本发明涉及煤电灵活性调峰和液态压缩空气储能系统，具体地指一种煤电耦合液态压缩空气储能系统。
背景技术：
1、随着能源结构的调整，越来越多的可再生能源正在扩大其应用。由于光伏、风电等可再生能源的波动性较强，电网要扩大其消纳能力，必须配备足够容量的储能系统。电化学储能、抽水蓄能电站是比较常见的储能方式。压缩空气储能，作为一种新型的大规模、长时储能模式，也开始得到越来越多的应用。而传统的燃煤火力发电厂越来越成为一种基础性的、保障性兼具调节性的电源。
2、目前先进的、大规模压缩空气储能电站主要走的是非补燃、绝热压缩路线。但是，现有技术中的压缩空气储能电站(如附图1所示)，在实际建设过程中存在如下问题：
3、第一，在多级压缩阶段，将压缩热由级间换热器导出，存储在热罐；在膨胀发电阶段，将存储起来的压缩热用于加热膨胀机入口的高压空气，提高其膨胀做功的效率，其中，储存压缩热的储热系统主要采用中温热水方案或高温熔盐方案，这两种方案均需要建设足够容量的储罐，技术难点较多，储换热系统设备体积和占地较大，占据的投资比例也较高；
4、第二，压缩空气储能电站需要一个体积庞大的高压储气罐，若选用人工硐室作为高压储气罐，则投资巨大，目前优选条件良好的天然盐穴作为高压储气罐，因此，压缩空气储能电站的建设选址条件受到很多限制，影响了压缩空气储能电站的快速发展。
5、在火力发电机组越来越成为调节性、保障性电源以后，尤其是对有供热需求的热电机组，供热负荷较高时限制了机组按照电网需要进一步深度调峰，无法实现热电解耦。因此，在燃煤电站附近建设压缩空气储能电站，让煤电承担基础的稳定负荷，保持较高的效率，让储能电站来承担调峰，并且将二者进行系统耦合，以获得整个系统较高的效率和灵活性。但是，现有的关于煤电耦合压缩空气储能技术存在如下问题：
6、第一，目前的煤电耦合压缩空气储能技术主要集中于常规的非补燃、中温或高温绝热压缩空气系统中热能系统的耦合，即在压缩储能阶段，将压缩热导入燃煤电站热力系统以降低电站锅炉的燃料消耗；在释能发电阶段，从燃煤电站热力系统中取出热能，加热储气罐出口的高压压缩空气增加膨胀机的发电输出，未实现深度系统耦合；
7、第二，常规的压缩空气系统由于天然盐穴和人工硐室储气罐的限制，实施非补燃、中温或高温绝热压缩空气系统中热能系统的耦合现实可能性极小。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，本发明提出一种煤电耦合液态压缩空气储能系统，既能发挥液态压缩空气储能大规模长时储能、响应特性好、占地面积小，选址灵活不受限的技术优势，又能发挥煤电热力系统可供蒸汽、热水、冷水等多能级的能源中心优势，实现煤电与液态压缩空气储能系统优势互补、能级梯级利用、整体效率最大化、经济可行的耦合系统。
2、为达到上述目的，本发明所设计的一种煤电耦合液态压缩空气储能系统，包括液态压缩空气储能系统、煤电机组热力系统、以及两者之间的耦合系统，其特别之处在于：所述液态压缩空气储能系统中驱动空气压缩机的动力来自煤电机组热力系统的主蒸汽和/或厂用电源，液态压缩空气储能系统中压缩空气的压缩热不需设置储热系统来存储，且液态压缩空气储能系统中加热膨胀空气的热源来自煤电机组热力系统；
3、所述液态压缩空气储能系统包括用于逐级压缩空气的多级空气压缩机，所述空气压缩机空气入口设置有用于逐级带走热量的级间冷却器，末级所述空气压缩机空气出口连通循环水空气冷却器空气入口，所述循环水空气冷却器空气出口连通用于对压缩空气进行深度冷却液化的冷凝器空气入口，所述冷凝器空气出口连通用于分离液态空气和气态空气的气液分离器入口，所述气液分离器出口连通用于储存高压液态空气的液罐入口；所述液罐出口连通深冷泵入口，所述深冷泵出口连通用于将高压液态空气气化为气态的蒸发器入口，所述蒸发器出口连通用于预热的循环水空气加热器空气入口，所述循环水空气加热器空气出口连通有用于逐级加热的级间加热器空气入口，所述级间加热器空气出口设置用于逐级膨胀空气进行做功发电的多级空气膨胀机；
4、所述煤电机组热力系统包括锅炉、汽轮发电机组和发电机组凝汽器，所述锅炉出口蒸汽分别连通有主汽轮机和小汽轮机，所述发电机组凝汽器的凝结水经凝结水泵连通有低加和除氧器水箱，所述除氧器水箱出口连通有给水泵，所述给水泵出口连通有高加，所述高加出口与锅炉进口相连；所述发电机组凝汽器由带冷却塔的二次循环冷却水系统冷却；
5、所述二次循环冷却水系统包括循环冷却塔与循环水泵，发电机组凝汽器循环冷却水出口进入冷却塔散热；冷却塔下部水池出口经循环水泵加压后连接到发电机组凝汽器循环水入口；
6、所述液态压缩空气储能系统中的循环水空气冷却器的冷却循环水来自发电机组凝汽器出口循环水，所述循环水空气冷却器的冷却循环水出口与冷却塔进口连通；
7、所述液态压缩空气储能系统中的循环水空气加热器的加热循环水进口与冷却塔出口连通，所述循环水空气加热器的加热循环水出口与发电机组凝汽器进口连通；
8、所述小汽轮机与液态压缩空气储能系统中的多级所述空气压缩机同轴设置，用于驱动空气压缩机，多级所述空气压缩机还同轴设置有电机，所述电机采用来自煤电机组热力系统的电源驱动空气压缩机。
9、进一步地，所述小汽轮机做功后的乏汽出口与发电机组凝汽器进口连通。
10、进一步地，当存在供热需求时，所述小汽轮机是背压式汽轮机，排汽用于供热。
11、进一步地，所述液态压缩空气储能系统中的级间加热器加热介质入口与主汽轮机抽汽出口连通，采用抽取主汽轮机蒸汽加热膨胀空气；所述级间加热器加热介质出口与疏水冷却器凝结水入口连通，由煤电机组热力系统回收剩余热量和介质。
12、更进一步地，所述液态压缩空气储能系统中的级间冷却器的冷却介质入口与低加入口凝结水管道连通，通过来自煤电机组热力系统的凝结水冷却；所述级间冷却器的冷却介质出口与除氧器水箱进口管道连通。
13、更进一步地，所述液态压缩空气储能系统中驱动空气压缩机的小汽轮机为定速汽轮机，正常运行时保持进汽门全开高效运行，所述小汽轮机和电机通过定齿比变速箱与空气压缩机同轴布置、共同驱动。
14、更进一步地，驱动空气压缩机的所述电机为工频异步电机，转速高于同步转速时，电机为发电机，发电机发出的电力为小汽轮机输出功率与空气压缩机所需功率之差；所述电机转速低于同步转速时，电机为电动机，电动机的功率自动补足小汽轮机无法满足的空气压缩机所需轴功率部分。
15、本发明的优点在于：
16、1、本发明是由液态压缩空气储能系统和煤电机组热力系统、以及两者之间的耦合系统进行能源梯级利用、多重耦合而成的完整系统，与常规压缩空气储能系统相比，液态压缩空气储能系统增加了空气液化和蒸发过程、以及其所需的深冷储能系统，但液态空气体积被压缩了约700倍，不仅大大缩小高压空气储罐的体积和占地面积，而且避免了储能电站的选址受盐穴或人工硐室建设条件的限制，使得煤电耦合压缩空气储能系统的应用场景大大增加；同时，与盐穴储气罐定容积变压运行相比，液态空气储罐能够实现定压存储，容积可利用率大大提高，使得空气膨胀机入口压力更加稳定，定压运行也给空气膨胀机带来效率的提升；
17、2、本发明液态压缩空气储能系统中的空气压缩机采用汽、电双驱，汽、电双驱的空气压缩机正常运行时，由来自煤电机组热力系统中锅炉的主蒸汽驱动小汽轮机，小汽轮机的排汽进入发电机组凝汽器，该小汽轮机采用定速方案，正常运行时保持进汽阀全开，保持较高的效率运行，由于小汽轮机调阀全开，进汽可随主机滑参数运行，小汽轮机机电液控制系统(meh)维持小汽轮机额定转速即可，空气压缩机按其控制目标通过调速装置调节转速，当空气压缩机转速高于设定工作转速时(说明小汽轮机的轴功率有富余)，工频异步电机的转速也同时高于同步转速时，电机为发电机模式；当空气压缩机转速低于设定工作转速时(说明小汽轮机的轴功率不足)，工频异步电机的转速也同时低于同步转速时，电机为电动机模式；空气压缩机需要增加或降低的轴功率，由连接在厂用电母线上的异步电机被动的实现自平衡，无需调节，电机的出力是小汽轮机的剩余功率而不是空气压缩机所需要的全部功率，平衡发电机的功能如同膨胀水箱，被动的消纳多余和补充不足的轴功率；另外，在空气压缩机启动阶段，电机的响应速度更快，可以利用电机快速驱动空气压缩机启动进行压缩储能，随后小汽轮机准备就绪后投入，逐渐取代电机驱动，因此，本发明中汽、电双驱的空气压缩机具有调峰能力倍增、响应速度快、锅炉负荷率高等优点；
18、3、在煤电机组周边存在热负荷需求时，本发明中的小汽轮机可作为背压式小汽轮机使用，背压参数按供热需求进行拟定，提供不同压力等级的供热蒸汽；
19、4、本发明将液态压缩空气储能系统中的高温(多级空气膨胀机入口加热源)、中温(空气压缩机级间冷却)和低温(深冷系统进出口)用热需求分别与煤电机组热力系统中的蒸汽、凝结水和循环冷却水系统进行深度耦合，省去高温和中温储能系统的建设投资(节省约3000万元)，深度利用循环冷却水余热降低深冷系统的容量和造价(节省约2000万元)，降低煤电机组的运行背压，优势互补，能量梯级利用，整体系统效率最佳；
20、5、本发明为提供不同压力等级的压缩空气、供热蒸汽、冷能等多种能源产品提供了可能，煤电耦合液化空气压缩储能系统将成为一个灵活电源、储能电站，提供电、热、冷多种能源形式，气、汽、热水、冷冻水等多种能源介质的综合能源中心；
21、本发明煤电耦合液态压缩空气储能系统实现液态压缩空气储能系统、煤电机组热力系统、以及两者之间的耦合系统的能源梯级利用、多重深度耦合、以及整体效率最大化，不仅大大缩小高压空气储罐的体积和占地面积，而且避免了储能电站的选址受盐穴或人工硐室建设条件的限制，使得煤电耦合压缩空气储能系统的应用场景大大增加，同时发挥煤电热力系统可供蒸汽、热水、冷水等多能级的能源中心优势。
1.一种煤电耦合液态压缩空气储能系统，包括液态压缩空气储能系统(1)、煤电机组热力系统(2)、以及两者之间的耦合系统，其特征在于：所述液态压缩空气储能系统(1)中驱动空气压缩机的动力来自煤电机组热力系统(2)的主蒸汽和/或厂用电源，液态压缩空气储能系统(1)中压缩空气的压缩热不需设置储热系统来存储，且液态压缩空气储能系统(1)中加热膨胀空气的热源来自煤电机组热力系统(2)；
2.根据权利要求1所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：所述小汽轮机(1-12)做功后的乏汽出口与发电机组凝汽器(2-6)进口连通。
3.根据权利要求1所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：当存在供热需求时，所述小汽轮机(1-12)是背压式汽轮机，排汽用于供热。
4.根据权利要求2或3所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：所述液态压缩空气储能系统(1)中的级间加热器(1-10)加热介质入口与主汽轮机(2-2)抽汽出口连通，采用抽取主汽轮机(2-2)蒸汽加热膨胀空气；所述级间加热器(1-10)加热介质出口与疏水冷却器(2-5)凝结水入口连通，由煤电机组热力系统(2)回收剩余热量和介质。
5.根据权利要求4所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：所述液态压缩空气储能系统(1)中的级间冷却器(1-2)的冷却介质入口与低加(2-4)入口凝结水管道连通，通过来自煤电机组热力系统(2)的凝结水冷却；所述级间冷却器(1-2)的冷却介质出口与除氧器水箱(2-8)进口管道连通。
6.根据权利要求5所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：所述液态压缩空气储能系统(1)中驱动空气压缩机(1-1)的小汽轮机(1-12)为定速汽轮机，正常运行时保持进汽门全开高效运行，所述小汽轮机(1-12)和电机(1-13)通过定齿比变速箱与空气压缩机(1-1)同轴布置、共同驱动。
7.根据权利要求6所述的煤电耦合液态压缩空气储能系统，其特征在于：驱动空气压缩机(1-1)的所述电机(1-13)为工频异步电机，转速高于同步转速时，电机(1-13)为发电机，发电机发出的电力为小汽轮机(1-12)输出功率与空气压缩机(1-1)所需功率之差；所述电机(1-13)转速低于同步转速时，电机(1-13)为电动机，电动机的功率自动补足小汽轮机(1-12)无法满足的空气压缩机(1-1)所需轴功率部分。
