CN106678931A - 一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统 - Google Patents

一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，包括电厂接线系统、跨季节蓄热调峰系统、供热管网系统，所述跨季节蓄热调峰系统包括跨季节自然水体系统、蓄热热源系统和热网水管道连接系统。本发明通过火电供热机组运行灵活性技术及电锅炉区域供暖技术，并结合夏季的跨季节自然水体蓄热，可以实现夏季的火电厂深度调峰，从而显著提升热电机组夏季的上网调峰能力，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热，未来必将拥有广阔的市场发展前景。

Description

一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的 系统
技术领域
本发明涉及电厂上网电量调整领域，尤其涉及火力发电厂供热机组夏季电厂深度调峰领域。
背景技术
在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风现象严重。目前，随着东北电力辅助服务交易的实施，越来越多的热电厂通过火电灵活性技术实现了冬季的热电解耦和深度调峰。但在夏季，由于没有供热服务，无论是汽机旁路还是电锅炉等热电解耦和调峰方案，都无法实现。
目前电厂内部调峰在夏季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、电锅炉和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和电锅炉及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过电锅炉和蓄热水罐进行深度调峰的，而且由于锅炉低负荷运行，会带来脱硫脱硝系统排放超标，锅炉熄火等一系列问题。另有现有技术利用土壤源蓄冷蓄热系统装置参与调峰，如申请号为201620107121.0的中国专利，提供了一种用于热电厂热调峰用的土壤源蓄冷蓄热系统装置，包括除传统热电厂发电及供热必备装置外，还包括地埋管换热器，溴化锂吸收式热泵机组，闭式冷却塔。该现有技术中，夏季时先利用地下冷量降低冷却塔循环水的温度，后期利用冷却塔循环水对土壤进行蓄热；冬季时利用溴化锂吸收式热泵机组提取蓄存的热量，为城市集中供热提供热量，后期利用闭式冷却塔进行蓄冷。该现有技术虽结合了土壤源蓄冷蓄热以及吸收式热泵吸热放热，但是所使用的蓄热装置无法满足功率范围可调节的实际需求，而且成本较高，存在系统的储热能力差和调峰能力低的问题。
发明内容
为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。本发明通过火电供热机组运行灵活性技术及电锅炉区域供暖技术，并结合夏季的跨季节自然水体蓄热，可以实现夏季的火电厂深度调峰，从而显著提升热电机组夏季的上网调峰能力，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热，未来必将拥有广阔的市场发展前景。
为了克服现有技术中存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，包括电厂接线系统、跨季节蓄热调峰系统、供热管网系统，所述跨季节蓄热调峰系统包括跨季节自然水体系统、蓄热热源系统和热网水管道连接系统。
优选的是，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体、布水器、保护层和覆盖层。
上述任一方案优选的是，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
上述任一方案优选的是，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
上述任一方案优选的是，所述蓄热水体包括水质达一次供热循环水标准的自然水体，水量大于3万吨。
上述任一方案优选的是，所述布水器设置在蓄热水体中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
上述任一方案优选的是，所述保护层设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。
上述任一方案优选的是，所述覆盖层设置于蓄热水体表面，包括浮动式保温覆盖层。
上述任一方案优选的是，所述蓄热热源系统包括热网加热器和电极锅炉系统。
上述任一方案优选的是，所述电极锅炉系统包括高压电极接线、电极锅炉本体、板式换热器、循环水泵、温控系统及其连接管道和电网。
上述任一方案优选的是，所述电极锅炉系统中的锅炉可以是电极热水锅炉，也可是电极蒸汽锅炉。
上述任一方案优选的是，所述电极锅炉本体包括保温层和锅炉炉体，所述保温层包裹锅炉炉体。
上述任一方案优选的是，所述锅炉炉体包括进出水绝缘管、高压电极、电极瓷套管、保护盾、保护盾调整装置、电解质水溶液和伺服机构，所述伺服机构控制加热功率。
上述任一方案优选的是，所述高压电极包括三相高压电极。
上述任一方案优选的是，所述保护盾包括移动保护盾、上下部保护盾。
上述任一方案优选的是，所述电解质水溶液充满锅炉炉体内部。
上述任一方案优选的是，所述电极锅炉系统电压等级范围6~35kV，功率范围0~90MW，功率可在0%~100%范围内无级调节。根据电极锅炉系统容量的选择可以实现热电厂在不停机不停炉的工况下在0到50%的负荷运行。
上述任一方案优选的是，所述热网水管道连接系统包括连接板式换热器、热网加热器和自然水体系统的管路，多个三通、水泵及阀门。
上述任一方案优选的是，其中一个三通位于集中供热热水管路的出水侧，一端连接自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口；另一个三通一端连接电极锅炉系统，另两端作为供热热水的入口和出口。
上述任一方案优选的是，集中供热热水经过热网加热器一级加热后，进入电极锅炉系统及蓄热水体结合的加热系统进行二级加热。上述加热系统属于跨季节储能调峰系统，克服了现有技术中只有热网加热器一级加热，无法实现夏季深度调峰的技术缺陷。
上述任一方案优选的是，在夏季调峰时段，电极锅炉系统将电能转换为热能，并将此热能跨季节储存于蓄热水体中；在冬季供热期，通过热网循环水系统将蓄热水体中储存的热能释放出来，这样反复循环，通过电能热能的转换和热网循环水系统的供热输送，可以极大地提高热电厂的冬季供热能力，并且100%地保证供热的安全性。
上述跨季节蓄热调峰系统的核心为跨季节蓄热水体和电极锅炉系统，通过跨季节蓄热水体将热电厂和电极锅炉结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。
本发明中，电极锅炉系统也可替换为固体式电蓄热装置，由液体式电极锅炉系统变为液体式和固体式电蓄热混合系统。固体电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点，而且固体电蓄热装置有足够大的蓄能系统，可以在夜间，用电低谷的时间段进行储能，而在白天进行供暖、供能，这一优点同时解决了供暖和风电低谷消纳的问题。液体式电极锅炉系统包括一个或多个电极锅炉本体及一次循环系统及其连接电网，液体式电极锅炉系统指仅采用液体式热水蓄热装置进行深度调峰的设备和系统，主要以电极锅炉本体为主要设备，以水作为蓄热体和工质进行电能和热能转换。液体式和固体式电蓄热混合系统包括电极锅炉本体及一次循环系统、固体式电蓄热装置及其连接电网，该系统采用电极式热水蓄热装置和固体式电蓄热装置相结合的系统进行深度调峰，此系统的核心设备为电极锅炉本体和固体式电蓄热锅炉。此系统主要综合考虑了两种电锅炉各自的优点，电极式固体电蓄热锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体电蓄热锅炉蓄热能力大，占地面积小。
目前电厂内部调峰在夏季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、电锅炉和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和电锅炉及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过电锅炉和蓄热水罐进行深度调峰的，结合上述说明本发明相比于现有技术具有以下优点：
1）通过引入跨季节自热水体结合电极锅炉本体，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。
2）适度配置电极锅炉本体，可以使机组达到最小发电负荷的情况下，上网电量趋近于0，基本上实现调峰时段没有上网负荷，达到深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。
3）自然蓄热水体和电极锅炉本体都可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。
4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。
附图说明
图1为按照本发明的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统的一优选实施例的示意图。
图2为本发明的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统的电极锅炉本体的一优选实施例的剖面图。
图示说明：
1-热网加热器，2-电极锅炉本体，3-板式换热器，4-三通，5-保温和防水隔热层，6-布水器，7-蓄热水体，8-浮动式保温覆盖层，9-高压电极，10-保护盾。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，包括电厂接线系统、跨季节蓄热调峰系统、供热管网系统，所述跨季节蓄热调峰系统包括跨季节自然水体系统、蓄热热源系统和热网水管道连接系统。
在本实施例中，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体7、布水器、保护层和覆盖层。
在本实施例中，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
在本实施例中，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
在本实施例中，所述蓄热水体7包括水质达一次供热循环水标准的自然水体，水量大于3万吨。
在本实施例中，所述布水器设置在蓄热水体7中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
在本实施例中，所述保护层设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层6。
在本实施例中，所述覆盖层设置于蓄热水体7表面，包括浮动式保温覆盖层8。
在本实施例中，所述蓄热热源系统包括热网加热器1和电极锅炉系统。
在本实施例中，所述电极锅炉系统包括高压电极接线、电极锅炉本体、板式换热器3、循环水泵、温控系统及其连接管道和电网。
在本实施例中，所述电极锅炉系统中的锅炉可以是电极热水锅炉，也可是电极蒸汽锅炉。
在本实施例中，所述电极锅炉本体2包括保温层和锅炉炉体，所述保温层包裹锅炉炉体。
在本实施例中，所述锅炉炉体包括进出水绝缘管、高压电极9、电极瓷套管、保护盾10、保护盾调整装置、电解质水溶液和伺服机构，所述伺服机构控制加热功率。
在本实施例中，所述高压电极9包括三相高压电极。
在本实施例中，所述保护盾10包括移动保护盾、上下部保护盾。
在本实施例中，所述电解质水溶液充满锅炉炉体内部。
在本实施例中，所述电极锅炉系统电压等级范围6~20kV，功率范围0~50MW，功率可在0%~100%范围内无级调节。根据电极锅炉系统容量的选择可以实现热电厂在不停机不停炉的工况下在0到50%的负荷运行。
在本实施例中，所述热网水管道连接系统包括连接板式换热器3、热网加热器1和自然水体系统的管路，多个三通4、水泵及阀门。
在本实施例中，其中一个三通4位于集中供热热水管路的出水侧，一端连接自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口；另一个三通4一端连接电极锅炉系统，另两端作为供热热水的入口和出口。
在本实施例中，集中供热热水经过热网加热器1一级加热后，进入电极锅炉系统及蓄热水体7结合的加热系统进行二级加热。上述加热系统属于跨季节储能调峰系统，克服了现有技术中只有热网加热器1一级加热，无法实现夏季深度调峰的技术缺陷。
在本实施例中，在夏季调峰时段，电极锅炉本体2将电能转换为热能，并将此热能跨季节储存于蓄热水体7中；在冬季供热期，通过热网循环水系统将蓄热水体7中储存的热能释放出来，这样反复循环，通过电能热能的转换和热网循环水系统的供热输送，可以极大地提高热电厂的冬季供热能力，并且100%地保证供热的安全性。
上述跨季节蓄热调峰系统的三个系统的核心为跨季节蓄热水体7和电极锅炉本体2设备，通过跨季节蓄热水体7将三个系统结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。
本发明相比于现有技术具有以下优点：
1）通过引入跨季节自热水体结合电极锅炉本体2，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。
2）适度配置电极锅炉本体2，可以使机组达到最小发电负荷的情况下，上网电量趋近于0，基本上实现调峰时段没有上网负荷，达到深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。
3）自然蓄热水体7和电极锅炉本体2都可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。
4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。
实施例2
本实施例与实施例1所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统机构相同，所不同的是，将其中的一台或几台电极锅炉本体替换成固体电蓄热锅炉，形成液体式和固体式电蓄热混合系统，最终将两种电锅炉加热的热水打入自然水体蓄热。该系统包括电极锅炉本体、固体电蓄热锅炉及其连接电网，该系统采用电极式热水蓄热装置和固体式电蓄热装置相结合的系统进行深度调峰，主要综合考虑了两种电锅炉各自的优点，电极式固体电蓄热锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体电蓄热锅炉蓄热能力大，占地面积小。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，包括电厂接线系统、跨季节蓄热调峰系统、供热管网系统，其特征在于：所述跨季节蓄热调峰系统包括跨季节自然水体系统、蓄热热源系统和热网水管道连接系统。
2.根据权利要求1所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体（7）、布水器（6）、水底保护层（5）和水体表面保温覆盖层（8）、雨水收集和排水系统。
3.根据权利要求2所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
4.根据权利要求3所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
5.根据权利要求2所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述蓄热水体（7）包括水质达一次供热循环水标准的自然水体，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。
6.根据权利要求2所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述布水器（6）设置在蓄热水体（7）中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
7.根据权利要求2所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述水底保护层（5）设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层（5）。
8.根据权利要求2所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述保温覆盖层（8）设置于蓄热水体（7）表面，包括浮动式保温覆盖层（8）。
9.根据权利要求1所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述蓄热热源系统包括热网加热器（1）和电极锅炉系统。
10.根据权利要求9所述的跨季节自然水体蓄热和电极锅炉结合进行火电厂调峰的系统，其特征在于：所述电极锅炉系统包括高压电极接线、电极锅炉本体（2）、板式换热器（3）、循环水泵、温控系统及其连接管道、高压电网及接入系统。
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