[发明专利]一种压缩页岩气储能发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩页岩气储能发电系统，具体的说，是一种压缩空气、页岩气绝热压缩储能发电系统。

背景技术

传统的压缩空气储能技术以燃气轮机技术为基础，将过剩电能存储为空气的压力势能，当用电需求增加时，高压空气与页岩气燃烧推动透平发电，做功过程中会产生大量的温室气体，造成环境污染。而绝热的空气压缩储能系统虽然不用燃烧化石燃料，但系统不能长时间的为电网提供电能，系统运行不稳定，为了提高空气压缩储能系统可利用性，需要为空气压缩储能系统提供稳定的天然气来源，远距离的天然气运输造成了发电成本的提高；另外页岩气的存储需要消耗大量的电能。

发明内容

本发明提出了一种压缩页岩气储能发电系统，在页岩气采集过程中，利用空气压缩储能系统将过剩的电能压缩页岩气并存储，在页岩气停止采集时，可以压缩空气并存储，将过剩的电能充分利用。同时当电能需求量持续增大时，利用高压页岩气与高压空气燃烧推动透平机发电，维持了空气压缩储能系统的稳定性，使其对电网的需求做出快速的响应，也减少了化石燃料的燃烧，降低了温室气体的排放。该系统可用于提高电力系统的稳定性，改善供电品质。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种压缩页岩气储能发电系统，包括电动机、压气机、冷却器、页岩气储气室、换热器、透平机、发电机、页岩气井、空气储气室、燃气轮机、三通阀门和四通阀门，其特征在于：

--所述电动机与压气机驱动连接，所述压气机的进气口可切换地与大气或页岩气井的出口连通，所述压气机的出口与所述冷却器的热流体侧的进口连通，所述冷却器的热流体侧的出口经管路与所述三通阀门的进口连通，所述三通阀门的一个出口与所述页岩气储气室的进口连通，所述三通阀门的另一个出口与所述空气储气室的进口连通，所述页岩气储气室的出口经所述换热器的冷流体侧的一管路与所述四通阀门的一进口连通，所述空气储气室的经所述换热器的冷流体侧的另一管路与所述四通阀门的另一进口连通，所述四通阀门的一出口与所述透平机的进气口连通，所述四通阀门的另一出口与所述燃气轮机的进气口连通；

--所述压缩页岩气储能发电系统还包括热存储器、冷却介质供应源，所述冷却介质供应源的出口与所述冷却器的冷流体侧的进口连通，所述冷却介质供应源的进口与所述换热器的热流体侧的出口连通，所述热存储器的出口与所述换热器的热流体侧的进口连通，所述热存储器的进口与所述冷却器的冷流体侧的出口连通。

优选地，本发明的压缩页岩气储能发电系统包括开采页岩气时储能阶段、停止开采页岩气时储能阶段、开采页岩气做功阶段和不开采页岩气时做功阶段，其中：

--开采页岩气时储能阶段，电动机驱动压气机压缩高压页岩气，压气机出口高温高压的页岩气进入冷却器降温，热量由冷却介质吸收并存储在热存储器中，压缩页岩气降温后通过三通阀进入页岩气储气室；

--停止开采页岩气时储能阶段，电动机驱动压气机压缩空气，压气机出口高温高压的空气进入冷却器降温，热量由冷却介质吸收并存储在热存储器中，压缩空气降温后通过三通阀进入空气储气室；

--开采页岩气做功阶段，页岩气储气室中低温高压的压缩页岩气进入换热器，在换热器中吸收热存储器释放的存储热，升温后通过四通阀进入透平机做功，驱动发电机发电，做功后的低温页岩气液化存储。

--不开采页岩气时做功阶段，空气储气室中低温高压的空气进入换热器，在换热器中吸收热存储器释放的存储热，升温后通过四通阀进入透平机做功，驱动发电机发电。

当电力系统电量需求增大或需要持续供电时，页岩气储气室中的页岩气和空气储气室的空气都进入换热器再通过四通阀门，进入燃气轮机做功发电。

优先的，压气机包括至少一级压缩，分别压缩空气和页岩气，压缩后的高温页岩气和空气都在冷却器中冷却，冷却器也至少有一台，热量由冷却介质吸收后存储在热存储器中，冷却后的页岩气和空气通过三通阀分别存储在页岩气储气室和空气储气室中；透平机包括至少一级膨胀，每级膨胀后的低温页岩气都在换热器中加热，热量由热存储器供给；燃气轮机中可同时通入高压页岩气和高压空气。

优先的，压气机包括至少一台压气机，透平机包括至少一台透平机，燃气轮机包括至少一台燃气轮机。

优先的，在冷却器后设置三通阀，分离压气机压缩的高压页岩气和空气。换热器后设置四通阀，控制高压页岩气与高压空气进入透平机和燃气轮机。

优先的，系统可以避免三通阀和四通阀的使用，压缩后和进入透平机前的页岩气和高压空气可以分别经过不同的冷却器和换热器。