CN107289664B - 一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置，属于光热发电技术领域。该装置包括熔盐储热罐和蒸汽发生器，所述熔盐储热罐内设有电加热器、引流管和熔盐泵；所述蒸汽发生器上设有热源入口、热源出口、冷却水入口和蒸汽出口；所述电加热器通过线路连接有电信号处理设备；所述引流管与热源出口经第一管路连接，所述熔盐泵与热源入口经第二管路连接；所述冷却水入口与水源经第三管路连接；所述蒸汽出口经第四管路分别连接有蒸汽轮机、蒸汽转换器、采暖热网和溴化锂机组。本发明的装置可以有效利用可再生资源，能源综合利用率高，占地面积小、成本较低，且减少了各种污染物的排放，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置及其方法
技术领域
本发明属于光热发电技术领域，尤其涉及一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置及 其方法。
背景技术
近日，国家发展改革委、国家能源局、财政部、环保部、住房城乡建设部、工业和信息 化部、交通运输部、民航局联合印发了《关于推进电能替代的指导意见》(发改能源[2016]1054 号)(以下简称《意见》)。《意见》从推进电能替代的重要意义、总体要求、重点任务和保障 措施四个方面提出了指导性意见，为全面推进电能替代提供了政策依据。
《意见》中提出四个电能替代重点领域：一是北方居民采暖领域，主要针对燃气(热力) 管网覆盖范围以外的城区、郊区、农村等还大量使用散烧煤进行采暖的，使用蓄热式电锅炉、 蓄热式电暖器、电热膜等多种电采暖设施替代分散燃煤设施；二是生产制造领域，生产制造 领域的电能替代需要结合产业特点进行，有条件地区可根据大气污染防治与产业升级需要， 在工农业生产中推广电锅炉、电窑炉、电灌溉等；三是交通运输领域，主要针对各类车辆、 靠港船舶、机场桥载设备等，使用电能替代燃油；四是电力供应与消费领域，主要是满足电 力系统运行本身的需要，如储能设备可提高系统调峰调频能力，促进电力负荷移峰填谷。
目前，国内分布式能源应用前景广阔，其技术方案主要采用燃气轮机或压缩机为特定用 户提供冷、热、电或三联供。采用熔盐储能用于光热电站夜间发电，其他储能发电主要采用 储能电池，目前国内还没有利用熔盐储能进行冷热电及三联供的电站。
而且分布式能源利用天然气需要消耗一次能源，会产生NOx及SOx，会造成一定的环境 污染；熔盐储能仅用作光热电站，规模太小，受建设场地限制，推广应用难度较大；储能电 池发电成本较高，并且电池生产及后端利用会产生一定的二次污染。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种将熔盐储能进行分布式能源 利用的装置，克服现有技术中存在的分布式能源利用天然气容易产生大气污染物，且现有的 熔盐储能受场地限制、推广难度较大、成本较高等问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置，包括熔盐储热罐和蒸汽发生器，所述熔盐 储热罐内设有电加热器、引流管和熔盐泵；所述蒸汽发生器上设有热源入口、热源出口、冷 却水入口和蒸汽出口；
所述电加热器通过线路连接有电信号处理设备；所述引流管与热源出口经第一管路连接， 所述熔盐泵与热源入口经第二管路连接；所述冷却水入口与水源经第三管路连接；所述蒸汽 出口经第四管路分别连接有蒸汽轮机、蒸汽转换器、采暖热网和溴化锂机组；
所述第一管路、第二管路、第三管路和第四管路上分别设有第一阀门、第二阀门、第三 阀门、第四阀门。
进一步地，所述电信号处理设备为变电设备或配电设备。
进一步地，所述电加热器为若干个，伸入至熔盐储热罐底部，沿熔盐储热罐内壁环形均 匀设置。
进一步地，所述蒸汽发生器为立式管壳式换热器。
进一步地，所述熔盐储热罐外周还设有保温隔热层，保温隔热层材料可以为聚氨酯材料。
进一步地，所述熔盐储热罐底部设有通风散热管。
进一步地，所述熔盐储热罐为两台或多台。
进一步地，所述熔盐储热罐材质为不锈钢316。
进一步地，所述第四管路一端连通蒸汽出口，另一端经分支后分别连接蒸汽轮机、蒸汽 转换器、采暖热网和溴化锂机组。所述第四阀门设置在靠近蒸汽出口的一端。
进一步地，所述第四管路的分支管路上可分别设有阀门，分别对进入蒸汽轮机、蒸汽转 换器、采暖热网和溴化锂机组的蒸汽流量进行控制。
本发明还提供了一种利用上述装置将熔盐储能进行分布式能源利用的方法，包括以下步 骤：
采用电信号处理设备对弃电或谷电进行转化以用于电加热器对熔盐储热罐内的熔盐进行 电加热，使熔盐熔融；
利用熔盐泵将熔融态的熔盐抽出，通过第二管路、热源入口进入蒸汽发生器；同时冷却 水经冷却水入口进入蒸汽发生器，熔盐与冷却水进行热交换使得冷却水汽化形成高温蒸汽；
高温蒸汽经管路分别进入蒸汽轮机、蒸汽转换器、采暖热网和溴化锂机组，换热后的熔 盐经第一管路、引流管返回熔盐储热罐中。
进一步地，所述弃电可以是风电弃电或光伏弃电。
进一步地，所述熔盐为碱金属或碱土金属的硝酸盐的熔融体。更近一步地，所述熔盐为 硝酸钾或硝酸钠。
进一步地，电加热时，将熔盐加热至温度高于550℃。
进一步地，所述熔盐储热罐内的熔盐容量需保证熔盐储热罐上方有一定的安全高度，并 保证熔盐泵伸入到熔盐内部。
本发明中，高温熔盐通过蒸汽发生器进行换热成为低温熔盐，并再此返回熔盐储热罐进 行循环利用，同时冷却水吸热变成高温蒸汽，可以按不同用户需求，经管路进入蒸汽轮机进 行发电，进入蒸汽转换器或采暖热网进行供给高品质蒸汽或供暖，或与溴化锂机组结合进行 供冷，进行分布式的能源利用，实现冷、热、电的三联供。
本发明中，利用弃风、弃电以及波谷电，将熔盐从290℃加热至高于550℃，利用熔盐介 质在高温下性能稳定的特点，将热量储存起来，然后经过换热器与水进行换热，将高温蒸汽 用于特定用户供热、供暖、供冷或发电。
本发明具有如下技术效果：
1)本发明可利用市电谷电熔盐储热，可分散布置在城市任何地段，满足城市供暖要求， 相对于传统电热水锅炉蓄热方案来说占地面积小得多，大量节省城市用地面积；
2)本发明的输入能源为弃电或电网的谷电，如输入能源为弃电则成本几乎为零，如输入 能源为谷电，成本也较低，与分布式能源供应系统结合后，可实现冷、热、电三联供，满足 各种不同的负荷需求，能源综合利用效率高，具有很好的经济效益。同时由于输入能源为弃 电或电网的谷电，减少了各种污染物的排放，具有很好的社会效益；
3)本发明将熔盐储能技术与分布式冷热电三联供技术相结合使用，能源综合利用效率高， 电热储能部分的效率超过97％，热量输出到冷热电三联供部分的能源利用效率超过80％，能 源综合利用效率超过70％；
4)本发明可以有效的消纳市电谷电，对于电网来说，提高了电力系统调峰调频能力，可 以达到电力负荷移峰填谷的目的；
5)本发明可以有效的消纳风电弃电、光伏弃电，有效提高风电、光伏等可再生能源的利 用率。
附图说明
图1为本发明中将熔盐储能后进行分布式能源利用的装置示意图。
元件标号说明
1 熔盐储热罐 2 蒸汽发生器 3 水源 4 蒸汽轮机
5 蒸汽转换器 6 采暖热网 7 溴化锂机组 8 电信号处理设备
9 第一阀门 10 第二阀门 11 电加热器 12 引流管
13 熔盐泵 21 热源入口 22 热源出口 23 蒸汽出口
24 冷却水入口 31 第三阀门 41 第四阀门。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭 露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式 加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的 精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特 征可以相互组合。
请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的装置， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更 为复杂。
如图1所示，本发明所提供的一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置，包括熔盐储 热罐1和蒸汽发生器2，所述熔盐储热罐1内设有电加热器11、引流管12和熔盐泵13；所述蒸汽发生器2上设有热源入口21、热源出口22、冷却水入口24和蒸汽出口23；
所述电加热器11通过线路连接有电信号处理设备8，采用电信号处理设备8对弃电或谷 电进行转化以用于电加热器11对熔盐储热罐1内的熔盐进行电加热，使熔盐熔融；所述引流 管12与热源出口22经第一管路连接，所述熔盐泵13与热源入口21经第二管路连接；所述 冷却水入口24与水源3经第三管路连接；所述蒸汽出口23经第四管路分别连接有蒸汽轮机 4、蒸汽转换器5、采暖热网6和溴化锂机组7；从而实现加热后的高温熔盐由熔盐泵13抽出 后经第二管路、热源入口21进入蒸汽发生器2内，冷却水由水源3经第三管路、冷却水入口 24进入蒸汽发生器2内，高温熔盐和冷却水进行热交换，使得冷却水汽化形成高温蒸汽，高 温熔盐放热后变成低温熔盐，低温熔盐经热源出口22、第一管路、引流管12返回熔盐储热 罐1内，实现循环；高温蒸汽经第四管路、分支管路分别：进入蒸汽轮机进行发电，进入蒸 汽转换器或采暖热网进行供给高品质蒸汽或供暖，或与溴化锂机组结合进行供冷，进行分布 式的能源利用，实现冷、热、电的三联供；
所述第一管路、第二管路、第三管路和第四管路上分别设有第一阀门9、第二阀门10、 第三阀门31、第四阀门41，分别对低温熔盐、高温熔盐、冷却水、高温蒸汽的流量进行调控。 在其他实施例中，第四管路的分支管路上可分别设置阀门，分别对进入蒸汽轮机、蒸汽转换 器、采暖热网、溴化锂机组中蒸汽流量进行控制。
在本发明中，所述电信号处理设备8可以是变电设备，可将高压电降低，适合电加热器 11使用；所述电信号处理设备8也可以是配电设备，直接用于电加热器11加热使用。
在本发明中，为使熔盐加热均匀，可采用若干个电加热器，伸入至熔盐储热罐底部，沿 熔盐储热罐内壁环形设置。
在本发明中，由于熔盐低于220℃会凝固，因此，为了避免停机的工况下换热器内部的 熔盐不能全部排出，从而可能会损坏设备，因此，所述蒸汽发生器2为立式管壳式换热器。
为使储存罐保温效果较好，在本发明实施例中，所述熔盐储热罐外周还设有保温隔热层， 保温隔热层材料可以是聚氨酯材料。
进一步地，所述熔盐储热罐底部设有通风散热管，可以起到散热的作用，降低熔盐储热 罐放置位置处地基的温度。
本发明中，可根据项目规模大小以及经济性等的综合考虑，调整熔盐储热罐为两台或多 台。
为便于冷却水的使用，在第三管路上还可设置水泵，使用时利用水泵将水源的冷却水抽 出流出蒸汽发生器2中。
实施例1-3为利用本发明装置将熔盐储能进行分布式能源利用的方法，具体如下：
实施例1
如图1所示装置，其中蒸汽发生器2为立式管壳式换热器，熔盐储热罐1为两台，每个 熔盐储热罐1内设有三个电加热器11，沿内壁呈环形均匀分布在熔盐储热罐1内。
使用该装置将熔盐储能进行分布式能源利用时，采用电信号处理设备对弃电或谷电进行 转化，用于电加热器11对熔盐储热罐1内的熔盐进行电加热至550℃，其中熔盐储热罐1内 的熔盐的量是保障罐上方有0.5米的安全高度，熔盐为硝酸钠；
然后，开启第三阀门，使冷却水通入立式管壳式换热器中；
打开第二阀门，利用立式熔盐泵将熔盐抽出，通过第二管路、热源入口进入立式管壳式 换热器，熔盐与冷却水进行热交换，冷却水汽化形成高温蒸汽，高温熔盐放热形成低温熔盐；
打开第四阀门和第一阀门，高温蒸汽经第四管路分别进入蒸汽轮机4、蒸汽转换器5、采 暖热网6和溴化锂机组7，分别用于发电、供工业蒸汽、供暖、供冷；低温熔盐经第一管路、 引流管返回熔盐储热罐中，实现循环利用。
该实施例中电热储能部分的效率为97％，热量输出到冷热电三联供部分的能源利用率为 80％，能源综合利用率可达71％。
实施例2
具体方法同实施例1，与实施例1不同的是，本实施例中采用的装置：熔盐储热罐1为3 台，每个熔盐储热罐1内设有6个电加热器11，沿内壁呈环形均匀分布在熔盐储热罐内。熔 盐储热罐1内熔盐电加热至600℃。
该实施例中电热储能部分的效率为97.1％，热量输出到冷热电三联供部分的能源利用率 为81％，能源综合利用率可达71.9％。
实施例3
具体方法同实施例1，与实施例1不同的是，本实施例中采用的装置：熔盐储热罐1为1 台，每个熔盐储热罐1内设有6个电加热器11，沿内壁呈环形均匀分布在熔盐储热罐1内。 熔盐储热罐1内熔盐电加热至650℃。
该实施例中电热储能部分的效率为97.5％，热量输出到冷热电三联供部分的能源利用率 为83％，能源综合利用率可达72.5％。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种将熔盐储能进行分布式能源利用的装置，其特征在于，包括熔盐储热罐(1)和蒸汽发生器(2)，所述熔盐储热罐(1)为两台或多台，所述熔盐储热罐(1)内设有电加热器(11)、引流管(12)和熔盐泵(13)；所述蒸汽发生器(2)上设有热源入口(21)、热源出口(22)、冷却水入口(24)和蒸汽出口(23)；两台或多台熔盐储热罐(1)的熔盐泵(13)排液口并接后与所述蒸汽发生器(2)的热源入口(21)相连通，两台或多台熔盐储热罐(1)的引流管(12)上端并接后与所述蒸汽发生器(2)的热源出口(23)相连通，所述引流管(12)的下端插入至所述熔盐储热罐(1)内并延伸至电加热器(11)位置；
所述电加热器(11)通过线路连接有电信号处理设备(8)；所述引流管(12)与热源出口(22)经第一管路连接，所述熔盐泵(13)与热源入口(21)经第二管路连接；所述冷却水入口(24)与水源(3)经第三管路连接；所述蒸汽出口(23)经第四管路分别直接连接有蒸汽轮机(4)、蒸汽转换器(5)、采暖热网(6)和溴化锂机组(7)；
所述第一管路、第二管路、第三管路和第四管路上分别设有第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(31)、第四阀门(41)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电加热器(11)为若干个，伸入至熔盐储热罐底部，沿熔盐储热罐内壁环形均匀设置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽发生器(2)为立式管壳式换热器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熔盐储热罐(1)外周还设有保温隔热层。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熔盐储热罐(1)底部设有通风散热管。
6.利用权利要求1至5任一项所述装置将熔盐储能进行分布式能源利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用电信号处理设备对弃电或谷电进行转化以用于电加热器(11)对熔盐储热罐(1)内的熔盐进行电加热，使熔盐熔融；
利用熔盐泵(13)将熔融态的熔盐抽出，通过第二管路、热源入口(21)进入蒸汽发生器(2)；同时冷却水经冷却水入口(24)进入蒸汽发生器(2)，熔盐与冷却水进行热交换使得冷却水汽化形成高温蒸汽；
高温蒸汽经管路分别直接进入蒸汽轮机、蒸汽转换器、采暖热网和溴化锂机组，换热后的熔盐经第一管路、引流管(12)返回熔盐储热罐(1)中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述熔盐为碱金属或碱土金属的硝酸盐的熔融体。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，电加热时，将熔盐加热至温度高于550℃。
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