本發(fā)明涉及能源供應，特別涉及一種基于汽輪機與電機耦合驅動的多模式能源供應系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著能源需求的多元化發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，能源系統(tǒng)的高效利用和靈活供應變得日益重要。在工業(yè)生產和城市運行中，既需要電力、熱力、冷能等多種能源形式，也需要壓縮空氣等工業(yè)用氣，特別是在化工廠、火電廠、制藥企業(yè)等大型企業(yè)中，這些需求往往同時存在且相互關聯(lián)。因此需要建立一種能夠整合多種能源形式、實現(xiàn)高效轉換和靈活調節(jié)的系統(tǒng)，其不僅能提高能源利用效率，減小環(huán)境負荷，還能降低企業(yè)的綜合運行成本，實現(xiàn)經濟效益與環(huán)境效益的提高。

2、現(xiàn)有能源系統(tǒng)主要采用單一熱電聯(lián)產或冷熱電三聯(lián)產方式，其中單一熱電聯(lián)產系統(tǒng)通常以汽輪機為主要設備，而冷熱電三聯(lián)產系統(tǒng)則多采用燃氣輪機或內燃機作為原動機。對于壓縮空氣供應，傳統(tǒng)模式是各用氣企業(yè)獨立分散供應，使用不同種類和品牌的空氣壓縮機，導致性能、可靠性和維護成本各異，雖然集中供氣模式可以有效降低用氣企業(yè)的成本，但高功率壓縮機在峰谷電價時段的用電成本差異顯著，另外，許多大型企業(yè)在生產過程中往往會產生富余蒸汽，特別是熱電聯(lián)產型熱電廠在夏季產汽量過剩的現(xiàn)象較為普遍。

3、綜上，現(xiàn)有技術存在以下不足：

4、1、現(xiàn)有系統(tǒng)普遍采用單一驅動源，無法實現(xiàn)多種能源形式的綜合利用，這直接導致能源轉換路徑缺乏靈活性，系統(tǒng)難以根據用戶需求變化進行及時調節(jié)，從而大幅降低能源利用率；

5、2、由于能源轉換路徑單一，系統(tǒng)運行模式也相應固定，無法適應季節(jié)變化和負荷波動條件，進一步制約了系統(tǒng)多功能高效運行的可能性，能源利用效率低下還體現(xiàn)在對富余蒸汽的處理上，現(xiàn)有系統(tǒng)難以有效利用這些富余能源，同時也缺乏對波動性可再生能源的有效消納手段，使得電網調峰填谷能力嚴重不足；

6、基于上述問題，亟需研發(fā)一種能夠綜合利用多種能源、靈活調節(jié)不同負荷需求、適應可再生能源波動特性的多模式能源供應系統(tǒng)，以從根本上解決現(xiàn)有技術的局限性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于汽輪機與電機耦合驅動的多模式能源供應系統(tǒng)，其能夠實現(xiàn)多能互補、靈活調節(jié)、高效利用各類能源。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于汽輪機與電機耦合驅動的多模式能源供應系統(tǒng)，包括，

3、耦合驅動機組，所述耦合驅動機組包括汽輪機、電機/發(fā)電一體機和多級壓縮機，所述汽輪機和所述電機/發(fā)電一體機通過離合機構與所述多級壓縮機連接，形成可選擇性驅動的動力傳輸路徑；

4、能源轉換子系統(tǒng)，與所述耦合驅動機組連接，所述能源轉換子系統(tǒng)用于將機械能轉換為壓縮空氣、熱能和冷能；

5、能源供應管網，與所述能源轉換子系統(tǒng)連接，用于向能源需求用戶輸送壓縮空氣、熱能和冷能；

6、能源管理控制系統(tǒng)，與所述耦合驅動機組和所述能源轉換子系統(tǒng)連接，用于根據能源供需狀況控制所述離合機構的接合狀態(tài)，調節(jié)所述汽輪機和所述電機/發(fā)電一體機的運行方式，實現(xiàn)多模式能源供應。

7、優(yōu)選地，所述離合機構包括第一離合器和第二離合器，所述多級壓縮機包括第一低壓壓縮機、第二低壓壓縮機和高壓壓縮機；其中，所述汽輪機與蒸汽輸入網連接用于接收蒸汽能源，所述電機/發(fā)電一體機與電網連接用于接收或輸出電能，所述汽輪機通過所述第一離合器與所述電機/發(fā)電一體機連接，所述電機/發(fā)電一體機的另一端與所述第一低壓壓縮機連接，所述第一低壓壓縮機的另一端通過所述第二離合器與所述第二低壓壓縮機連接，所述第二低壓壓縮機的另一端與所述高壓壓縮機連接；通過控制所述第一離合器和所述第二離合器的接合狀態(tài)，實現(xiàn)所述汽輪機和所述電機/發(fā)電一體機對所述多級壓縮機的可變組合驅動。

8、優(yōu)選地，所述能源轉換子系統(tǒng)包括，

9、壓縮空氣凈化系統(tǒng)，與所述多級壓縮機的輸出端連接，用于對壓縮空氣進行冷卻、干燥和過濾處理；

10、壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，與所述多級壓縮機的輸出端連接，用于儲存高壓壓縮空氣并在需要時進行膨脹發(fā)電；

11、壓縮熱回收系統(tǒng)，與所述多級壓縮機的輸出端連接，用于回收壓縮過程中產生的熱量；

12、第一儲熱裝置，與所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)連接，用于儲存來自所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的熱能；

13、第二儲熱裝置，與所述壓縮熱回收系統(tǒng)連接，用于儲存來自所述壓縮熱回收系統(tǒng)的熱能；

14、儲冷裝置，與所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)連接，用于儲存和分配冷能。

15、優(yōu)選地，所述壓縮空氣凈化系統(tǒng)包括第一換熱器、空氣干燥機、精密過濾器和儲氣罐；其中，所述第一換熱器的進氣端與所述第一低壓壓縮機的輸出端連接，所述第一換熱器的出氣端與所述空氣干燥機的進氣端連接，所述空氣干燥機的出氣端與所述精密過濾器的進氣端連接，所述精密過濾器的出氣端與所述儲氣罐的進氣端連接，所述儲氣罐的出氣端與所述能源供應管網中的壓縮空氣輸送管道連接。

16、優(yōu)選地，所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)包括第二換熱器、第三換熱器、儲氣裝置、第一蓄熱器、第四換熱器、第五換熱器、高壓膨脹機、低壓膨脹機和發(fā)電機；其中，所述第二換熱器的進氣端與所述第二低壓壓縮機的出氣端連接，所述第二換熱器的出氣端與所述高壓壓縮機的進氣端連接，所述高壓壓縮機的出氣端與所述第三換熱器的進氣端連接，所述第三換熱器的出氣端與所述儲氣裝置的進氣端連接，所述儲氣裝置的出氣端與所述第四換熱器的進氣端連接，所述第四換熱器的出氣端與所述高壓膨脹機的進氣端連接，所述高壓膨脹機的出氣端與所述第五換熱器的進氣端連接，所述第五換熱器的出氣端與所述低壓膨脹機的進氣端連接，所述低壓膨脹機的出氣端與所述儲冷裝置連接，所述儲冷裝置與所述能源供應管網中的冷氣輸送管道連接，所述高壓膨脹機和所述低壓膨脹機的輸出軸與所述發(fā)電機的輸入軸連接；所述第一蓄熱器的熱媒進口端分別與所述第二換熱器和所述第三換熱器的熱媒出口端連接，所述第一蓄熱器的熱媒出口端分別與所述第四換熱器和所述第五換熱器的熱媒進口端連接，所述第一蓄熱器的冷媒進口端用于接收冷水，所述第一蓄熱器的冷媒出口端與所述第二換熱器的冷媒進口端連接，所述第四換熱器和所述第五換熱器的熱媒出口端與所述第一儲熱裝置連接，所述第一儲熱裝置用于儲存熱水，并與所述能源供應管網中的熱水輸送管道連接。

17、優(yōu)選地，所述壓縮熱回收系統(tǒng)包括第二蓄熱器和第二儲熱裝置；其中，所述第二蓄熱器的熱媒進口端用于接收熱導熱油，并與所述第一換熱器的熱媒出口端連接，所述第二蓄熱器的熱媒出口端用于輸出熱水，并與所述第二儲熱裝置連接，所述第二蓄熱器的冷媒進口端用于接收冷水，所述第二蓄熱器的冷媒出口端用于輸出冷導熱油，并與所述第一換熱器的冷媒進口端連接；所述第二儲熱裝置用于儲存熱水，并與所述能源供應管網中的熱水輸送管道連接。

18、優(yōu)選地，所述能源管理控制系統(tǒng)根據蒸汽供應狀況和電網用電狀況，控制所述離合機構的接合狀態(tài)和所述多級壓縮機的運行組合，使系統(tǒng)在不同條件下實現(xiàn)多種運行模式，所述多種運行模式包括：無蒸汽供應模式、部分蒸汽供應模式、蒸汽充足電網高峰模式和蒸汽充足電網低谷模式。

19、優(yōu)選地，所述無蒸汽供應模式下，所述能源管理控制系統(tǒng)控制所述電機/發(fā)電一體機消耗電網的電能產生驅動力，帶動所述第一低壓壓縮機運轉，產生的壓縮空氣經過所述壓縮空氣凈化系統(tǒng)后，通過所述能源供應管網向所述能源需求用戶供應壓縮空氣；所述部分蒸汽供應模式下，所述能源管理控制系統(tǒng)控制所述汽輪機與所述電機/發(fā)電一體機耦合工作，分別消耗蒸汽的熱能和電網的電能產生驅動力，帶動所述第一低壓壓縮機運轉，產生的壓縮空氣經過所述壓縮空氣凈化系統(tǒng)后，通過所述能源供應管網向所述能源需求用戶供應壓縮空氣。

20、優(yōu)選地，所述蒸汽充足電網高峰模式下，所述能源管理控制系統(tǒng)控制所述汽輪機消耗蒸汽的熱能產生驅動力，帶動所述第一低壓壓縮機運轉，產生的壓縮空氣經過所述壓縮空氣凈化系統(tǒng)后，通過所述能源供應管網向所述能源需求用戶供應壓縮空氣，同時，所述汽輪機產生的驅動力還使所述電機/發(fā)電一體機作為發(fā)電機工作，向電網輸出電能；所述蒸汽充足電網低谷模式下，所述能源管理控制系統(tǒng)控制所述汽輪機與所述電機/發(fā)電一體機耦合工作，分別消耗蒸汽的熱能和電網的電能產生驅動力，帶動所述第一低壓壓縮機、所述第二低壓壓縮機和所述高壓壓縮機同時運轉，其中，所述第一低壓壓縮機產生的壓縮空氣經過所述壓縮空氣凈化系統(tǒng)后，通過所述能源供應管網向所述能源需求用戶供應壓縮空氣，所述第二低壓壓縮機和所述高壓壓縮機產生的壓縮空氣輸送至所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)進行能量儲存，在用電高峰時，所述壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)釋放儲存的壓縮空氣，驅動所述高壓膨脹機和所述低壓膨脹機運行，帶動所述發(fā)電機發(fā)電，輸出電能至電網，并通過所述能源供應管網向所述能源需求用戶提供冷能和熱能。

21、與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于：該系統(tǒng)通過汽輪機與電機/發(fā)電一體機的耦合驅動，實現(xiàn)了多能源協(xié)同供應的技術方案。其核心在于利用離合機構靈活連接汽輪機、電機/發(fā)電一體機與多級壓縮機，形成可根據實際能源情況選擇性切換的動力傳輸路徑，系統(tǒng)在不同工況下，能夠智能選擇單一動力源驅動或聯(lián)合驅動模式：當蒸汽充足時優(yōu)先利用汽輪機驅動，缺乏蒸汽時可轉為電機驅動，或在峰谷電價時段實現(xiàn)能源互補和儲能；能源轉換子系統(tǒng)將機械能高效轉化為壓縮空氣、熱能和冷能，通過能源供應管網向用戶分配各類能源；能源管理控制系統(tǒng)實時監(jiān)測能源供需狀況，自動調整離合機構接合狀態(tài)和各設備運行參數，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化運行。

22、這種設計不僅大幅提高了能源利用效率，有效應對了能源供應波動，還通過多能源形式的靈活轉換與互補，滿足了工業(yè)企業(yè)對多種能源的復合需求，同時具備電網調峰填谷、富余蒸汽利用等功能，在降低運行成本的同時，提升了系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境友好性。