CN109883230A - 熔盐蓄热储能发电系统及包含其的储能电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了熔盐蓄热储能发电系统及包含其的储能电站,所述熔盐蓄热储能发电系统包括有加热单元、传蓄热单元、换热器和发电单元,所述传蓄热单元内的工质为熔盐,所述加热单元连接于所述传蓄热单元并用于加热所述熔盐,所述换热器的外壁面设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口,所述热侧进口连接于所述传蓄热单元并与所述传蓄热单元相连通,所述冷侧出口连接于所述发电单元并与所述发电单元相连通。所述储能电站包括有如上所述的熔盐蓄热储能发电系统。本发明大大提升了热电转换效率,比常规的蒸汽轮机的发电效率提高了10%左右,经济性更高。同时,占地面积小,且不受地理条件限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种熔盐蓄热储能发电系统及包含其的储能电站。
背景技术
随着可再生能源在能源结构中的比重不断提高,可再生能源并网量不断提升。而与传统的化石能源发电相比,以风能、太阳能为基础的可再生能源发电依赖于自然条件,具有波动性和间歇性的特点,大规模纳入会对电网的安全稳定带来很大的冲击,因此导致风电和光伏并网与消纳难,弃风、弃光严重。2015年全国全年累计弃风电为339亿千瓦时,平均弃风率15%,四季度部分省份的弃风比例甚至超过60%,全国因风电弃风限电造成的直接经济损失超过180亿元。此外,2015年弃光电量为46.87亿千瓦时,平均弃光率12.62%。那么,从技术上解决以风电和光伏为代表的可再生能源并网问题的有效途径是采用储能技术。通过储能系统与风电、光伏系统的协调,不仅有效减小其对系统的冲击和影响,而且提高风电、光伏出力与预测的一致性,还降低电力系统的备用容量,提高电力系统运行的经济性,同时提高电力系统接纳风电、光伏的能力。
目前,大规模商业化应用且成本比较低廉的储能技术有抽水储能和压缩空气储能,但这两种技术对选址的要求都过高,因此不具有普遍性。采用熔盐作为蓄热介质的熔盐蓄热电站,能够有效地减小风电和光伏电站的限电“弃风”和“弃光”损失,满足可再生能源大规模并网的要求,便于大规模推广应用,而且实现“零污染”和“零排放”的环保要求,此外,也能够为电网提供“削峰填谷”和“紧急功率支援”等功能。但是,现有的独立熔盐蓄热电站,采用沸点600℃以下的硝酸盐作为蓄热熔盐和常规的蒸汽轮机来进行发电,热电转换效率低下,造成熔盐蓄热电站的年均发电效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有熔盐蓄热电站热电转换效率低下,发电效率较低等缺陷,提供一种熔盐蓄热储能发电系统及包含其的储能电站。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
一种熔盐蓄热储能发电系统,其特点在于,其包括有加热单元、传蓄热单元、换热器和发电单元,所述传蓄热单元内的工质为熔盐,所述加热单元连接于所述传蓄热单元并用于加热所述熔盐,所述换热器的外壁面设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口,所述热侧进口连接于所述传蓄热单元并与所述传蓄热单元相连通,所述冷侧出口连接于所述发电单元并与所述发电单元相连通。
较佳地,所述传蓄热单元包括有高温熔盐储热罐和低温熔盐储热罐,所述高温熔盐储热罐的两端分别连接于所述加热单元和所述热侧进口,所述低温熔盐储热罐的两端分别连接于所述热侧出口和所述加热单元,所述加热单元、所述高温熔盐储热罐、所述换热器和所述低温熔盐储热罐之间相连通并形成有熔盐回路。
较佳地,所述加热单元包括有熔盐电加热器,所述熔盐电加热器的外壁面设有介质进口和介质出口,所述介质进口连接于所述低温熔盐储热罐并与所述低温熔盐储热罐相连通,所述介质出口连接于所述高温熔盐储热罐并与所述高温熔盐储热罐相连通,所述熔盐电加热器的内部具有加热件,所述加热件电连接于外部的电源。
较佳地,所述加热单元还包括有控制器,所述控制器电连接于所述熔盐电加热器和外部的所述电源,且所述控制器用于控制所述熔盐电加热器与外部的所述电源之间的电能调节和开断。
较佳地,所述传蓄热单元还包括有低温熔盐泵,所述低温熔盐泵的两端分别连接于所述低温熔盐储热罐和所述介质进口并与所述低温熔盐储热罐和所述熔盐电加热器相连通。
较佳地,所述传蓄热单元还包括有高温熔盐泵,所述高温熔盐泵的两端分别连接于所述高温熔盐储热罐和所述热侧进口并与所述高温熔盐储热罐和所述换热器相连通。
较佳地,所述熔盐为多元混合氯盐。
较佳地,所述发电单元包括有透平、发电机、压缩机和预冷器,所述发电机连接于所述透平,所述透平与所述压缩机共传动轴,且所述透平的进口和出口分别连接于所述冷侧出口和所述预冷器,所述压缩机的进口和出口分别连接于所述预冷器和所述冷侧进口,所述透平、所述预冷器、所述压缩机和所述换热器之间相连通并形成有发电回路。
较佳地,所述发电单元还包括有回热器,所述回热器的外壁面设有高温侧进口、高温侧出口、低温侧进口、低温侧出口,所述高温侧进口连接于所述透平并与所述透平相连通,所述高温侧出口连接于所述预冷器并与所述预冷器相连通,所述低温侧进口连接于所述压缩机并与所述压缩机相连通,所述低温侧出口连接于所述冷侧进口并与所述换热器相连通。
一种储能电站,其特点在于,其包括有如上所述的熔盐蓄热储能发电系统。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于:
本发明的熔盐蓄热储能发电系统及包含其的储能电站,大大提升了热电转换效率,比常规的蒸汽轮机的发电效率提高了10%左右,经济性更高。同时,占地面积小,且不受地理条件限制。
附图说明
图1为本发明实施例的储能电站的结构示意图。
附图标记说明:
加热单元1
熔盐电加热器11,介质进口111,介质出口112,加热件113,控制器12
传蓄热单元2,高温熔盐储热罐21,低温熔盐储热罐22
低温熔盐泵23,高温熔盐泵24
换热器3,热侧进口31,热侧出口32,冷侧进口33,冷侧出口34
发电单元4,发电机41,透平42,预冷器43,压缩机44,回热器45
高温侧进口451,高温侧出口452,低温侧进口453,低温侧出口454
熔盐蓄热储能发电系统10
电源20
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示,本发明的储能电站,其包括有熔盐蓄热储能发电系统10。熔盐蓄热储能发电系统10包括有加热单元1、传蓄热单元2、换热器3和发电单元4,换热器3的外壁面设有热侧进口31、热侧出口32、冷侧进口33、冷侧出口34,热侧进口31连接于传蓄热单元2并与传蓄热单元2相连通。
传蓄热单元2内的工质为熔盐,通过熔盐作为传蓄热介质。加热单元1连接于传蓄热单元2并用于加热熔盐,通过加热单元1使得外部的电源20对传蓄热单元2内的熔盐进行加热,将低温的熔盐加热至高温的熔盐,从而使得电能转化为热能,电加热之后会先储起来,在需要用电时,高温的熔盐将通过热侧进口31进入至换热器3内。
冷侧出口34连接于发电单元4并与发电单元4相连通。传蓄热单元2内高温熔盐的热能通过换热器3传递给到换热器3内的发电工质,发电工质将通过换热器3的冷侧出口34输出并进入至发电单元4,使得热能输出至发电单元4,通过发电单元4将发电工质的热能转化为电能,从而实现了供电。比常规的蒸汽轮机的发电效率提高了10%左右,大大提高年均发电效率,经济性更高。同时,占地面积小,不受地理条件限制,可用于缺水的沙漠地区,且能实现大规模的蓄能等优点。
传蓄热单元2内的熔盐可以为多元混合氯盐。氯盐价格低廉,具有良好的传热和储热能力,其成本与硝酸盐相当,甚至更低。同时,多元混合氯盐的沸点也为700℃以上,工作温度上限显著优于硝酸盐。采用多元混合氯盐作为传蓄热介质,实现超高温热输出,进一步提高了熔盐蓄热储能发电系统10的发电效率。
传蓄热单元2可以包括有高温熔盐储热罐21和低温熔盐储热罐22,高温熔盐储热罐21的两端分别连接于加热单元1和热侧进口31。高温熔盐储热罐21连通于换热器3,通过加热单元1对熔盐进行加热,加热之后的高温熔盐将进入至高温熔盐储热罐21内,把能量存贮起来。当需要用电时,高温熔盐储热罐21内的高温熔盐将被输出并进入至换热器3内,高温熔盐的热能通过换热器3传递给到换热器3内的发电工质,再通过发电单元4将发电工质的热能转化为电能,从而实现了供电。
低温熔盐储热罐22的两端分别连接于热侧出口32和加热单元1,低温熔盐储热罐22连通于换热器3,熔盐在换热器3内换热完毕之后将进入至低温熔盐储热罐22内存贮起来。加热单元1、高温熔盐储热罐21、换热器3和低温熔盐储热罐22之间相连通并形成有熔盐回路。当需要蓄能时,低温熔盐储热罐22内低温的熔盐将被输出并进入至加热单元1内进行加热,加热完成后将通过高温熔盐储热罐21实现能量的存贮,实现熔盐回路内的熔盐不断循环利用,经济性更高。
其中,高温熔盐储热罐21和低温熔盐储热罐22均可以选择耐腐蚀性好、高温强度好的GH3535、C276、625合金或者不锈钢作为储热罐材料,高温熔盐储热罐21的壁面保温层材料可以选用耐高温耐腐蚀的无石棉硅酸钙。
加热单元1可以包括有熔盐电加热器11,熔盐电加热器11的外壁面设有介质进口111和介质出口112,介质进口111连接于低温熔盐储热罐22并与低温熔盐储热罐22相连通,介质出口112连接于高温熔盐储热罐21并与高温熔盐储热罐21相连通,熔盐电加热器11的内部具有加热件113,加热件113电连接于外部的电源20。外部的电源20可以是风力发电电站、光伏发电电站或其他电力不稳定的发电电站,以及有多余电能的火电电站。低温熔盐储热罐22内熔盐将通过介质进口111进入至熔盐电加热器11内,加热件113将对熔盐进行加热,将低温的熔盐加热至高温熔盐,从而使得电能通过加热件113转化为热能,之后熔盐将通过介质出口112输出至高温熔盐储热罐21。
加热单元1还可以包括有控制器12,控制器12电连接于熔盐电加热器11和外部的电源20,且控制器12用于控制熔盐电加热器11与外部的电源20之间的电能调节和开断。通过控制器12便于控制,提高了加热单元1的安全性。当风电或者光伏电站受电网调度限负荷时,控制器12可以根据调度指令,将不稳定的电能经控制器12馈入熔盐电加热器11,实现电能转化为热能并把能量存贮起来。
传蓄热单元2还可以包括有低温熔盐泵23,低温熔盐泵23的两端分别连接于低温熔盐储热罐22和介质进口111并与低温熔盐储热罐22和熔盐电加热器11相连通。通过低温熔盐泵23提供熔盐回路中熔盐流动的动力,使得低温熔盐储热罐22的熔盐进入至熔盐电加热器11内,保证熔盐回路的正常运行。
传蓄热单元2还可以包括有高温熔盐泵24,高温熔盐泵24的两端分别连接于高温熔盐储热罐21和热侧进口31并与高温熔盐储热罐21和换热器3相连通。通过高温熔盐泵24提供熔盐回路中熔盐流动的动力,使得高温熔盐储热罐21的熔盐进入至换热器3。
发电单元4可以包括有发电机41、透平42、预冷器43和压缩机44,发电机41连接于透平42,透平42与压缩机44共传动轴,且透平42的进口和出口分别连接于冷侧出口34和预冷器43,压缩机44的进口和出口分别连接于预冷器43和冷侧进口33,透平42、预冷器43、压缩机44和换热器3之间相连通并形成有发电回路。
发电工质通过换热器3并温度升高,升温之后的发电工质进入至透平42,实现热能转换成机械能,再通过发电机41实现发电,发电工质通过透平42之后再进入至预冷器43,通过预冷器43能够进一步利用发电工质的余热,用于对外部进行供暖等,进一步达到能量梯级利用的效果。同时,发电工质传递热能后将会进一步温度降低,通过预冷器43的出口输出并进入至压缩机44内;通过压缩机44之后发电工质通过冷侧进口33进入至换热器3内,并循环利用。通过发电回路联合循环或者热电联供,达到节能效果,且提高了发电效率。同时,发电单元4具有热功转换效率高,设备初投资少,运行费用及维修成本低,安全性高,选址灵活,具备模块化发展等优点。其中,发电回路内的发电工质可以为超临界二氧化碳,或者可以为氦气,或者还可以为氦气和氮气的混合气体。
发电单元4还可以包括有回热器45,回热器45的外壁面设有高温侧进口451、高温侧出口452、低温侧进口453、低温侧出口454,高温侧进口451连接于透平42并与透平42相连通,高温侧出口452连接于预冷器43并与预冷器43相连通,低温侧进口453连接于压缩机44并与压缩机44相连通,低温侧出口454连接于冷侧进口33并与换热器3相连通。发电工质在经过透平42之后将通过高温侧进口451进入至回热器45内,此时发电工质的温度较高,为高温发电工质。而经过压缩机44的发电工质通过低温侧进口453进入至回热器45,该发电工质的温度较低,为低温发电工质,高温发电工质将热能传递给到低温发电工质之后将通过高温侧出口452进入至预冷器43,低温发电工质在接收热能并温度升高之后将通过低温侧出口454进入至换热器3内。通过回热器45能够对发电工质的热能进一步回收利用,达到节能效果。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,其包括有加热单元、传蓄热单元、换热器和发电单元,所述传蓄热单元内的工质为熔盐,所述加热单元连接于所述传蓄热单元并用于加热所述熔盐,所述换热器的外壁面设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口,所述热侧进口连接于所述传蓄热单元并与所述传蓄热单元相连通,所述冷侧出口连接于所述发电单元并与所述发电单元相连通。
2.如权利要求1所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述传蓄热单元包括有高温熔盐储热罐和低温熔盐储热罐,所述高温熔盐储热罐的两端分别连接于所述加热单元和所述热侧进口,所述低温熔盐储热罐的两端分别连接于所述热侧出口和所述加热单元,所述加热单元、所述高温熔盐储热罐、所述换热器和所述低温熔盐储热罐之间相连通并形成有熔盐回路。
3.如权利要求2所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述加热单元包括有熔盐电加热器,所述熔盐电加热器的外壁面设有介质进口和介质出口,所述介质进口连接于所述低温熔盐储热罐并与所述低温熔盐储热罐相连通,所述介质出口连接于所述高温熔盐储热罐并与所述高温熔盐储热罐相连通,所述熔盐电加热器的内部具有加热件,所述加热件电连接于外部的电源。
4.如权利要求3所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述加热单元还包括有控制器,所述控制器电连接于所述熔盐电加热器和外部的所述电源,且所述控制器用于控制所述熔盐电加热器与外部的所述电源之间的电能调节和开断。
5.如权利要求3所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述传蓄热单元还包括有低温熔盐泵,所述低温熔盐泵的两端分别连接于所述低温熔盐储热罐和所述介质进口并与所述低温熔盐储热罐和所述熔盐电加热器相连通。
6.如权利要求2所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述传蓄热单元还包括有高温熔盐泵,所述高温熔盐泵的两端分别连接于所述高温熔盐储热罐和所述热侧进口并与所述高温熔盐储热罐和所述换热器相连通。
7.如权利要求1所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述熔盐为多元混合氯盐。
8.如权利要求1所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述发电单元包括有透平、发电机、压缩机和预冷器,所述发电机连接于所述透平,所述透平与所述压缩机共传动轴,且所述透平的进口和出口分别连接于所述冷侧出口和所述预冷器,所述压缩机的进口和出口分别连接于所述预冷器和所述冷侧进口,所述透平、所述预冷器、所述压缩机和所述换热器之间相连通并形成有发电回路。
9.如权利要求8所述的熔盐蓄热储能发电系统,其特征在于,所述发电单元还包括有回热器,所述回热器的外壁面设有高温侧进口、高温侧出口、低温侧进口、低温侧出口,所述高温侧进口连接于所述透平并与所述透平相连通,所述高温侧出口连接于所述预冷器并与所述预冷器相连通,所述低温侧进口连接于所述压缩机并与所述压缩机相连通,所述低温侧出口连接于所述冷侧进口并与所述换热器相连通。
10.一种储能电站,其特征在于,其包括有如权利要求1-9中任意一项所述的熔盐蓄热储能发电系统。
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