CN107516905A

CN107516905A - 一种多元耦合储能系统

Info

Publication number: CN107516905A
Application number: CN201710924272.4A
Authority: CN
Inventors: 梁双印; 高满达; 施烨; 付家兴; 高楚霖; 马晓丽; 王国生
Original assignee: Beijing North Three Closes Enertech Co Ltd
Current assignee: Beijing North Three Closes Enertech Co Ltd
Priority date: 2017-09-30
Filing date: 2017-09-30
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2037-09-30
Also published as: CN107516905B

Abstract

本发明公开了一种多元耦合储能系统，包括火电机组，火电机组分别连接有变压器一、交流开关装置、热储能模块和主变压器，变压器一连接有飞轮储能组模块，交流开关装置连接有变压器二，变压器二连接有电池储能组模块，热储能模块的左端连接有机组回热系统，主变压器连接有电网，火电机组、飞轮储能组模块、电池储能组模块和热储能模块均与调峰调频协调控制中心连接。本发明的有益效果：设计合理，依次利用飞轮储能组模块、电池储能组模块、热储能模块多种储能技术多元耦合对火电机组电网进行调峰调频，提高了火电机组电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高火电机组灵活性，减轻火电机组零件疲劳损伤，同时提高了机组安全性和经济性。

Description

一种多元耦合储能系统

技术领域

本发明涉及火电机组电网调峰调频技术领域，具体来说，涉及一种多元耦合储能系统。

背景技术

由于环境保护的压力，我国可再生能源产业发展迅速，可再生能源发电比例逐渐增大。但是由于可再生能源的波动性、跟随性以及其他制约因素，我国大部分地区抛弃可再生能源的弃风弃光问题严峻，新能源电力的消纳成为电力行业亟待解决的问题。为缓解环境保护压力、提高可再生能源利用比重，为可再生能源提供更多的发电容量空间，近年来火电机组被压低负荷，大部分主力火电机组长期较低负荷运行，调峰深度不足，能效大幅下降。同时我国电力市场体制改革有序推进，在发电侧引入了竞争机制，传统火电与可再生能源作为电力市场的主体成分之一，一同参与竞争。在新的电力供需环境下，可再生能源处于优先利用地位，火电机组则是担负稳定电网的重要电源，火电机组的容量和功率出力特性和国家电网节能减排优先消纳可再生能源的调度原则，使得火电机组承担了基本负荷和主要调峰调频任务，火电机组AGC运行方式导致煤耗增加、机组零部件寿命损耗增加等问题，且调频性能存在一定局限性。

为适应优先利用可再生能源发展的方向，能够根据市场需求灵活调节出力，让出空间更好地接纳可再生能源入网，为提高电网功率和频率的稳定性，结合市场规则和火电机组的自身特点，大力提升火电机组的市场适应能力和市场竞争力，充分挖掘结合现有火电机组的调峰调频能力，探寻提高火电机组灵活性的技术路径具有重大实际意义。将飞轮储能、热储能、电池储能等复合储能系统与火电机组并联的多元耦合储能系统，响应速度快、精确控制、双向调节能力等可提高机组的深度调峰能力和电网频率跟随能力，同时具有的调频功能，可匹配现有的机组运行模式，可同步提高电网稳定性及火电机组的运行安全与经济性，是一种应对含大规模可再生能源电网系统调峰调频需求的较佳解决方案。

因此，设计出一种多元耦合储能系统，成为火电机组提高灵活性的重要方式。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种多元耦合储能系统，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多元耦合储能系统，包括火电机组，所述火电机组分别连接有变压器一、交流开关装置、热储能模块和主变压器，所述变压器一连接有飞轮储能组模块，所述交流开关装置连接有变压器二，所述变压器二连接有电池储能组模块，所述热储能模块的左端连接有机组回热系统，所述主变压器连接有电网，所述火电机组、飞轮储能组模块、电池储能组模块和热储能模块均与调峰调频协调控制中心连接。

进一步的，所述火电机组包括锅炉，所述锅炉连接有汽轮机，所述汽轮机连接有发电机，所述发电机的右端与主变压器连接。

进一步的，所述飞轮储能组模块包括飞轮，所述飞轮通过永磁无刷直流电机连接有PWM变流器二，所述PWM变流器二连接有PWM变流器一，所述PWM变流器一的右端与变压器一连接。

进一步的，所述电池储能组模块包括电池，所述电池通过直流开关装置连接有PCS储能变流器，所述PCS储能变流器的右端与变压器二连接。

进一步的，所述热储能模块通过水泵与机组回热系统连接。

优选的，所述热储能模块包括储热罐，所述储热罐的左端与水泵连接，储热罐的右端连接有电热锅炉，所述电热锅炉的右端与火电机组连接，所述电热锅炉还与机组回热系统连接。

进一步的，所述火电机组通过导线分别连接变压器一、交流开关装置、热储能模块和主变压器。

进一步的，所述电热锅炉采用电阻式、电极式或电膜式电热锅炉。

进一步的，所述电池采用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池或全钒液流电池。

本发明的有益效果：本发明设计合理，依次利用飞轮储能组模块、电池储能组模块、热储能模块多种储能技术多元耦合对火电机组电网进行调峰调频，提高了火电机组电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高火电机组灵活性，减轻火电机组零件疲劳损伤，同时提高了机组安全性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种多元耦合储能系统的原理示意图；

图中：

1、锅炉；2、汽轮机；3、发电机；4、变压器一；5、PWM变流器；6、PWM变流器二；7、永磁无刷直流电机；8、飞轮；9、电热锅炉；10、储热罐；11、水泵；12、交流开关装置；13、变压器二；14、PCS储能变流器；15、直流开关装置；16、电池；17、飞轮储能组模块；18、热储能模块；19、电池储能组模块；20、主变压器；21、调峰调频协调控制中心；22、火电机组；23、电网；24、机组回热系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种多元耦合储能系统，包括火电机组22，所述火电机组22分别连接有变压器一4、交流开关装置12、热储能模块18和主变压器20，所述变压器一4连接有飞轮储能组模块17，所述交流开关装置12连接有变压器二13，所述变压器二13连接有电池储能组模块19，所述热储能模块18的左端连接有机组回热系统24，所述主变压器20连接有电网23，所述火电机组22、飞轮储能组模块17、电池储能组模块19和热储能模块18均与调峰调频协调控制中心21连接。

在一具体实施例中，所述火电机组22包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，所述汽轮机2连接有发电机3，所述发电机3的右端与主变压器20连接。

在一具体实施例中，所述飞轮储能组模块17包括飞轮8，所述飞轮8通过永磁无刷直流电机7连接有PWM变流器二6，所述PWM变流器二6连接有PWM变流器一5，所述PWM变流器一5的右端与变压器一4连接。

在一具体实施例中，所述电池储能组模块19包括电池16，所述电池16通过直流开关装置15连接有PCS储能变流器14，所述PCS储能变流器14的右端与变压器二13连接。

在一具体实施例中，所述热储能模块18通过水泵11与机组回热系统连接。

在一具体实施例中，所述热储能模块18包括储热罐10，所述储热罐10的左端与水泵11连接，储热罐10的右端连接有电热锅炉9，所述电热锅炉9的右端与火电机组22连接，所述电热锅炉9还与机组回热系统24连接。

在一具体实施例中，所述火电机组22通过导线分别连接变压器一4、交流开关装置12、热储能模块18和主变压器20。

在一具体实施例中，所述电热锅炉9采用电阻式、电极式或电膜式电热锅炉。

在一具体实施例中，，所述电池16采用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池或全钒液流电池。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，本发明所述的调峰调频协调控制中心是随动控制系统，其任务是在火电机组需要调峰运行的情况下快速、准确地使电厂的上网电量跟随电网需求电量的变化，控制火电机组、飞轮储能组模块、热储能模块和电池储能组模块协同完成调峰任务。

本发明当电网要求火电机组降低负荷时，发电机发出的大部分电能经主变压器输送到电网，多余的电能首先依次经过变压器一、PWM变流器一和PWM变流器二，驱动永磁无刷直流电动机工作，永磁无刷直流电动机带动飞轮转动，电能转化为机械能存储于飞轮储能组模块；飞轮储能组模块完全充电后，闭合交流开关装置和直流开关装置，发电机发出的部分电能经变压器二和储能变流器，储存在电池；如果电池电量充满，仍需降低上网电量，火电机组开始降负荷运行，汽轮机关小进汽阀门，以一定的降负荷率进行调峰；在飞轮储能组模块和电池储能组模块处于非正常工作状态时，启动应急电热锅炉，电热锅炉消耗部分电能加热来自机组回热系统的水，热水送入储热罐，电能转变为热能储存于热储能模块，储热罐中的热水经给水泵送入机组回热系统。

本发明当电网要求火电机组升高负荷时，首先飞轮带动永磁无刷直流电动机发电，飞轮储能组模块中储存的机械能转变为电能，电能依次经PWM变流器二、PWM变流器一、变压器一和主变压器输送到电网；其次闭合交流开关装置和直流开关装置，电池放电，电能依次经过储能变流器、变压器二和主变压器输送到电网；仍未满足调峰所需负荷量，火电机组升负荷运行，汽轮机开大进汽阀门，以一定的升负荷率进行调峰；同时储热罐中储存的热水经给水泵送入机组回热加热器。

本发明所述的电热锅炉可以采用电阻式、电极式或电膜式电热锅炉，控制系统采用多级启动、停止并合理控制电加热管间启停的时间差及电锅炉的温度、压力的延时时间，实现先启先停、后启后停的运行方式；电池可以采用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池或全钒液流电池。

本发明中所述的飞轮储能组模块和电池储能组模块充放电都是双向的，即可以削峰填谷；但其中飞轮储能组模块有超强超快的充放电能力，且使用寿命长；热储能模块应急单向消纳电能，低负荷时，飞轮放电填谷，功率快速爬坡，有助于机组中燃煤锅炉稳定燃烧；本系统中热储能模块、电池储能组模块及其它可用储能模块构成多元耦合储能组合系统；调峰调频协调控制中心控制火电机组、飞轮储能组模块与多元耦合储能组合系统之间的协调运行。

综上所述，本发明设计合理，依次利用飞轮储能组模块、电池储能组模块、热储能模块多种储能技术多元耦合对火电机组电网进行调峰调频，提高了火电机组电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高火电机组灵活性，减轻火电机组零件疲劳损伤，同时提高了机组安全性和经济性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多元耦合储能系统，其特征在于，包括火电机组（22），所述火电机组（22）分别连接有变压器一（4）、交流开关装置（12）、热储能模块（18）和主变压器（20），所述变压器一（4）连接有飞轮储能组模块（17），所述交流开关装置（12）连接有变压器二（13），所述变压器二（13）连接有电池储能组模块（19），所述热储能模块（18）的左端连接有机组回热系统（24），所述主变压器（20）连接有电网（23），所述火电机组（22）、飞轮储能组模块（17）、电池储能组模块（19）和热储能模块（18）均与调峰调频协调控制中心（21）连接。

2.根据权利要求1所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述火电机组（22）包括锅炉（1），所述锅炉（1）连接有汽轮机（2），所述汽轮机（2）连接有发电机（3），所述发电机（3）的右端与主变压器（20）连接。

3.根据权利要求1所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述飞轮储能组模块（17）包括飞轮（8），所述飞轮（8）通过永磁无刷直流电机（7）连接有PWM变流器二（6），所述PWM变流器二（6）连接有PWM变流器一（5），所述PWM变流器一（5）的右端与变压器一（4）连接。

4.根据权利要求1所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述电池储能组模块（19）包括电池（16），所述电池（16）通过直流开关装置（15）连接有PCS储能变流器（14），所述PCS储能变流器（14）的右端与变压器二（13）连接。

5.根据权利要求1所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述热储能模块（18）通过水泵（11）与机组回热系统（24）连接。

6.根据权利要求5所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述热储能模块（18）包括储热罐（10），所述储热罐（10）的左端与水泵（11）连接，储热罐（10）的右端连接有电热锅炉（9），所述电热锅炉（9）的右端与火电机组（22）连接，所述电热锅炉（9）还与机组回热系统（24）连接。

7.根据权利要求1所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述火电机组（22）通过导线分别连接变压器一（4）、交流开关装置（12）、热储能模块（18）和主变压器（20）。

8.根据权利要求6所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述电热锅炉（9）采用电阻式、电极式或电膜式电热锅炉。

9.根据权利要求4所述的一种多元耦合储能系统，其特征在于，所述电池（16）采用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池或全钒液流电池。