優(yōu)選地，所述活塞膨脹機組設有膨脹控制系統(tǒng)，實現膨脹工況的控制。
[0015]優(yōu)選地，所述再熱器的熱源包括太陽能熱源、生物質能熱源、外界余熱廢熱熱源或壓縮機的壓縮熱熱源。
[0016]本實用新型為了合理地利用高壓氣體的能量，將活塞膨脹機組和向心透平膨脹機組有機地耦合在一起。當高壓氣體需要進行膨脹做功時，首先進入活塞式膨脹機組進行高壓段的膨脹，高壓氣體在其中膨脹做功，將氣體的壓力降低至一定的低壓，同時輸出相應的膨脹功。為了進一步地提高系統(tǒng)的效率，配置相應的氣體管道閥門，根據高壓氣體的壓力來控制活塞膨脹機的級數。高壓氣體經過活塞膨脹機組膨脹做功后壓力溫度降低，然后繼續(xù)進入向心透平膨脹機組，氣體在其中進一步地膨脹做功。同時，為了提高系統(tǒng)的做功能力和效率，采用再熱循環(huán)流程，通過再熱器對氣體工質進行級間加熱。
[0017]對比于傳統(tǒng)的單獨采用向心透平膨脹機組的系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)由于引進了活塞式膨脹機組，取代節(jié)流閥，摒棄了節(jié)流損失，從而有效地提高了系統(tǒng)的效率。以儲氣壓力15MPa、儲氣容積500m3的壓縮空氣儲能系統(tǒng)為例，采用高壓氣體膨脹發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)要比采用傳統(tǒng)系統(tǒng)提高10%以上的效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型所提供應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.第一閥門2.第二閥門3.第三閥門4.第四閥門5.第五閥門6.第六閥門
11.第一氣缸12.第二氣缸13.第三氣缸21.第一離合器22.第二離合器31.第一主軸32.第二主軸41.第一再熱器42.第二再熱器43.第三再熱器44.第四再熱器51.第一向心透平膨脹機52.第二向心透平膨脹機
【具體實施方式】
[0021]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0022]請參考圖1，圖1為本實用新型所提供應用于高壓氣體發(fā)電的聯合膨脹動力系統(tǒng)的一種【具體實施方式】的結構示意圖。
[0023]在一種具體實施例中，本實用新型提供的聯合膨脹動力系統(tǒng)主要由活塞膨脹機組和向心透平膨脹機組兩大部分構成。
[0024]活塞膨脹機組與高壓氣體的進氣連接，用于進行高壓段的膨脹做功，主要由第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4、第五閥門5、第六閥門6、第一氣缸11、第二氣缸
12、第三氣缸13、第一離合器21、第二離合器22、第一主軸31等構成，除第一氣缸11之