[发明专利]一种基于电池组和液态空气储能的电网黑启动与调频装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于电池组和液态空气储能的电网黑启动与调频装置及方法，该装置包括液态空气储能循环回路、液态空气发电循环回路、电池组、第一开关、逆变器、第二开关、第三开关、电厂发电机组、电网、控制单元和第四开关。液态空气储能循环利用低谷电或可再生能源发电量获取液态空气，并存储在液态空气储液罐。当电网发生大面积停电时，控制单元发出黑启动指令：电池组放电启动液态空气发电循环，液态空气储液罐出口的液态空气经过加压泵加压、蒸发器预热后，依次进入各级加热器和膨胀机膨胀发电。液态空气发电循环的发电量，优先用于启动电厂发电机组，恢复电网供电，同时可以供给自己，降低对电池组的容量要求，降低投资和维护成本。整个过程中，液态空气发电循环可以在2‑5分钟内启动，快速帮助电厂发电机组启动供电，电网恢复正常供电时间短。当电网有调频需求时，控制单元发出调频指令：电池组和液态空气发电循环同时启动，电池组反应速度快，用于一次调频，而液态空气发电循环用于二次调频。

主权项

一种基于电池组和液态空气储能的电网黑启动与调频装置及方法，其特征在于，该装置包括液态空气发电循环回路、液态空气储能循环回路、电池组(1)、第一开关(2)、逆变器(3)、第二开关(27)、第三开关(28)、电厂发电机组(29)、电网(30)、控制单元(31)和第四开关(32)，其中：所述液态空气发电循环回路包括液态空气储液罐(4)、空气阀(5)、加压泵(6)、蒸发器(7)、第一级加热器(8)、第一级膨胀机(9)、第二级加热器(10)、第二级膨胀机(11)、第三级加热器(12)、第三级膨胀机(13)、第四级加热器(14)、第四级膨胀机(15)、第五级加热器(16)、第五级膨胀机(17)、第一风机(18)、储冷罐(19)、储热罐(20)、第一循环泵(21)、第一阀门(22)、第二阀门(23)、第三阀门(24)、第四阀门(25)和第五阀门(26)；所述液态空气储液罐(4)的下部输出端通过空气阀(5)、加压泵(6)与蒸发器(7)的左侧输入端连接；蒸发器(7)的右侧输出端与第一级加热器(8)的左侧输入端连接；第一级加热器(8)的右侧输出端通过第一级膨胀机(9)与第二级加热器(10)的左侧输入端连接；第二级加热器(10)的右侧输出端通过第二级膨胀机(11)与第三级加热器(12)的左侧输入端连接；第三级加热器(12)的右侧输出端通过第三级膨胀机(13)与第四级加热器(14)的左侧输入端连接；第四级加热器(14)的右侧输出端通过第四级膨胀机(15)与第五级加热器(16)的左侧输入端连接；第五级加热器(16)的右侧输出端通过第五级膨胀机(17)、第一风机(18)与蒸发器(7)的下部输入端连接；蒸发器(7)的下部输出端与储冷罐(19)的下部输入端连接；储冷罐(19)的上部输出端与环境相连；储热罐(20)的上部输出端通过第一循环泵(21)分五路：一路通过第一阀门(22)与第一级加热器(8)的上部输入端连接；一路通过第二阀门(23)与第二级加热器(10)的上部输入端连接；一路通过第三阀门(24)与第三级加热器(12)的上部输入端连接；一路通过第四阀门(25)与第四级加热器(14)的上部输入端连接；一路通过第五阀门(26)与第五级加热器(16)的上部输入端连接；第一级加热器(8)、第二级加热器(10)、第三级加热器(12)、第四级加热器(14)和第五级加热器(16)的上部输出端并联后与储热罐(20)的下部输入端连接；所述液态空气储能循环回路与液态空气发电循环回路共用液态空气储液罐(4)、储冷罐(19)和储热罐(20)，还包括第一级压缩机(33)、第一级冷却器(34)、第二级压缩机(35)、第二级冷却器(36)、冷箱(37)、低温透平(38)、第二风机(39)和第二循环泵(40)；所述第一级压缩机(33)的输出端与第一级冷却器(34)的上部输入端连接；第一级冷却器(34)的下部输出端通过第二级压缩机(35)与第二级冷却器(36)的上部输入端连接；第二级冷却器(36)的下部输出端与冷箱(37)的下部输入端连接；冷箱(37)的上部输出端通过低温透平(38)与液态空气储液罐(4)的左侧输入端连接；液态空气储液罐(4)的上部输出端与冷箱(37)的左侧输入端连接；冷箱(37)的左侧输出端与第一级压缩机(33)的输入端连接；储冷罐(19)的左侧输出端通过第二风机(39)与冷箱(37)的右侧输入端连接；冷箱(37)的右侧输出端与储冷罐(19)的左侧输入端连接；储热罐(20)的左侧输出端通过第二循环泵(40)分两路：一路与第一级冷却器(34)的右侧输入端连接，另一路与第二级冷却器(36)的右侧输入端连接；第一级冷却器(34)和第二级冷却器(36)的右侧输出端并联后与储热罐(20)的左侧输入端连接；所述电池组(1)的输出端通过第一开关(2)与逆变器(3)的输入端连接；逆变器(3)的输出端分别连接空气阀(5)的右侧输入端、加压泵(6)的电机输入端、第一风机(18)的电机输入端、第一循环泵(21)的电机输入端、第一阀门(22)的右侧输入端、第二阀门(23)的右侧输入端、第三阀门(24)的右侧输入端、第四阀门(25)的右侧输入端、第五阀门(26)的右侧输入端和第二开关(27)的左侧输入端；所述第一级膨胀机(9)、第二级膨胀机(11)、第三级膨胀机(13)、第四级膨胀机(15)和第五级膨胀机(17)的发电机输出端并联后分三路：一路通过第二开关(27)与逆变器(3)的输出端并联；一路通过第三开关(28)与电厂发电机组(29)的输入端连接；一路通过第四开关(32)与电网(30)连接；电厂发电机组(29)的输出端与电网(30)连接；控制单元(31)发送指令，控制装置运行模式。