CN104806454A - 风电、光热和介质储热联合供能系统 - Google Patents

Abstract

一种风电、光热和介质储热联合供能系统，可以将原本“弃风”的能源通过介质储能暂时将能量以热量的形式储存起来。在电网高峰时再释放热量进行发电，起到电网调峰的作用，可以很好的避免能源的浪费。利用介质储存能量，可以在风电发电出现较大波动的时候将不稳定的风电电能变为稳定的热能再进行输出，能够有效的保证能源的稳定供给，并且降低对电网的冲击。还可以利用第二加热器对低温介质罐输出的低温介质进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高介质的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量，使蒸汽发电机组可以即时发电供应或者在电网高峰时再释放热量进行发电，使电网调峰作用进一步完善。

Description

风电、光热和介质储热联合供能系统

技术领域

本发明涉及发电领域，特别是涉及一种风电、光热和介质储热联合供能系统。

背景技术

我国以风电发电为主的新能源近年来取得了巨大发展，截至2013年底，我国风电装机容量已经达到9174.46万千瓦，居世界第一位。但由于在新能源建设过程中主要关注资源而忽视市场，造成规模过剩，导致发电难以送出，出现“弃风”限电现象。

2014年上半年全国风电新增并网容量584万千瓦，同比增长约21％；累计并网容量8299万千瓦，在建容量6671万千瓦，并网容量占核准容量的55％。全国风电场等效利用小时数为976小时，同比减少约83小时。值得关注的是，2014年上半年全国由于限电因素而产生的“弃风”限电损失电量91亿千瓦时，全国“弃风”率约为10.5％，同比上升约0.5个百分点，给国家造成巨大的能源浪费和经济损失。

而且，由于风电发电的波动性，有时候容易造成风电发电发出的电力不是很稳定，直接并网后对电网的冲击很大。

发明内容

基于此，有必要提供一种既能有效利用“弃风”能源，也能降低并网后对电网冲击的风电、光热和介质储热联合供能系统。

一种风电、光热和介质储热联合供能系统，包括设备：

储存加热前介质的低温介质罐；

储存加热后介质的高温介质罐；

用于发电的风电发电设备；

利用风电发电设备所发的电力将从低温介质罐输出的加热前介质加热成所述加热后介质的介质电加热器；

利用所述高温介质罐输出的所述加热后介质将水加热成水蒸汽的换热器；

将所述水蒸汽驱动蒸汽轮机发电的蒸汽发电机组；

所述加热前介质从所述低温介质罐输出，经所述介质电加热器后变为所述加热后介质并储存在所述高温介质罐，所述加热后介质从高温介质罐输出到所述换热器，所述换热器产生水蒸气以使所述蒸汽发电机组发电；

还包括，对低温介质罐输出的所述加热前介质进行加热的第二加热器或者对所述换热器中的水或水蒸气进行加热的第三加热器。

在其中一个实施例中，所述第二加热器包括第一塔式太阳能集热装置或槽式太阳能集热装置。

在其中一个实施例中，所述第三加热器包括第二塔式太阳能集热装置或第二槽式太阳能集热装置。

在其中一个实施例中，还包括供热设备或制冷设备，所述供热设备或制冷设备和所述换热器连接。

在其中一个实施例中，所述换热器包括产生过热水蒸汽的过热蒸汽发生器、产生饱和水蒸汽的蒸汽发生器和对水进行加热的预热器，从所述高温介质罐输出的所述加热后介质依次加热所述过热蒸汽发生器、蒸汽发生器和预热器，所述过热蒸汽发生器连接所述蒸汽发电机组，所述过热蒸汽发生器产生的过热水蒸汽驱动蒸汽轮机发电。

在其中一个实施例中，所述第三加热器对所述过热蒸汽发生器进行加热以产生过热蒸汽推动汽轮机发电。

在其中一个实施例中，还包括与所述蒸汽发电机组、所述换热器连接的水处理设备，所述水处理设备对经过所述蒸汽发电机组后由所述水蒸气液化而成的水进行处理，所述处理包括除氧、除盐水和冷却处理中的至少一种，经过处理的水再输回所述换热器。

在其中一个实施例中，还包括为加热前介质提供流动动力的第一介质泵和为加热后介质提供流动动力的第二介质泵。

在其中一个实施例中，各设备之间还按需安设有温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器中的至少一种。

上述风电、光热和介质储热联合供能系统，可以将原本“弃风”的能源通过介质储能暂时将能量以热量的形式储存起来，能源利用率高，较好的节约了能源。可以在电网高峰时再释放热量进行发电，起到电网调峰的作用，很好的避免能源的浪费。利用介质储存能量，可以在风电发电出现较大波动的时候将不稳定的风电电能变为稳定的热能再进行输出，能够有效的保证能源的稳定供给，并且降低对电网的冲击。利用第二加热器对低温介质罐输出的加热前介质进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高介质的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。

上述风电、光热和介质储热联合供能系统，风电发电设备既可以将风电发的电力全部用来加热介质储能后再发电，也可以一边发电一边将剩余能量加热介质(低温介质)。在剩余能量不多而需求又很大的时候(例如夏季白天，用电较多而导致剩余能量不多甚至不足)，导致介质发电的电量不足，还可以利用第二加热器对低温介质罐输出的加热前介质进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高介质的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。使蒸汽发电机组可以即时发电供应或者在电网高峰时再释放热量进行发电，使电网调峰作用进一步完善。当然，第二加热器或第三加热器在有太阳光的白天就可以工作，不必等到剩余能量不多而需求又很大的时候才工作，这样就可以为能量紧缺的地区储存能量以便实现实时供电。

附图说明

图1为风力发电机组在不同空气密度下的功率曲线图；

图2为一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图；

图3为另一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图；

图4为再一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图；

图5为图4实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统的变形。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为风力发电机组在不同空气密度下的功率曲线图。

风力发电受风速、空气密度等因素的影响，输出功率不稳定。风力发电的并网，有软并网、降压运行和整流逆变三种方式。并网控制直接影响到风力发电机能否向输电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击电流的影响。整流逆变是一种较好的并网方式，所发电力经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

风除了季节性变化外，每天风力变化也很大。因此，一天中电网实际负荷和风力可发电负荷会出现不匹配情况。一般电网一天中最大负荷出现两次，上午9点和下午19点，白天负荷基本在90﹪-100﹪，夜间在60﹪左右。

而风电负荷一天的变化差别较大，一般一天有三个高峰，夜间风速逐渐增加，清晨达到高峰，而电网实际负荷夜间较小，无法完全消纳风电所发电力。上午10点左右是第二个高峰，下午5点是第三个高峰。导致电网高峰时，风电出现低谷，或者电网低谷时，风电又持续发电。

风电的这种无规律输出负荷，加重了电网的调节幅度，而风力发电又不能够主动为电网进行负荷调节，因此风电在电网中的比重增加到一定量时，将影响电网的稳定性和安全性。

太阳能光热发电通过配备储能系统，可稳定进行能量输出，具备储能调峰功能。针对以上问题，设计一种风电、光热和介质储热联合供能系统。

一种风电、光热和介质储热联合供能系统，包括设备：

储存加热前介质的低温介质罐；

储存加热后介质的高温介质罐；

用于发电的风电发电设备；

利用风电发电设备所发的电力将从低温介质罐输出的加热前介质加热成加热后介质的介质电加热器；

利用高温介质罐输出的加热后介质将水加热成水蒸汽的换热器；

将水蒸汽驱动蒸汽轮机发电的蒸汽发电机组；

加热前介质从低温介质罐输出，经介质电加热器后变为加热后介质并储存在高温介质罐，加热后介质从高温介质罐输出到换热器，换热器产生水蒸气以使蒸汽发电机组发电；

还包括，对低温介质罐输出的加热前介质进行加热的第二加热器或者对换热器中的水或水蒸气进行加热的第三加热器。

上述的加热前介质温度在250℃～300℃左右，加热后介质温度在550℃～600℃左右。

上述风电、光热和介质储热联合供能系统，可以将原本“弃风”的能源通过介质储能暂时将能量以热量的形式储存起来。利用介质储存能量，电热效率可达90％以上，能源利用率高，较好的节约了能源。在电网高峰时再释放热量进行发电，起到电网调峰的作用，可以很好的避免能源的浪费。利用介质储存能量，可以在风电发电出现较大波动的时候将不稳定的风电电能变为稳定的热能再进行输出，能够有效的保证能源的稳定供给，并且降低对电网的冲击。利用第二加热器对低温介质罐输出的加热前介质进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高介质的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。

上述风电、光热和介质储热联合供能系统，风电发电设备既可以将风电发的电力全部用来加热介质储能后再发电，也可以一边发电一边将剩余能量加热介质(低温介质)。在剩余能量不多而需求又很大的时候(例如夏季白天，用电较多而导致剩余能量不多甚至不足)，导致介质发电的电量不足，此时还可以利用第二加热器对低温介质罐输出的低温介质进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高介质的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。使蒸汽发电机组可以即时发电供应或者在电网高峰时再释放热量进行发电，使电网调峰作用进一步完善。当然，第二加热器或第三加热器在有太阳光的白天就可以工作，不必等到剩余能量不多而需求又很大的时候才工作，这样就可以为能量紧缺的地区储存能量以便实现实时供电。

介质可以是各种储热材料，在下述描述中为熔盐。

图2为一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图。

下面描述中，加热前熔盐温度在250℃～300℃左右，加热后熔盐温度在550℃～600℃左右。

一种风电、光热和熔盐储热联合供能系统，包括设备：储存低温熔盐的低温熔盐罐100、储存高温熔盐的高温熔盐罐200、用于发电的风电发电设备300、利用风电发电设备300所发的电力将从低温熔盐罐100输出的低温熔盐加热成高温熔盐的熔盐电加热器400、利用高温熔盐罐200输出的高温熔盐将水加热成水蒸汽的换热器500、将水蒸汽驱动蒸汽轮机发电的蒸汽发电机组600、对低温熔盐罐100输出的低温熔盐进行加热的第一塔式太阳能集热装置700、以及供热设备或制冷设备900，供热设备或制冷设备可以同时存在。熔盐电加热器400可以是在高温熔盐罐200上直接缠绕的电加热带，俗称的电伴热带；也可以是单独的加热器，例如本实施例。

250℃～300℃左右的低温熔盐从低温熔盐罐100输出，经熔盐电加热器400加热后变为550℃～600℃左右的高温熔盐并储存在高温熔盐罐200，高温熔盐从高温熔盐罐200输出到换热器500，换热器500产生水蒸气以使蒸汽发电机组600发电。

在低温熔盐罐100和熔盐电加热器400之间，还连接有为低温熔盐罐100里的低温熔盐提供流动动力的第一熔盐泵(图未示)；在高温熔盐罐200和换热器500之间，还连接有为高温熔盐罐200里的高温熔盐提供流动动力的第二熔盐泵(图未示)。第一熔盐泵安装于低温熔盐罐100的顶部，第二熔盐泵安装于高温熔盐罐200的顶部。当然，第一熔盐泵和第二熔盐泵也可以为熔盐液下泵，即放在熔盐罐里面。还可以包括第一熔盐泵的备用泵和第二熔盐泵的备用泵，提高系统运行的稳定性。上述熔盐可以是碳酸盐、硝酸盐。

风电发电设备300既通过输电设备310对居民或工厂发电，又为熔盐电加热器400提供电力。风电发电设备300可以是在发电不太稳定的时候才将该不太稳定的电力为熔盐电加热器400提供电力以有效利用由于“弃风”而浪费的能源，也可以是无论什么情况下都向熔盐电加热器400提供电力，这样就可以为能量紧缺的地区储存能量以便实现实时供电。通过将不稳定的风电电能变为稳定的热能再进行输出，能够有效的保证能源的稳定供给，降低并网后对电网冲击。

低温熔盐变为高温熔盐分为两路加热，一是从低温熔盐罐100经过第一塔式太阳能集热装置700进行加热变为高温熔盐，一是经过熔盐电加热器400的加热变为高温熔盐，然后高温熔盐储存高温熔盐罐200中。经过第一塔式太阳能集热装置700和熔盐电加热器400进行加热把熔盐加热到合适温度，有效利用“弃风”能源，并且也能节约了建设成本较高的塔式太阳能集热装置的成本。

因此，本系统储热熔盐的热源实际是来自两方面，一是第一塔式太阳能集热装置700，二是风电发电的熔盐电加热器400，第一塔式太阳能集热装置700白天吸收的能量可以一部分进行发电，一部分进行储能。储能的量可以根据晚上用电、用热、用汽的需求进行确定。引入风电发电设备300对熔盐进行加热，可以相应减少定日镜场的投资，而且可以避免“弃风”。

当然，低温熔盐罐100和熔盐电加热器400之间还可以增加直接连接的管道线路(见图中虚线)，当风电发电的熔盐电加热器400供应的能量足够时，可以将低温熔盐直接输到熔盐电加热器400进行直接加热。

同样，第一塔式太阳能集热装置700和高温熔盐罐200还可以增加直接连接的管道线路(见图中虚线)，当第一塔式太阳能集热装置700供应的能量足够时，可以将低温熔盐仅经过第一塔式太阳能集热装置700进行加热就输入高温熔盐罐200。

高温熔盐再到达换热器500，利用高温熔盐的高温对换热器500中的水进行加热。具体为，换热器500包括产生过热水蒸汽的过热蒸汽发生器、产生饱和水蒸汽的蒸汽发生器和对水进行加热的预热器(图皆未示)。从高温熔盐罐200输出的高温熔盐依次加热过热蒸汽发生器、蒸汽发生器和预热器。过热蒸汽发生器连接蒸汽发电机组600，过热蒸汽发生器产生的过热水蒸汽驱动蒸汽轮机发电，并通过输电设备610对居民或工厂发电。供热设备或制冷设备900和换热器500连接，供热设备或制冷设备900还可以利用换热器500中的热水对居民或工厂进行供热或制冷。在能源充足的情况下，可以同时供电、供热和制冷。

在本实施例中，还包括与蒸汽发电机组600、换热器500连接的水处理设备(图未示)，水处理设备对经过蒸汽发电机组600后由水蒸气(过饱和水蒸汽)液化而成的水进行处理。处理包括除氧、除盐水和冷却处理，经过处理的水再输回换热器500循环使用，环保节约。

各设备之间还可以按需要安设有温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器。例如在熔盐电加热器400的熔盐进出口处都安设有温度传感器，低温熔盐罐100和高温熔盐罐200都安设有温度传感器，在传输低温熔盐和高温熔盐的管道都安设有温度传感器、压力传感器和流量传感器，从而实现对系统的监测。

图3为另一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图。

与第一个实施例的不同之处在于，对低温熔盐罐100输出的低温熔盐进行加热的第二加热器为槽式太阳能集热装置720，低温熔盐变为高温熔盐为单路加热。具体为，槽式太阳能集热装置720对低温熔盐进行加热，然后再将加热后的熔盐输送到熔盐电加热器400进行二次加热，使后续的熔盐电加热器400能更快的把熔盐加热到合适温度，有效利用“弃风”能源。由于导热油的凝固点低，可以有效的降低系统的保温能耗，降低后期运营成本。

槽式太阳能集热装置720有两种加热方式，一是通过太阳能集热直接加热低温熔盐，另一种是利用太阳能加热导热油，并将加热后的导热油通过第二换热器730对低温熔盐进行加热。由于导热油最高温度可到390℃，加热熔盐的温度也就不会超过390℃，如果直接换热产生过热水蒸气的温度300多度，蒸汽发电机组600的发电效率低，通过风电发电设备300把熔盐二次加热到550-600℃之间，再通过换热器产生的过饱和蒸汽温度可到500℃以上，汽轮发电机组的效率较高。

图4为再一个实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统示意图。

与第一个实施例的不同之处在于，本实施例取消了第二加热器(第一塔式太阳能集热装置700)，而增加了对换热器500中的水或水蒸气进行加热的第三加热器。第三加热器包括第二塔式太阳能集热装置800，第二塔式太阳能集热装置800对过热蒸汽发生器进行加热以产生过热蒸汽推动汽轮机发电。第二塔式太阳能集热装置800还可以对预热器加热前或加热后的水进行加热以产生第二水蒸汽，第二水蒸汽经过过热蒸汽发生器二次加热后产生过热水蒸汽驱动蒸汽轮机发电，有效利用“弃风”能源。有阳光的时候，可以通过第二塔式太阳能集热装置800产生的第二水蒸汽通过换热器500中的过热蒸汽发生器二次加热到500℃以上再发电。没有阳光的时候，第二塔式太阳能集热装置800完全关闭不工作，通过熔盐电加热器400加热熔盐储存的热量与换热器产生过热蒸汽发电、供热、制冷。

图5为图4实施例的风电、光热和熔盐储热联合供能系统的变形。

与图4实施例的不同之处在于，将第二塔式太阳能集热装置800换成第二槽式太阳能集热装置820。第二槽式太阳能集热装置820也有两种加热方式，一是通过太阳能集热直接加热水，另一种是利用太阳能加热导热油，并将加热后的导热油通过第三换热器830对水进行加热。

在其他实施例中，还可以通过第二加热器(例如第一塔式太阳能集热装置700或槽式太阳能集热装置)和第三加热器(例如第二塔式太阳能集热装置800)一起结合工作，进一步有效利用“弃风”能源，可以很好的避免能源的浪费，提高发电量。可以有效的减少对光热集热场的需求，减少集热场的投资，可有效的降低建设成本。

上述风电、光热和熔盐储热联合供能系统，可以将原本“弃风”的能源通过熔盐储能暂时将能量以热量的形式储存起来。利用熔盐储存能量，电热效率可达90％以上，能源利用率高，较好的节约了能源。在电网高峰时再释放热量进行发电，起到电网调峰的作用，可以很好的避免能源的浪费。利用熔盐储存能量，可以在风电发电出现较大波动的时候将不稳定的风电电能变为稳定的热能再进行输出，能够有效的保证能源的稳定供给，并且降低对电网的冲击。利用第二加热器对低温熔盐罐输出的加热前熔盐进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高熔盐的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。

上述风电、光热和熔盐储热联合供能系统，风电发电设备既可以将风电发的电力全部用来加热熔盐储能后再发电，也可以一边发电一边将剩余能量加热熔盐(低温熔盐)。在剩余能量不多而需求又很大的时候(例如夏季白天，用电较多而导致剩余能量不多甚至不足)，导致熔盐发电的电量不足，还可以利用第二加热器对低温熔盐罐输出的低温熔盐进行加热，或者利用第三加热器对换热器中的水进行加热，提高熔盐的储存能量或换热器的加热效率，从而提高发电量。使蒸汽发电机组可以即时发电供应或者在电网高峰时再释放热量进行发电，使电网调峰作用进一步完善。当然，第二加热器或第三加热器在有太阳光的白天就可以工作，不必等到剩余能量不多而需求又很大的时候才工作，这样就可以为能量紧缺的地区储存能量以便实现实时供电。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，包括设备：

储存加热前介质的低温介质罐；

储存加热后介质的高温介质罐；

用于发电的风电发电设备；

利用风电发电设备所发的电力将从低温介质罐输出的加热前介质加热成所述加热后介质的介质电加热器；

利用所述高温介质罐输出的所述加热后介质将水加热成水蒸汽的换热器；

将所述水蒸汽驱动蒸汽轮机发电的蒸汽发电机组；

所述加热前介质从所述低温介质罐输出，经所述介质电加热器后变为所述加热后介质并储存在所述高温介质罐，所述加热后介质从高温介质罐输出到所述换热器，所述换热器产生水蒸气以使所述蒸汽发电机组发电；

还包括，对低温介质罐输出的所述加热前介质进行加热的第二加热器或者对所述换热器中的水或水蒸气进行加热的第三加热器。

2.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，所述第二加热器包括第一塔式太阳能集热装置或槽式太阳能集热装置。

3.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，所述第三加热器包括第二塔式太阳能集热装置或第二槽式太阳能集热装置。

4.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，还包括供热设备或制冷设备，所述供热设备或制冷设备和所述换热器连接。

5.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，所述换热器包括产生过热水蒸汽的过热蒸汽发生器、产生饱和水蒸汽的蒸汽发生器和对水进行加热的预热器，从所述高温介质罐输出的所述加热后介质依次加热所述过热蒸汽发生器、蒸汽发生器和预热器，所述过热蒸汽发生器连接所述蒸汽发电机组，所述过热蒸汽发生器产生的过热水蒸汽驱动蒸汽轮机发电。

6.根据权利要求5所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，所述第三加热器对所述过热蒸汽发生器进行加热以产生过热蒸汽推动汽轮机发电。

7.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，还包括与所述蒸汽发电机组、所述换热器连接的水处理设备，所述水处理设备对经过所述蒸汽发电机组后由所述水蒸气液化而成的水进行处理，所述处理包括除氧、除盐水和冷却处理中的至少一种，经过处理的水再输回所述换热器。

8.根据权利要求1所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，还包括为加热前介质提供流动动力的第一介质泵和为加热后介质提供流动动力的第二介质泵。

9.根据权利要求1～8任一项所述的风电、光热和介质储热联合供能系统，其特征在于，各设备之间还按需安设有温度传感器、流量传感器、压力传感器和转速传感器中的至少一种。