CN106090853A - 一种应对弃风问题的熔盐储热系统 - Google Patents

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刘可亮
侯晓东
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/0208—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid using electrical energy supply
    • F24H7/0233—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid using electrical energy supply the transfer fluid being water

Abstract

本发明公开了一种应对弃风问题的熔盐储热系统，包括了高/低温熔盐罐、分别布置于两罐内的高/低温熔盐分配管、用于熔盐驱动的高/低温熔盐泵、用于加热熔盐的电加热器、以及用于产生蒸汽的熔盐‑蒸汽发生装置等。电加热器、熔盐‑蒸汽发生装置、冷/热熔盐泵等设备布置于熔盐罐之间的换热平台上；换热平台通常设计成高于冷/热熔盐罐，并使熔盐管路沿流向有一定的向下倾角，以便于熔盐系统停止运行时管道、加热器及换热器内的熔盐排空，防止熔盐凝结，保障熔盐系统的安全性。

Description

一种应对弃风问题的熔盐储热系统
技术领域
本发明涉及一种应对弃风问题的熔盐储热系统，属于可再生能源利用的技术领域。
背景技术
太阳能、风能是可再生能源中的重要组成部分，近年来为了解决环境污染问题，减少化石能源消耗，以太阳能、风能为核心的可再生能源替代正在世界各国兴起。我国是太阳能资源、风力资源丰富的国家，近十年来，太阳能、风能利用在我国已有了长足发展。统计资料表明，截止到2015年底，我国的光伏累计装机容量为4158万千万，风电累计装机容量为12830万千万。风能与太阳能在我国能源结构中的比重逐渐增加。
太阳能光伏发电与用电峰值负荷基本同步，而风力资源却通常在夜晚时段更好，输出功率更高。我国陆上风电资源比较集中的区域为东北、西北、华北(内蒙、河北)等地，上述大部分地区用电负荷通常不高，再加上风电外送通道不畅，风电资源负荷波动大、难预测等特点，这些因素给上述地区风电的消纳提出了挑战。资料统计表明，2015年我国风电全年弃风量339亿千瓦时，平均弃风率达到15％的水平，而甘肃、新疆、吉林等地的弃风率甚至超过了30％。风电的消纳已成了制约新能源发展的一个重要因素。
应该注意到：风电资源集中的三北地区，同时又是我国采暖期较长的区域，上述地区的采暖期通常会达到6个月甚至更长。常规的采暖方式多是以煤炭为热源的供暖方式，这种方式消化了大量的一次能源，同时还给环境带来严重污染。近几年我国冬季北方地区雾霾有加剧的趋势，应该是与煤炭的消耗增加密切相关。因此利用弃风进行区域集中供暖，是促进风电消纳的一种潜在途径，也是减小空气污染的一种可行方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提供了一种以熔盐为储热介质的双罐热力系统，在风电资源过剩时，利用过剩的风电把熔盐加热并储存在高温熔盐罐内；而在用户需要时，利用高温熔盐通过专用的换热设备，制取需要参数的蒸汽或热水，用于供热或发电。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种应对弃风问题的熔盐储热系统，包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、熔盐-蒸汽发生装置、电加热器、高温熔盐泵、低温熔盐泵、高温熔盐分配管、低温熔盐分配管和换热平台；熔盐-蒸汽发生装置、电加热器、高温熔盐泵和低温熔盐泵布置在换热平台上，换热平台比高温熔盐罐和低温熔盐罐位置高；
当风电过剩时，系统工作在电热模式下：低温熔盐泵从低温熔盐罐内抽取低温熔盐，经过电加热器后升温，产生的高温熔盐通过高温熔盐分配管，储存在高温熔盐罐内，根据加热功率的要求，电加热器可以设计成一级或多级；
当需要对外供蒸汽或热水时，系统工作在热汽模式下：高温熔盐罐内的熔盐，通过高温熔盐泵抽取后输送到熔盐-蒸汽发生装置，在熔盐-蒸汽发生装置中，把除盐/凝结水加热成需要参数的蒸汽或热水，实现对外供热或发电，高温熔盐释放热量后变成低温熔盐，通过低温熔盐分配管储存在低温熔盐罐内。
其中，换热平台通常布置在比熔盐罐高的位置上，并且熔盐管路沿流向呈一定的向下倾角布置，以便于系统停止运行时，管路及设备中熔盐的排空，减少熔盐发生凝固的风险。
本发明一种应对弃风问题的熔盐储热系统工作原理为：
如图1所示，一种应对弃风问题的熔盐储热系统，包括了高/低温熔盐罐、分别布置于两罐内的高/低温熔盐分配管、用于熔盐驱动的高/低温熔盐泵、用于加热熔盐的电加热器、以及用于产生蒸汽的熔盐-蒸汽发生装置等。电加热器、熔盐-蒸汽发生装置、冷/热熔盐泵等设备布置于熔盐罐之间的换热平台上；换热平台通常设计成高于冷/热熔盐罐，并使熔盐管路沿流向有一定的向下倾角，以便于熔盐系统停止运行时管道、加热器及换热器内的熔盐排空，防止熔盐凝结，保障熔盐系统的安全性。
当风电功率难以被电网正常消纳时，低温熔盐罐内的熔盐被低温熔盐泵抽取，在电加热器内加热成设定温度的高温熔盐，根据加热功率的大小，电加热可以采用一级或多级，产生的高温熔盐存储于高温熔盐罐内。当用户需要时，高温熔盐罐内的熔盐被高温熔盐泵抽取，在熔盐-蒸汽发生装置中放热产生需要参数的蒸汽，用于对外的供热或发电。高/低温熔盐分配管的作用是使进入到对应储罐内的熔盐分布均匀，防止熔盐温度分层。熔盐系统及关键设备均布置于比熔盐罐高的平台上，并且管路沿熔盐流向呈一定倾角布置，在系统停止工作时，可以快速排出管路及设备中的熔盐，防止熔盐凝固，提高系统的安全性。
本发明一种应对弃风问题的熔盐储热系统具有如下显著特点：
(1)利用弃风产生的电能加热熔盐，用于供热或发电，促进了风电消纳，并在一定程度上缓解了传统采暖方式带来的污染问题；
(2)熔盐具有液相温度范围宽、热容高等特性，易于实现大容量的储热，因此可以使系统的热功率输出稳定，更好满足热/电用户的需求；
(3)熔盐的流动及传热特性好，规模化应用后熔盐的价格也较低(与导热油相比较)，非常适合作传热、储热介质；
(4)换热平台设计为高于双储罐，并且熔盐管路沿流向有一定的向下倾角，因此可以加快系统停运时的疏盐速度，降低了熔盐系统的凝固风险。
附图说明
图1为本发明一种应对弃风问题的熔盐储热系统的工作原理示意图。
图中附图标记含义：1为高温熔盐罐，2为低温熔盐罐，3为熔盐-蒸汽发生装置，4为电加热器，5为高温熔盐泵，6为低温熔盐泵，7为高温熔盐分配管，8为低温熔盐分配管，9为换热平台。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种应对弃风问题的熔盐储热系统，包括高温熔盐罐1、低温熔盐罐2、熔盐-蒸汽发生装置3、电加热器4、高温熔盐泵5、低温熔盐泵6、高温熔盐分配管7、低温熔盐分配管8和换热平台9。
熔盐-蒸汽发生装置3、电加热器4、高温熔盐泵5和低温熔盐泵6布置在换热平台9之上。换热平台9通常布置在比高温熔盐罐1和低温熔盐罐2高的位置上，并且熔盐管路沿流向呈一定的向下倾角布置，以便于系统停止运行时，管路及设备中熔盐的排空，减少熔盐发生凝固的风险。
当风电过剩时，系统工作在电热模式下(以电制热，加热熔盐)：低温熔盐泵6从低温熔盐罐2内抽取低温熔盐，经过电加热器4后升温，产生的高温熔盐通过高温熔盐分配管7，储存在高温熔盐罐1内。根据加热功率的要求，电加热器4可以设计成一级或多级。
当需要对外供蒸汽(或热水)时，系统工作在热汽模式下(用高温熔盐产生需要的蒸汽或热水)：高温熔盐罐1内的熔盐，通过高温熔盐泵5抽取后输送到熔盐-蒸汽发生装置3，在熔盐-蒸汽发生装置3中，把除盐/凝结水加热成需要参数的蒸汽(或热水)，实现对外供热或发电。高温熔盐释放热量后变成低温熔盐，通过低温熔盐分配管8储存在低温熔盐罐2内。
由于熔盐管路及相关设备均布置在比熔盐罐略高的换热平台9上，并沿熔盐流向有一定的向下倾角，因此当系统停止工作时，管路及设备中的熔盐可以通过重力快速回流到熔盐罐，防止熔盐凝固的发生，提升系统的安全性。
本发明一种应对弃风问题的熔盐储热系统，利用了熔盐液相温度高、温度范围宽、高热容、流动及传热特性好等特性，可以实现大容量、低成本储热，再用于供热或发电。这种模式可以在一定程度上缓解弃风的问题，并可以部分替代传统以燃煤为主的供热方式，减轻对环境的污染。该系统具有一举多得的效果，在风电负荷过剩、存在大量弃风的地区有较好的应用前景。

Claims (2)

1.一种应对弃风问题的熔盐储热系统，其特征在于：包括高温熔盐罐(1)、低温熔盐罐(2)、熔盐-蒸汽发生装置(3)、电加热器(4)、高温熔盐泵(5)、低温熔盐泵(6)、高温熔盐分配管(7)、低温熔盐分配管(8)和换热平台(9)；熔盐-蒸汽发生装置(3)、电加热器(4)、高温熔盐泵(5)和低温熔盐泵(6)布置在换热平台(9)上，换热平台(9)比高温熔盐罐(1)和低温熔盐罐(2)位置高；
当风电过剩时，系统工作在电热模式下：低温熔盐泵(6)从低温熔盐罐(2)内抽取低温熔盐，经过电加热器(4)后升温，产生的高温熔盐通过高温熔盐分配管(7)，储存在高温熔盐罐(1)内，根据加热功率的要求，电加热器(4)可以设计成一级或多级；
当需要对外供蒸汽或热水时，系统工作在热汽模式下：高温熔盐罐(1)内的熔盐，通过高温熔盐泵(5)抽取后输送到熔盐-蒸汽发生装置(3)，在熔盐-蒸汽发生装置(3)中，把除盐/凝结水加热成需要参数的蒸汽或热水，实现对外供热或发电，高温熔盐释放热量后变成低温熔盐，通过低温熔盐分配管(8)储存在低温熔盐罐(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种应对弃风问题的熔盐储热系统，其特征在于：换热平台(9)通常布置在比熔盐罐高的位置上，并且熔盐管路沿流向呈一定的向下倾角布置，以便于系统停止运行时，管路及设备中熔盐的排空，减少熔盐发生凝固的风险。
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