CN112648127B - 一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法 - Google Patents
一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法,包括配电网、储能系统和发电系统,其中,所述储能系统至少设置有一组,用于将配电网的富裕电量进行转化;所述储能系统包括电动给水泵、储水池和储存器,配电网的电能输出端连接电动给水泵,所述电动给水泵的进水口连接储水池,所述电动给水泵的出水口连接用于储存高压水的储存器;所述发电系统用于利用储能系统中的高压水进行发电并输出至配电网;本发明有效利用退役的现有大型火力发电电站水力设备;极大地节约了相关的基建和设备成本。
Description
技术领域
本发明属于火力发电与储能技术领域,特别涉及一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法。
背景技术
能源问题一直是全球各国所关注的关键问题,自改革开放以来,我国对于能源电力的需求量越来越大,作为稳定、成熟、成规模的基荷供电单元,我国陆续建成了一大批大型火力发电电站,为我国经济的快速发展做出了不可磨灭的贡献。近年来,随着我国科技、工业实力和经济水平的大幅度提高,能源系统向着高效化、清洁化的清洁能源方向发展,大型火力发电电站向着大型化、高参数、低排放的方向发展,同时,前期火电大量建设造成的产能过剩使得前期建设的低参数、小规模的机组不能符合现阶段的社会需要。因此,大批低参数机组面临着退役的问题,如何处理好相关机组的退役,经济且环保的应用机组设备,扔待续解决。
另一方面,近年来,清洁能源发电技术快速发展,光伏和风电的度电成本快速下降,清洁能源发电装机占比大幅度上升;但与此同时,清洁能源发电需要依靠不稳定的风光资源,因此具有很强的不稳定性,因此需要配置相应进行电网的辅助调频和调峰的储能设备;现阶段,抽水蓄能与压缩空气储能以其较低的储能成本而受到了较大的关注,但其对于相关的地形要求较高,建设周期较长,因此不适用于大范围的建设;而电化学储能的建设成本较高,同时储能的装机容量较低。在这一情况下,需要开发出经济性更好、对于选址条件要求更低、容量更大的储能系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法,解决了现有技术中存在的储能设备的建设存在成本较高、选址条件要求高,同时储能的装机容量较低的缺陷。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
本发明提供的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,包括配电网、储能系统和发电系统,其中,所述储能系统至少设置有一组,用于将配电网的富裕电量进行转化;所述储能系统包括电动给水泵、储水池和储存器,配电网的电能输出端连接电动给水泵,所述电动给水泵的进水口连接储水池,所述电动给水泵的出水口连接用于储存高压水的储存器;所述发电系统用于利用储能系统中的高压水进行发电并输出至配电网。
优选地,所述储存器包括截止阀、省煤器、锅炉进口集箱、锅炉水冷壁、锅炉出口集箱、过热器、高中压缸体和气水稳压器,其中,所述电动给水泵的出水口通过耐高压管道依次连接省煤器、锅炉进口集箱、锅炉水冷壁、锅炉出口集箱和过热器,所述过热器的进出水口连接高中压缸体上设置的第一进出水口,所述高中压缸体的第一进出水口连接气水稳压器的底部进出水口;所述截止阀设置在所述电动给水泵的出水口和省煤器的进出水口之间。
优选地,所述高中压缸体上还设置有第二进出水口和第二进出水口,其中,所述高中压缸体的第二进出水口连接再热器的出水口;所述再热器的进出水口连接所述高中压缸体的第一进出水口。
优选地,所述截止阀的出水口和省煤器的进出水口之间依次设置有第一压力表和第二气水探测器;所述气水稳压器的顶部进出气口和低压缸体的进出气口之间依次设置有第二气水探测器和第二压力表。
优选地,所述气水稳压器内腔的下部与高中压缸体的第一进出水口连接;所述气水稳压器内腔的上部设置有进出气口,该进出气口连接有低压缸体的进出气口;所述低压缸体上设置有稳压气泵。
优选地,发电系统包括水轮发电机,所述储能系统的出水口连接水轮发电机的进水口,所述水轮发电机的出水口连接储能系统的储水池进水口;所述水轮发电机的电能输出端连接配电网的电能输入端。
优选地,所述水轮发电机的进水口处设置有高压流量调节阀。
一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能方法,基于所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,包括以下步骤:
当配电网电量过剩或电价处于低谷时,配电网向储能系统的电动给水泵供电,电动给水泵将储水池中的水抽出后储存在储存器中,将电能转化为机械能;
当配电网需要电负荷时,发电系统利用储存器中的高压水进行发电,并输出至配电网。
优选地,储能系统中储存的高压水流入水轮发电机,高压水的势能带动水轮发电机转动转化为电能,之后通过配电网输出至电网或其他用能实体。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统及方法,具有以下优点:
(1)本发明涉及的蓄能系统有效利用退役的现有大型火力发电电站水力设备,只需通过添加水轮发电机、气水稳压器、稳压气泵等少量设备就可构建压水蓄能系统,不需要单独制作大容量的压力存储设备,极大地节约了相关的基建和设备成本;
(2)本发明采用电站原有的电动给水泵进行加压,用电站原有的水力设备对高压水进行储存,可以将水加压到较高的压力水平进行储存(退役200MW机组可以加压到10MPa,相当于水深1000m的储能电站),系统储能密度较大,可以利用较小的储存体积达到较高的储能量;
(3)本发明采用水轮发电机进行发电,用电站原有的电动给水泵对水进行加压,相比于压缩空气储能电站,储能/放能效率高,电动给水泵反应迅速,可以快速将电能向高压水的势能进行转化;放能时,可以通过调整高压流量调节阀的开度快速调节系统的能量输出大小,因此能够对电网调频和调峰的要求进行快速响应。
附图说明
图1是压水储能系统的总体示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明进一步详细说明。
如图1所示,本发明提供的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,包括配电网1、储能系统和发电系统,其中,所述储能系统至少设置有一组,用于储存配电网1和附近发电单元的富裕电量;所述发电系统用于利用储能系统发电并输出至配电网1或附近发电单元。
所述储能系统包括电动给水泵2、储水池3、截止阀4、省煤器5、锅炉进口集箱6、锅炉水冷壁7、锅炉出口集箱8、过热器10、高中压缸体11、再热器12、气水稳压器13、低压缸体14和稳压气泵15,其中,电动给水泵2的电源端连接配电网1的电能输出端;电动给水泵2的进水口连接储水池3的出水口;所述电动给水泵2的出水口通过耐高压管道依次连接省煤器5、锅炉进口集箱6、锅炉水冷壁7、锅炉出口集箱8和过热器10,所述过热器10的进出水口连接高中压缸体11上设置的第一进出水口,所述高中压缸体11的第一进出水口连接气水稳压器13的底部进出水口;所述气水稳压器13的顶部进出气口连接低压缸体14的进出气口。
所述低压缸体14上设置有稳压气泵15。
所述高中压缸体11上还设置有第二进出水口和第二进出水口,其中,所述高中压缸体11的第二进出水口连接再热器12的进出水口;所述再热器12的进出水口连接所述高中压缸体11的第一进出水口。
所述电动给水泵2的出水口和省煤器5的进出水口之间依次设置有截止阀4、第一压力表18和第二气水探测器19。
所述气水稳压器13的顶部进出气口和低压缸体14的进出气口之间依次设置有第二气水探测器和第二压力表。
所述截止阀4的出水口还设置有支路,所述支路连接有发电系统。
发电系统包括水轮发电机18,所述支路的出水口连接水轮发电机18的进水口,所述水轮发电机18的出水口连接储水池3的进水口。
所述水轮发电机18的电能输出端连接配电网1的电能输入端。
所述支路管道上设置有高压流量调节阀16。
本发明的工作原理为:
系统初始状态为充满空气的常压状态,若系统进入待运转模式,需要一启动过程,具体过程为:各设备控制及检测系统启动,将截止阀4和高压流量调节阀16完全关闭,稳压气泵15对系统内的空气进行压缩,当截止阀4和省煤器5中间的压力表18测量压力达到目标压力时,稳压气泵停止做功并封闭气路,系统内压力保持不变,系统完成启动步骤,进入待运转模式;
当电网和附近发电单元电量过剩,或电价处于低谷时,系统进入储能模式,配电网1向电动给水泵2进行供电,这时截止阀4开启,高压流量调节阀16关闭,水从储水池3抽出后经电动给水泵2压缩到目标压力后流经截止阀4,省煤器5、锅炉进口集箱6、锅炉水冷壁7、锅炉出口集箱8、过热器10、高中压缸体11、再热器12、进入气水稳压器13,期间稳压气泵15根据系统内测量压力实时放气进行稳压,当供电结束时,储能模式结束,截止阀4和高压流量调节阀16完全关闭,电动给水泵2停止做功,稳压气泵15关闭气路,使整个系统压力保持稳定,系统进入备用状态;储能模式进行时,水慢慢将系统充满,当加压水到达靠近气水稳压器的气水探测器19时,认为系统已基本充满,自动结束储能模式,供电结束,电动给水泵2停止做功压缩。
在电网或其他用能实体需要电负荷时,系统进入放能模式,截止阀4保持关闭,高压流量调节阀16开启,系统两侧高压水流在旁路处汇流后流入水轮发电机17,高压水的势能带动水轮发电机17转动转化为电能,通过配电网1输出至电网或其他用能实体,高压流量调节阀16随输出电量随时调整开度,调整进入水轮发电机17的水流大小用来调整输出电量的大小。放能期间,稳压气泵15投入做功,根据旁路汇合处压力表18测量的压力大小,保证系统的压力为设定压力,当不需要输出电负荷时,系统结束放能模式,当靠近省煤器的气水探测器19检测到空气时,可以认为高压水基本排放完毕,为避免水完全排空造成的压力过大损失,高压流量调节阀16应立刻关死,稳压气泵15关闭气路,系统放能模式结束进入备用模式。
所述电动给水泵2、截止阀4、稳压气泵15、高压流量调节阀16、水轮发电机17、压力表18、气水探测器19等设备上安装有电子监测控制系统,可以实时监测设备状态,并对这些设备进行控制。
所述截止阀4随控制命令可以快速开启/关闭,保证系统储能/放能状态快速切换;高压流量调节阀16可随控制命令调节开度,保证进入水轮发电机的流量大小符合控制命令要求大小,同时可以根据控制命令完全关闭。
所述气水稳压器13为一大容量耐压腔体,下部分为水,上部分为空气,空气部分与低压缸体14相连接,通过稳压气泵15共同稳定系统压力;当系统处于空气压力小于控制命令要求压力时,稳压气泵15根据相应控制命令对空气加压对系统压力进行稳定,当电动给水泵2工作时,系统处于空气压力大于控制命令要求压力时,稳压气泵15可排气使得系统压力减小到达要求。
所述压水储能系统因原有设备用于退役大型火力发电电站水力系统,具有耐高压和高温的特点,为保障系统的安全性,新增设备需要达到系统压缩水的耐压要求,系统压缩水的压力值不应高于系统任何设备的耐压等级。
Claims (7)
1.一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,其特征在于,包括配电网(1)、储能系统和发电系统,其中,所述储能系统至少设置有一组,用于将配电网(1)的富裕电量进行转化;所述储能系统包括电动给水泵(2)、储水池(3)和储存器,配电网(1)的电能输出端连接电动给水泵(2),所述电动给水泵(2)的进水口连接储水池(3),所述电动给水泵(2)的出水口连接用于储存高压水的储存器;所述发电系统用于利用储能系统中的高压水进行发电并输出至配电网(1);
所述储存器包括截止阀(4)、省煤器(5)、锅炉进口集箱(6)、锅炉水冷壁(7)、锅炉出口集箱(8)、过热器(10)、高中压缸体(11)和气水稳压器(13),其中,所述电动给水泵(2)的出水口依次连接省煤器(5)、锅炉进口集箱(6)、锅炉水冷壁(7)、锅炉出口集箱(8)、过热器(10)、高中压缸体(11)的第一进出水口和气水稳压器(13)的底部进出水口;所述截止阀(4)设置在所述电动给水泵(2)的出水口和省煤器(5)的进出水口之间;
所述气水稳压器(13)内腔的下部与高中压缸体(11)的第一进出水口连接;所述气水稳压器(13)内腔的上部设置有进出气口,该进出气口连接有低压缸体(14)的进出气口;所述低压缸体(14)上设置有稳压气泵(15)。
2.根据权利要求1所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,其特征在于,所述高中压缸体(11)上还设置有第一进出水口和第二进出水口,其中,所述高中压缸体(11)的第二进出水口连接再热器(12)的进出水口;所述再热器(12)的进出水口连接所述高中压缸体(11)的第一进出水口。
3.根据权利要求1所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,其特征在于,所述截止阀(4)的出水口和省煤器(5)的进出水口之间依次设置有第一压力表(18)和第二气水探测器(19);所述气水稳压器(13)的顶部进出气口和低压缸体(14)的进出气口之间依次设置有第二气水探测器和第二压力表。
4.根据权利要求1所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,其特征在于,发电系统包括水轮发电机(17),所述储存器的出水口连接水轮发电机(17)的进水口,所述水轮发电机(17)的出水口连接储水池(3)进水口;所述水轮发电机(17)的电能输出端连接配电网(1)的电能输入端。
5.根据权利要求4所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,其特征在于,所述水轮发电机(17)的进水口处设置有高压流量调节阀(16)。
6.一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能方法,其特征在于,基于权利要求1-5中任一项所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能系统,包括以下步骤:
当配电网(1)电量过剩或电价处于低谷时,配电网(1)向储能系统的电动给水泵(2)供电,电动给水泵(2)将储水池(3)中的水抽出后储存在储存器中,将电能转化为机械能;
当配电网(1)需要电负荷时,发电系统利用储存器中的高压水进行发电,并输出至配电网(1)。
7.根据权利要求6所述的一种基于退役大型火力发电电站水力设备的压水蓄能方法,其特征在于,储能系统中储存的高压水流入水轮发电机(17),高压水的势能带动水轮发电机(17)转动转化为电能,之后通过配电网(1)输出至电网或其他用能实体。
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GR01 | Patent grant | ||
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