CN113824139B - 一种火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置，方法包括如下模式：充电模式：火电机组或可再生能源输出的电能通过充电系统以热能形式储存于储能系统中；放电模式：放电系统将储能系统中的热能转化为电能。本发明的火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置，利用多余的谷电或可再生能源供电进行蓄热储能(包括电加热蓄热和热泵式蓄热)，峰电时段将储能系统的热能通过换热的方法释放电能(包括蒸汽热机或布雷顿热机)，这样做有助于降低火电机组发电的燃煤占比，同时利用可再生能源为火电站深度调峰，提升火电站绿电占比。
Description
技术领域
本发明涉及储能供电领域，更具体地涉及一种火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置。
背景技术
对于火力电站而言，一方面城市用电负载一直在波动，频繁调峰会影响火电机组的寿期，另一方面在绿色能源逐步取代传统火电的大背景下，进一步利用可再生能源技术对传统火力电站进行改造，通过火力发电绿色化达到降低燃煤比例，以顺应国家对“碳达峰、碳中和”的总体发展要求。
由于完全关闭火电，用绿色能源替代的成本较高，为顺应传统火电企业“绿色”转型的需求，亟需寻找一种成本低的火电厂改造方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置，以低成本的方式解决火电厂发电量与用户需求不匹配以及碳排放较高的问题。
为实现上述目的，本发明设计了基于传统火电站的卡诺电池储能改造方案，此方案借鉴了热泵式储能以及电加热蓄热的原理，兼顾多种形式的绿色能源，包括光伏、风电和光热等。卡诺电池是一种基于蓄热储能，热力学循环作为热功转换原理的一种物理储能方式，相比于锂电池和制氢等化学储能，蓄热储能具有大规模、安全性以及较高效率等优势。
由此，本发明一方面提供一种火电厂的卡诺电池储能改造方法，包括如下模式：
充电模式：火电机组或可再生能源输出的电能通过充电系统以热能形式储存于储能系统中；以及，
放电模式：放电系统将储能系统中的热能转化为电能。
进一步地，所述储能系统的储能方式包括热交换蓄热、电加热蓄热和热泵热机蓄热。
进一步地，所述储能系统的储能介质包括熔盐、导热油、硅酸盐、氧化硅或金属氧化物。
本发明的火电厂的卡诺电池储能改造方法，包括充放电两种模式，在充电模式利用多余的谷电进行电加热蓄热，峰电时段采用放电模式，利用换热的方法替代燃煤锅炉提供能源，这样做有助于降低火电机组发电的燃煤占比，提升绿电占比。
本发明另一方面提供了一种卡诺电池储能改造及装置，包括：
放电系统，包括火电机组发电系统、余热发电系统和热泵热机发电系统，所述余热发电系统与所述热泵热机发电系统相连；
储能系统，包括相连的蓄热系统和换热系统，所述换热系统与所述火电机组发电系统相连；和，
充电系统，包括与所述蓄热系统相连的直接电热转换系统、可再生能源电热转换系统和热泵热机电热转换系统，所述直接电热转换系统和热泵热机电热转换系统还与所述火电机组发电系统相连。
进一步地，所述火电机组发电系统为蒸汽朗肯循环系统，包括依次串联的燃烧系统、电站锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和工质泵。
进一步地，所述余热发电系统为导热油蓄热系统、有机朗肯循环发电系统或卡琳娜循环发电系统。
进一步地，所述热泵热机发电系统包括依次串联的压缩机、换热器和透平，所述压缩机和透平均与所述余热发电系统相连；所述换热器还与所述蓄热系统相连。
进一步地，所述蓄热系统包括高温储能模块组和低温储能模块组，所述高温储能模块组和低温储能模块组中储存有不同温度的蓄热介质，所述高温储能模块组和低温储能模块组通过所述换热系统相互连通。
进一步地，所述蓄热介质为熔盐、导热油、硅酸盐、氧化硅或金属氧化物。
进一步地，所述直接电热转换系统包括电加热储能模块、换热储能模块和加热炉，所述电加热储能模块和加热炉直接与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连，所述换热储能模块分别与所述高温储能模块组、所述低温储能模块组和所述电站锅炉相连。
进一步地，所述可再生能源电热转换系统包括太阳能光热系统、光电系统、风电系统、水电系统和燃料电池系统，所述太阳能光热系统通过换热装置分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连，所述光电系统、风电系统、水电系统和燃料电池系统通过电加热器分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连。
进一步地，所述热泵热机电热转换系统包括依次串联的压缩机、第二换热器和透平，所述压缩机和透平均与所述第二换热器相连，所述第二换热器、压缩机、第一换热器和透平形成闭合的回路；所述第二换热器还分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连。
本发明实施例提供的火电厂的卡诺电池储能改造装置，不仅包括热泵热机电热转换系统，也包括可再生能源电热转换系统和直接电热转换系统，热泵热机电热转换系统在成本较低的基础上可以做到接近化学储能的效率，可再生能源电热转换系统和直接电热转换系统利用电加热以及换热系统进行储能，装置简单，成本较低，可以极大地满足火力电厂增加“绿色”转型的需求，同时降低火力机组调整功率的频次，起到调峰延寿的效果。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造方法的原理图；
图2为根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置的示意图；
图3为根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置的直接电热转换系统的示意图；
图4为根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置的可再生能源电热转换系统的示意图；
图5为根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置的热泵热机电热转换系统的示意图；
图6为根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置的余热发电系统和热泵热机发电系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种火电厂的卡诺电池储能改造方法，其可以提供充放电两种模式：
充电(电热转换)模式：火电机组或可再生能源输出的电能通过充电系统3以热能形式储存于储能系统2中；
放电(热电转换)模式：储能系统2将热能释放，然后利用放电系统1将热能转化为电功。
储能系统2的储能方式包括热交换蓄热、电加热蓄热和热泵热机蓄热等。
储能系统2的储能介质可以为熔盐、导热油等液态蓄热介质或包含硅酸盐、氧化硅以及金属氧化物的固态蓄热介质。
充电系统3包括直接电热转换系统31、可再生能源电热转换系统32和热泵热机电热转换系统33中的一种或几种。
直接电热转换系统31通过低负载时发电机多余电力为电加热器供电，将储能介质加热进行储能。
可再生能源电热转换系统32通过热交换蓄热和电蓄热等方式将可再生能源转化为热能存储于储能系统2中，包括太阳能光热系统321、光电系统322、风电系统323和水电系统324等，分别将太阳能、光能、风能和水能转化为热能进行收集储存。
热泵热机电热转换系统33则利用热力学逆循环将电功转化为热能，在本实施例中，采用逆布雷顿循环进行储能。
本发明的火电厂的卡诺电池储能改造方法，包括充放电两种模式，在充电模式利用多余的谷电进行电加热蓄热，峰电时段采用放电模式，利用换热的方法替代燃煤锅炉提供能源，这样做有助于降低火电机组发电的燃煤占比，提升绿电占比。
在本发明中，定义如下符号：
蓄热系统低温点，单位：K；
蓄热系统高温点，单位：K；
Tair：空气常温，单位：K；
充电(电热转换)模式下的透平入口温度，单位：K；
充电(电热转换)模式下的压缩机的出口温度，单位：K；
T0c1：充电(电热转换)模式下的透平的出口温度，单位：K；
T1c1：充电(电热转换)模式下的压缩机的入口温度，单位：K；
放电(热电转换)模式下的压缩机的出口温度，单位：K；
放电(热电转换)模式下的透平的入口温度，单位：K；
T0c2：放电(热电转换)模式下的压缩机的入口温度，单位：K；
T1c2：放电(热电转换)模式下的透平的出口温度，单位：K；
Tout1：充电(电热转换)模式下的出口温度，单位：K；
Tout2：放电(热电转换)模式下的出口温度，单位：K；
Q1c1：充电(电热转换)模式下工作介质气体从蓄热系统中吸收的热量的功率，单位：MW；
Q1c2：放电(热电转换)模式下工作介质气体从蓄热系统中吸收的热量的功率，单位：MW；
Wc1：充电(电热转换)模式下的压缩机的功率，单位：MW；
Wt1：充电(电热转换)模式下的透平的功率，单位：MW；
Wc2：放电(热电转换)模式下的压缩机的功率，单位：MW；
Wt2：放电(热电转换)模式下的透平的功率，单位：MW；
充电(电热转换)模式下的净输入功率，单位：MW；
供电供热模模式下的净输出功率，单位：MW；
ηcp：压缩机的多变效率；
ηtp：透平的多变效率；
ηs：充电(电热转换)模式下的储热效率；
ηw：放电(热电转换)模式下的发电效率；
ηall：系统储能综合效率；
κ：工作介质气体绝热指数；
π：充电(电热转换)模式下压缩机3以及透平5的压缩比；
π′：放电(热电转换)模式下压缩机3以及透平5的压缩比；
Wall：储电容量，单位：J/K或MW·H；
C：比热容，单位：J/(kg·K)；
M：熔盐总质量，单位：Kg或t；
V：熔盐总体积，单位：m3m；
M′：防冻液总质量，单位：Kg或t；
V′：防冻液总体积，单位：m3；
Wcold：充电(电热转换)模式下可提供的冷气功率；
Whot：放电(热电转换)模式下可提供的暖气功率；
F：工作介质气体流量
根据图1所示的原理图，图2给出了根据本发明另一实施例的火电厂的卡诺电池储能改造装置，包括放电系统1、储能系统2和充电系统3，且三个系统之间通过管线两两相连。
放电系统1包括火电机组发电系统11、余热发电系统12和热泵热机发电系统13，其中，火电机组发电系统11为火电厂原有发电机组，包括依次串联的燃烧系统111、电站锅炉112、过热器113、汽轮机114、冷凝器116和工质泵117，工质泵117同时与电站锅炉112相连，电加热器115与汽轮机114连接，用于提升汽轮机出口蒸汽温度，火电机组发电系统通过水蒸气的朗肯循环发电，包括：矿石燃料经燃料系统进入燃烧系统111，矿石燃料在燃烧时加热电站锅炉112，使液态水在过热器113中变成高温高压的过热蒸气，过热蒸气在汽轮机114中绝热膨胀做功，汽轮机114的排气在冷凝器116中等压放热，凝结为冷凝水，工质泵117将冷凝水送入电站锅炉112开始新的循环。电站锅炉112通过换热器118与冷却塔119相连，部分蒸汽通过换热器118换热后进入冷却塔119中冷却。
储能系统2包括相连的蓄热系统21和换热系统22，换热系统22同时与火电机组发电系统11相连。
在本实施例中，蓄热系统21为双罐形式，包括高温储能模块组——此处为高温熔盐罐组211和低温储能模块组——此处为低温熔盐罐组212，高温熔盐罐组211和低温熔盐罐组212中均包含多个熔盐罐，用于储存高温或低温熔盐；熔盐罐均采用耐高温耐腐蚀的不锈钢材料外加保温层制作，低温储能模块组温度维持在高温储能模块组温度维持在储能模块内采用熔盐作为蓄热介质，一般来说高温熔盐对金属有较高的腐蚀性，因此本实施例中熔盐温度控制在700摄氏度以下。当然熔盐温度也可以控制在更高的温度，但其对材料要求较高，成本也会相应增加。换热系统22包括多个依次串联的熔盐换热器221、222、223，且熔盐换热器221分别与高温熔盐罐组211和电站锅炉112相连，熔盐换热器223分别与低温熔盐罐组212和电站锅炉112相连。
充电系统3包括直接电热转换系统31、可再生能源电热转换系统32和热泵热机电热转换系统33。
直接电热转换系统31利用火电厂原有设备，直接将高于用户负载的电能通过电加热等方式蓄热储能，用户负载较高时再通过换热系统加热水蒸汽，利用火电机组原有的朗肯循环进行发电，属于一种调峰型储能。
如图3所示，直接电热转换系统31包括电加热储能模块311、换热储能模块312和燃煤熔盐加热炉313中的一个或多个，它们分别与高温熔盐罐组211和低温熔盐罐组212相连，其中电加热储能模块311通过电加热丝加热熔盐而储能，换热储能模块312利用热蒸汽通过换热的方式加热熔盐而储能，燃煤熔盐加热炉313通过燃煤直接加热熔盐而储能。
直接电热转换系统31的工作过程如下：
在充电模式中，通过低负载时火电机组发电系统11多余电力为电加热储能模块311中的电加热丝供电，将低温熔盐罐组212中的熔盐加热至高温状态，并通过熔盐泵215移至高温熔盐罐组211中储存；换热储能模块312直接将燃煤系统的高温燃气通过换热储能模块312(例如为熔盐换热器或电加热器)使得低温熔盐罐组212中的熔盐加热至高温状态，并通过熔盐泵215移至高温熔盐罐组211中储存；燃煤熔盐加热炉313是以燃煤等化石燃料为燃料，以熔盐为导热载体，将低温熔盐罐组213中的熔盐加热至高温状态，并通过熔盐泵215移至高温熔盐罐组211中储存。
在放电模式中，高温熔盐罐组211中的高温高压熔盐气体通过熔盐泵213依次进入熔盐换热器221、222、223中与工质泵117输送过来的冷凝水换热，将水加热为高温高压的水蒸气，熔盐气体冷却后形成液体后储存在低温熔盐罐组212中，高温高压的水蒸气则进入过热器113中，经过火电机组发电系统11的朗肯循环进行发电，形成的冷凝水则重新被输送至熔盐换热器221、222、223中，开始新的循环，以此往复。还可通过熔盐泵214将高温熔盐气体送入换热器224中与汽轮机114出口的蒸汽进行换热，从而提升其温度，换热后的熔盐进入低温熔盐罐组215中。
如图4所示，可再生能源电热转换系统32用于收集大自然中的能源，其包括太阳能光热系统321、光电系统322、风电系统323、水电系统324以及燃料电池系统325，其中太阳能光热系统321通过换热装置326(例如为熔盐换热器)分别与高温熔盐罐组211和低温熔盐罐组212相连，光电系统322、风电系统323、水电系统324以及燃料电池系统325则通过电加热器327分别与高温熔盐罐组211和低温熔盐罐组212相连。
可再生能源电热转换系统32的工作过程为：
在充电模式中，太阳能光热系统321通过大规模阵列镜面收集太阳热能，通过换热装置326将低温熔盐罐组212中的熔盐加热至高温状态，并通过熔盐泵215移至高温熔盐罐组211中储存；光电系统322、风电系统323、水电系统324以及燃料电池系统325等通过提供电力为电加热器327供电，将低温熔盐罐组212中的熔盐加热至高温状态，并通过熔盐泵215移至高温熔盐罐组211中储存。
在放电模式中，高温熔盐罐组211中的高温高压熔盐气体通过熔盐泵213依次进入熔盐换热器221、222、223中与工质泵117输送过来的冷凝水换热，将水加热为高温高压的水蒸气，熔盐气体冷却后形成液体后储存在低温熔盐罐组212中，高温高压的水蒸气则进入过热器113中，经过火电机组发电系统11的朗肯循环进行发电，形成的冷凝水则重新被输送至熔盐换热器221、222、223中，开始新的循环，以此往复。
如图5所示，热泵热机电热转换系统33包括依次串联的压缩机333、换热器331和透平332，压缩机333和透平332均与换热器118相连，从而使换热器118、压缩机333、换热器331和透平332形成一闭合的回路；换热器331还分别与高温熔盐罐组212和低温熔盐罐组211相连，换热器118则与火电机组发电系统11的电站锅炉112相连。
热泵热机电热转换系统33的工作过程为：
在充电模式中，电站锅炉112的余热通过换热器118对工作介质气体进行预热，使得工作介质气体温度从常温Tair升高到T1c1，然后进入压缩机333做绝热压缩，对于给定压缩比π，将工作介质气体压缩为高温高压气体，这里的压缩机333并非理想压缩机，应考虑绝热效率ηc和多变效率ηcp，工作介质气体从压缩机333的出口出来后温度升高为(/>κ为绝热指数，π为储能供热模式下压缩机333以及透平332的压缩比；然后工作介质气体进入换热器331以进行等压放热，将工作介质气体热量-Q2c1释放到蓄热系统21中后温度降低，使得高温工作介质气体温度从/>降低到/>另一方面低温熔盐罐组212中熔盐从温度/>升高到/>后进入高温熔盐罐组211中；然后工作介质气体进入透平332做绝热膨胀，工作介质气体膨胀为低温常压气体，气体从透平332的出口出来后温度降低为/>(这里的透平332并非理想透平，需考虑绝热效率ηt和多变效率ηtp)，最后工作介质气体以进入换热器118吸收锅炉余热，以此往复循环。
余热发电系统12可以为导热油蓄热系统、有机朗肯循环发电系统或卡琳娜循环发电系统。在本实施例中，余热发电系统12采用卡琳娜循环发电系统。
如图6所示，卡琳娜循环发电系统包括余热锅炉121、分离器122、汽轮机123、氨循环换热器124、冷凝器125、工质泵126、混合器127和节流阀128，其中，余热锅炉121、分离器122、汽轮机123、混合器127、冷凝器125、工质泵126和氨循环换热器124依次串联并形成闭合回路，分离器122、氨循环换热器124和混合器127依次相连形成另一支路，氨循环换热器124和混合器127之间可设置一节流阀128。
卡琳娜循环发电系统的工作过程如下：
余热锅炉121被加热，从而使其中的基本氨溶液等压吸热变为氨水气液混合物进入分离器122，然后利用分离器122将气液两相混合物分离为富氨蒸汽及贫氨溶液，其中富氨蒸汽进入汽轮机123进行绝热膨胀以对外做功，带动发电机发电，贫氨溶液进入氨循环换热器124，以在基本氨溶液进入余热锅炉121前对其进行预热，贫氨溶液放完热后经节流阀128节流降压，再与从汽轮机123排出的乏汽在混合器127中混合成为基本氨溶液，然后进入冷凝器125中等压放热，再通过工质泵126升压，然后进入氨循环换热器124以被贫氨溶液预热，然后基本氨溶液回到余热锅炉121并重复上述过程，如此完成循环。
热泵热机发电系统13包括依次串联的压缩机133、换热器131和透平132，压缩机133和透平132均与余热锅炉121相连，从而使余热锅炉121、压缩机133、换热器131和透平132形成一闭合的回路；换热器131还分别与高温熔盐罐组212和低温熔盐罐组211相连。
热泵热机发电系统13的工作过程正好与热泵热机电热转换系统33相反，如下：
在放电模式中，常温工作介质气体首先进入压缩机133做绝热压缩，对于给定压缩比π′，将工作介质气体压缩为高温高压气体，这里的压缩机133并非理想压缩机，需考虑绝热效率ηc和多变效率ηcp，气体从压缩机133的出口出来后温度升高为(κ为绝热指数，π'为供电供热模式的压缩比)；该工作介质气体进入换热器131以进行等压吸热，通过从高温熔盐罐组211中吸收热量Q2c2升高温度，使得高温工作介质气体温度从/>升高到/>另一方面高温熔盐罐组211中熔盐从温度/>降低到/>后进入低温熔盐罐组212中；然后工作介质气体进入透平132做绝热膨胀，对外做功，工作介质气体膨胀为常压气体，气体从透平132的出口出来后温度降低为/>(这里的透平132并非理想透平，需考虑绝热效率ηt和多变效率ηtp)；此时工作介质气体仍然比常温高出不少，因此可以向余热锅炉121排出热量，然后由余热发电系统12进行回收，经过余热锅炉121吸热的工作介质气体重新进入压缩机133中，以此循环往复。
工作介质气体可以为空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。
如图1所示，由于热泵热机发电系统13的流程正好与热泵热机电热转换系统33相反，因此两者可共用一套设备。
在本实施例中，换热器331为熔盐工作介质的换热器，其应尽可能减少换热温差以提高储能效率，一般而言合理的换热温差ΔT为15度-30度。对于充电(电热转换)模式以及供电供热模式，参见如下温度关系：
换热器118应尽可能减少换热温差以提高储能效率，一般而言合理的换热温差ΔT为15度-30度。对于充电(电热转换)模式以及放电(热电转换)模式，其温度关系如下，
T0c1＝T0-ΔT，
T1c1＝T1-ΔT，
T0c2＝T0+ΔT，
T1c2＝T1+ΔT。
本发明中工作介质气体压缩机333并非理想压缩机，应考虑压缩机的等熵效率ηc和多变效率ηcp均小于1，对于充电(电热转换)模式以及供电供热模式，压缩机333的进出口温度关系为：
本发明中，透平332并非理想透平，应考虑透平的等熵效率ηt和多变效率ηtp均小于1，对于充电(电热转换)模式以及供电供热模式，透平332的进出口温度关系为：
本发明中放电(热电转换)模式下工作介质气体在压缩机133以及透平132的压缩比由压缩机的等熵效率以及出入口温度决定。工作介质气体在压缩机133以及透平132的压缩比为：
下面列举两个实例，说明本发明的热泵热机卡诺电池(即热泵热机电热转换系统和热泵热机放电系统)的工作模式：
在充电模式时，电站锅炉112的余热通过换热器工作介质气体进行余热，使得工作介质气体的温度从20度升高到150度，然后进入压缩机333做绝热压缩，对于给定压缩比5.88，将工作介质气体压缩为高温高压气体，考虑绝热效率ηc＝0.9和多变效率ηcp＝0.93，气体从压缩机333的出口出来后温度升高为631度，然后工作介质气体在释放-0.46MW热能后进入换热器331进行等压放热，将热量2MW释放到蓄热系统21中后，工作介质气体温度降低到310度，蓄热系统21中的低温熔盐罐组212中的熔盐吸收这些热量后，温度从300度升高到561度，然后进入高温熔盐罐组211中；然后工作介质气体进入透平332做绝热膨胀为低温常压气体，其温度降低为30度(这里的透平332并非理想透平，应考虑绝热效率ηt＝0.95和多变效率ηtp＝0.93)，最后工作介质气体进入换热器118中吸收锅炉余热，以此往复循环。
而在放电模式中，其正好与充电模式相反，常温工作介质气体首先进入压缩机133做绝热压缩，对于给定压缩比4.57，将工作介质气体压缩为高温高压气体，这里的压缩机333并非理想压缩机，应考虑绝热效率ηc＝0.9和多变效率ηcp＝0.93，气体从压缩机133的出口出来后温度升高为290度；该工作介质气体进入换热器131以进行等压吸热，通过从蓄热系统21中吸收热量2MW升高温度，使得高温工作介质气体温度从290度升高到551度，另一方面高温熔盐罐组211中熔盐从温度降低到/>后(即从561度降低到300度)进入低温熔盐罐组212中；然后工作介质气体进入透平132做绝热膨胀，对外做功，工作介质气体膨胀为常压气体，气体从透平132的出口出来后温度降低为196度(这里的透平332并非理想透平，应考虑绝热效率ηt＝0.95和多变效率ηtp＝0.93)，此时工作介质气体仍然比常温20度高出不少，因此可以通过余热发电系统12进行余热回收，工作介质气体向余热锅炉121排出热量，工作介质气体排出的热量进入余热锅炉121加热基本氨溶液，使得基本氨溶液等压吸热变为氨水气液混合物进入分离器122；随后，利用分离器122将气液两相混合物分离为富氨蒸汽及贫氨溶液，其中富氨蒸汽进入汽轮机123进行绝热膨胀以对外做功，贫氨溶液进入氨循环换热器124，以在基本氨溶液进入余热锅炉121前对其进行预热，贫氨溶液放完热后经节流阀128节流降压，再与从汽轮机123排出的乏汽在混合器127中混合成为基本氨溶液，进入冷凝器125等压放热，再通过工质泵126升压，然后进入氨循环换热器124以被贫氨溶液预热，然后基本氨溶液回到余热锅炉121并重复上述过程，如此完成循环；此循环回收热能1.37MW，回收效率20％，共回收发电0.27MW。经过余热锅炉吸热后的工作介质气体重新进压缩机333，依此循环往复。
由此可知，放电模式下，供电功率为1.06MW，余热回收0.27MW，总共发电约1.33MW，综合储能效率66.5％。因此，本发明的热泵热机卡诺电池可以以物理储能方式实现接近化学储能效率的大容量储能，大大超过了直接电加热蓄热储能的效率(30％-40％)，兼顾了物理储能的规模和化学储能的效率的优势。
热泵热机电热转换系统利用逆布雷顿循环蓄热储能，利用布雷顿循环做功发电，在储能时有效利用火电厂排放的废热对工作介质做了预热，使得工作介质可以在较低压缩比之下达到设定的温度，有效地降低了压缩机透平等熵效率的影响，发电时，由于透平出口温度一般较高，因此利用一个卡琳娜循环回收余热，大大提高了储能效率，使得本发明的卡诺电池的储能效率可以达到或接近化学储能的期望效率(70％)。
本发明实施例提供的火电厂的卡诺电池储能改造装置，不仅包括热泵热机电热转换系统，也包括可再生能源电热转换系统和直接电热转换系统，热泵热机电热转换系统在成本较低的基础上可以做到接近化学储能的效率，可再生能源电热转换系统和直接电热转换系统利用电加热以及换热系统进行储能，装置简单，成本较低，可以极大地满足火力电厂增加“绿色”转型的需求，同时降低火力机组调整功率的频次，起到调峰延寿的效果。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (9)
1.一种火电厂的卡诺电池储能改造方法，其特征在于，应用于火电厂的卡诺电池储能改造装置，所述装置包括火电机组发电系统、直接电热转换系统、可再生能源电热转换系统、换热系统、高温储能模块组和低温储能模块组，所述高温储能模块组和所述低温储能模块组通过所述换热系统相连通，所述换热系统与所述火电机组发电系统相连，所述直接电热转换系统分别与所述低温储能模块组和所述高温储能模块组相连，所述可再生能源电热转换系统分别与所述低温储能模块组和所述高温储能模块组相连，所述高温储能模块组和低温储能模块组中储存有不同温度的蓄热介质，所述直接电热转换系统包括电加热储能模块，所述方法包括如下模式：
充电模式：在低负载时，火电机组发电系统输出的多余电能通过直接电热转换系统的电加热储能模块加热所述低温储能模块组中的蓄热介质，并将加热后的蓄热介质储存在所述高温储能模块组中；并且，通过可再生能源电热转换系统将可再生能源以电加热或换热方式将所述低温储能模块组中的蓄热介质加热，并将加热后的蓄热介质储存在所述高温储能模块组中；以及，
放电模式：在高负载时，所述高温储能模块组中的蓄热介质通过换热系统与所述火电机组发电系统的冷凝水换热，并将所述冷凝水加热为水蒸汽，以利用所述火电机组发电系统进行发电。
2.一种火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，包括：
放电系统，包括火电机组发电系统、余热发电系统和热泵热机发电系统，所述余热发电系统与所述热泵热机发电系统相连；
储能系统，包括相连的蓄热系统和换热系统，所述换热系统与所述火电机组发电系统相连；所述蓄热系统包括高温储能模块组和低温储能模块组，所述高温储能模块组和低温储能模块组中储存有不同温度的蓄热介质，所述高温储能模块组和低温储能模块组通过所述换热系统相互连通；和，
充电系统，包括与所述蓄热系统相连的直接电热转换系统、可再生能源电热转换系统和热泵热机电热转换系统，所述直接电热转换系统和热泵热机电热转换系统还与所述火电机组发电系统相连；所述直接电热转换系统包括电加热储能模块；
所述直接电热转换系统设置为利用低负载时所述火电机组发电系统的多余电力通过所述电加热储能模块加热所述低温储能模块组中的蓄热介质，并将加热后的蓄热介质储存在所述高温储能模块组中；所述可再生能源电热转换系统设置为将可再生能源以电加热或换热方式将所述低温储能模块组中的蓄热介质加热，并将加热后的蓄热介质储存在所述高温储能模块组中；在高负载时，所述高温储能模块组中的蓄热介质通过所述换热系统与所述火电机组发电系统的冷凝水换热，并将所述冷凝水加热为水蒸汽，以利用所述火电机组发电系统进行发电。
3.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述火电机组发电系统为蒸汽朗肯循环系统，包括依次串联的燃烧系统、电站锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和工质泵。
4.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述余热发电系统为导热油蓄热系统、有机朗肯循环发电系统或卡琳娜循环发电系统。
5.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述热泵热机发电系统包括依次串联的压缩机、换热器和透平，所述压缩机和透平均与所述余热发电系统相连；所述换热器还与所述蓄热系统相连。
6.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述蓄热介质为熔盐、导热油、硅酸盐、氧化硅或金属氧化物。
7.根据权利要求3所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述直接电热转换系统包括换热储能模块和加热炉，所述电加热储能模块和加热炉直接与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连，所述换热储能模块分别与所述高温储能模块组、所述低温储能模块组和所述电站锅炉相连。
8.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述可再生能源电热转换系统包括太阳能光热系统、光电系统、风电系统、水电系统和燃料电池系统，所述太阳能光热系统通过换热装置分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连，所述光电系统、风电系统、水电系统和燃料电池系统通过电加热器分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连。
9.根据权利要求2所述的火电厂的卡诺电池储能改造装置，其特征在于，所述热泵热机电热转换系统包括依次串联的压缩机、第二换热器和透平，所述压缩机和透平均与所述第二换热器相连，所述第二换热器、压缩机、第一换热器和透平形成闭合的回路；所述第二换热器还分别与所述高温储能模块组和所述低温储能模块组相连。
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