CN114251137A - 一种与光热耦合的协同储热调峰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与光热耦合的协同储热调峰系统及方法。该装置包括热力发电机组储能装置和光热储能装置，所述热力发电机组储能装置包括高温储热罐、低温储热罐、辅助蓄热换热器、放热换热器、给水泵、疏送泵、除氧器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、中低压缸连通管和汽轮机低压缸。所述光热储能装置包括蓄热换热器和太阳能光热场，通过将太阳能光热场工质的热量及再热蒸汽余热储存在储热罐中，用于供汽轮机做功，实现了热力发电机组的节能降耗，提升机组调峰灵活性，以及清洁能源的充分利用，提高了机组的经济性。

Description

一种与光热耦合的协同储热调峰系统及方法

技术领域

本发明属于汽轮机储热技术领域，涉及一种与光热耦合的协同储热调峰系统及方法。

背景技术

随着电网电源结构的变化，新能源机组装机容量逐年提高，一方面由于光热发电机组输出电能受环境影响较大，出力不稳定，另一方面由于火电机组需要对新能源机组进行消纳并需要通过调峰来满足电网稳定的需求，而使光热等清洁能源发电机组无法完全满足电网的安全与稳定的需求。

因此，将光热场产生的热量参与热力发电机组的储热调峰，增加机组灵活性，来达到减少燃料消耗、减少碳排放的目的，对于增强热力发电机组的灵活性，辅助发电机组调峰以满足电网的安全与稳定的需求具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种与光热耦合的协同储热调峰系统及方法以达到减少热力发电机组的燃料消耗，减少碳排放，增强热力发电机组的灵活性的目的。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种与光热耦合的协同储热调峰系统，包括高温储热罐、低温储热罐、热力发电机组储能装置和光热储能装置，所述热力发电机组储能装置包括辅助蓄热换热器、放热换热器、给水泵、疏送泵、除氧器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸；

所述汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸为同轴连接，过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功，再热蒸汽分两路，一路进入汽轮机中压缸做功，汽轮机中压缸排汽进入汽轮机低压缸；另一路进入辅助蓄热换热器换热后变为水与外部的凝结水一同进入除氧器，除氧器中的一部分给水分流至给水泵，除氧器中的另一部分给水经疏送泵增压后通过放热换热器换热，最后进入汽轮机低压缸；

所述辅助蓄热换热器的熔盐输入端连接低温储热罐，辅助蓄热换热器的熔盐输出端连接高温储热罐；

所述放热换热器的熔盐输入端连接高温储热罐，放热换热器的熔盐输出端连接低温储热罐；

所述光热储能装置包括蓄热换热器和太阳能光热场，所述太阳能光热场连接蓄热换热器，蓄热换热器的熔盐输入端与低温储热罐相连接，蓄热换热器的熔盐输出端与高温储热罐相连接。

优选地，汽轮机中压缸与汽轮机低压缸之间的通汽管道上设置有中低压缸连通管。

优选地，所述放热换热器与高温储热罐之间设置有高温熔盐泵。

优选地，辅助蓄热换热器与低温储热罐之间设置有辅助低温熔融盐泵。

优选地，辅助蓄热换热器与再热蒸汽出口之间设置有辅助热源控制阀。

优选地，蓄热换热器与低温储热罐之间设置有低温熔融盐泵。

一种利用上述系统的与光热耦合的协同储热调峰方法，包括以下步骤：

使过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功；

将再热蒸汽分为两路，使其中一路再热蒸汽进入汽轮机中压缸做功，然后，使汽轮机中压缸排汽通过中低压缸连通管进入汽轮机低压缸做功；使另一路再热蒸汽进入辅助蓄热换热器，同时使低温储热罐中的低温熔融盐输送至辅助蓄热换热器与进入辅助蓄热换热器的再热蒸汽换热，让换热后的再热蒸汽进入除氧器，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐中；

将太阳能光热场产生的热工质输送给蓄热换热器；将低温储热罐中的低温熔融盐输送至蓄热换热器与进入蓄热换热器的太阳能光热场储存的热量换热，将换热后的热工质转变成冷工质返回到太阳能光热场，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐中；

将除氧器中的给水经疏送泵增压后，输送至放热换热器中，并将高温储热罐中的热熔融盐输送至放热换热器中，与放热换热器中除氧器的给水换热后，并将换热后的低温熔融盐储存在低温储热罐中；将给水换热变为高温蒸汽引入至中低压缸连通管中与汽轮机中压缸的排汽相混合后进入汽轮机低压缸作功。

优选地，当机组受到快速升负荷的调峰指令时，关闭辅助热源控制阀并辅助调节控制疏送泵和熔盐泵，使再热蒸汽直接进入汽轮机低压缸做功并增加中低压缸连通管内的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸的蒸汽流量迅速增加，进而使机组负荷快速增加；当机组受到快速降负荷的调峰指令时，增大辅助热源控制阀的开度并控制疏送泵以及熔盐泵，使再热蒸汽部分蒸汽进入汽轮机低压缸并减少进入中低压缸连通管的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸的蒸汽流量迅速减少，进而使机组负荷快速减少。

优选地，太阳能光热场不能运行时，关闭蓄热换热器和低温熔融盐泵，打开放热换热器和高温熔盐泵，使高温储热罐中储存的热量通过放热换热器对除氧器的给水加热，并使蒸汽通过中低压缸连通管进入汽轮机低压缸做功。

优选地，太阳能光热场停运时间过长时，打开辅助热源控制阀和辅助低温熔融盐泵，将再热蒸汽和低温熔融盐引入辅助蓄热换热器换热，换热后的热熔融盐储存在高温储热罐中补足高温储热罐的热量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过将热力发电机组储能装置和光热储能装置的结合使太阳能光热场中的热量存储在储热罐中以供汽轮机做功使用，一方面减少了火电机组燃料消耗以及碳排放，另一方面合理地将太阳能光热场的热量参与热力发电机组的储热调峰，增加机组灵活性实现清洁能源的充分利用，该装置简单、易操作、改造成本低，能够提高机组运行的经济性。

其中，辅助蓄热换热器以及辅助热源控制阀的设置既可以起到备用热源的作用，又可以起到加强调峰能力的作用，增加了机组调峰的灵活性。

本发明通过将光热场的热量存储在储热罐中，使汽轮机低压缸部分进汽的热量来自于储热罐，以达到减少燃料消耗的目的。通过改变汽轮机低压缸进汽量以及再热蒸汽被抽至储热装置的流量，来对机组存进行快速调峰，来达到使机组迅速改变负荷的目的，该方法易操作，原理简单、清晰，能够使太阳能光热与储热调峰系统协同运行，实现提升机组调峰能力和节能减排，提高机组运行的经济性，是光热与热力发电机组储能装置相耦合的节能减排创新技术。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的与光热耦合的协同储热调峰系统结构示意图。

其中：1-高温储热罐，2-低温储热罐，3-辅助蓄热换热器，4-放热换热器，5-蓄热换热器，6-辅助低温熔融盐泵，7-低温熔融盐泵，8-高温熔盐泵，9-给水泵，10-疏送泵，11-除氧器，12-汽轮机高压缸，13-汽轮机中压缸，14-中低压缸连通管，15-汽轮机低压缸，16-太阳能光热场，17-辅助热源控制阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明提供一种与光热耦合的协同储热调峰系统，包括高温储热罐1、低温储热罐2、热力发电机组储能装置和光热储能装置，所述热力发电机组储能装置包括辅助蓄热换热器3、放热换热器4、给水泵9、疏送泵10、除氧器11、汽轮机高压缸12、汽轮机中压缸13、中低压缸连通管14和汽轮机低压缸15，所述汽轮机高压缸12、汽轮机中压缸13和汽轮机低压缸15为同轴连接，过热蒸汽进入汽轮机高压缸12做功，再热蒸汽分两路，一路进入汽轮机中压缸13做功，汽轮机中压缸13排汽通过中低压缸连通管14进入汽轮机低压缸15；另一路进入辅助蓄热换热器3换热后同除氧器11外部的凝结水一起进入除氧器11，辅助蓄热换热器3与再热蒸汽出口之间设置有辅助热源控制阀17，除氧器11中的一部分给水进入给水泵9，除氧器11中的另一部分给水经疏送泵10增压后通过放热换热器4换热，最后通过中低压缸连通管14进入汽轮机低压缸15。

辅助蓄热换热器3的熔盐输入端连接低温储热罐2，辅助蓄热换热器3与低温储热罐2之间设置有辅助低温熔融盐泵6，辅助蓄热换热器3的熔盐输出端连接高温储热罐1；

所述放热换热器4的熔盐输入端连接高温储热罐1，放热换热器4与高温储热罐1之间设置有高温熔盐泵8，放热换热器4的熔盐输出端连接低温储热罐2。

所述光热储能装置包括蓄热换热器5和太阳能光热场16，太阳能光热场16连接蓄热换热器5，蓄热换热器5的熔盐输入端连接低温储热罐2，蓄热换热器5与低温储热罐2之间设置有低温熔融盐泵7，蓄热换热器5的熔盐输出端连接高温储热罐1。

热蒸汽进入汽轮机高压缸12做功，再热蒸汽分为两路，其中一路再热蒸汽进入汽轮机中压缸13做功，汽轮机中压缸13排汽通过中低压缸连通管14进入汽轮机低压缸15做功；另一路再热蒸汽经辅助热源控制阀17进入辅助蓄热换热器3，同时辅助低温熔融盐泵将低温储热罐2中的低温熔融盐泵送至辅助蓄热换热器3，与进入辅助蓄热换热器3的再热蒸汽换热，让换热后的再热蒸汽进入除氧器11，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐1中。

同时，将太阳能光热场16产生的热工质输送给蓄热换热器5，低温熔融盐泵7将低温储热罐2中的低温熔融盐输送至蓄热换热器5与进入蓄热换热器5的太阳能光热场16储存的热量换热，将换热后的热工质转变成冷工质返回到太阳能光热场16，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐1中。

除氧器11中的一部分给水进入给水泵9，除氧器11中的另一部分给水由疏送泵10将除氧器11的给水增压后，输送至放热换热器4中，并由高温熔盐泵8将高温储热罐1中的热熔融盐泵送至放热换热器4中，与进入放热换热器4中除氧器11的给水换热后，并将换热后的低温熔融盐返回到低温储热罐2中。将给水换热变为高温蒸汽引入至中低压缸连通管14中与汽轮机中压缸13的排汽相混合后进入汽轮机低压缸15作功。

当机组受到快速升负荷的调峰指令时，关闭辅助热源控制阀17并辅助调节控制疏送泵10和熔盐泵8，使再热蒸汽直接进入汽轮机低压缸15做功并增加中低压缸连通管14内的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸15的蒸汽流量迅速增加，进而使机组负荷快速增加。

当机组受到快速降负荷的调峰指令时，增大辅助热源控制阀17的开度并控制疏送泵10以及熔盐泵8，使再热蒸汽部分蒸汽进入汽轮机低压缸15并减少进入中低压缸连通管14的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸15的蒸汽流量迅速减少，进而使机组负荷快速减少。

在太阳能不充裕时，太阳能光热场16不能正常运行时，关闭蓄热换热器5和低温熔融盐泵7，打开放热换热器4和高温熔盐泵8，使高温储热罐1中储存的热量通过放热换热器4对除氧器11的给水加热，并使蒸汽通过中低压缸连通管14进入汽轮机低压缸15做功。

当太阳能光热场16停运时间过长时，高温储热罐1出口温度不足时，打开辅助热源控制阀17和辅助低温熔融盐泵6，将再热蒸汽和低温熔融盐引入辅助蓄热换热器3换热，换热后的热熔融盐储存在高温储热罐1中补足高温储热罐1的热量，即用再热蒸汽补足高温储热罐1的热量。

本发明原理清晰、系统简单，是光热与热力发电机组储能装置相耦合的节能减排创新技术。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，包括高温储热罐(1)、低温储热罐(2)、热力发电机组储能装置和光热储能装置，所述热力发电机组储能装置包括辅助蓄热换热器(3)、放热换热器(4)、给水泵(9)、疏送泵(10)、除氧器(11)、汽轮机高压缸(12)、汽轮机中压缸(13)和汽轮机低压缸(15)；

所述汽轮机高压缸(12)、汽轮机中压缸(13)和汽轮机低压缸(15)为同轴连接，过热蒸汽进入汽轮机高压缸(12)做功，再热蒸汽分两路，一路进入汽轮机中压缸(13)做功，汽轮机中压缸(13)排汽进入汽轮机低压缸(15)；另一路进入辅助蓄热换热器(3)换热后变为水与外部的凝结水一同进入除氧器(11)，除氧器(11)中的一部分给水分流至给水泵(9)，除氧器(11)中的另一部分给水经疏送泵(10)增压后通过放热换热器(4)换热，最后进入汽轮机低压缸(15)；

所述辅助蓄热换热器(3)的熔盐输入端连接低温储热罐(2)，辅助蓄热换热器(3)的熔盐输出端连接高温储热罐(1)；

所述放热换热器(4)的熔盐输入端连接高温储热罐(1)，放热换热器(4)的熔盐输出端连接低温储热罐(2)；

所述光热储能装置包括蓄热换热器(5)和太阳能光热场(16)，所述太阳能光热场(16)连接蓄热换热器(5)，蓄热换热器(5)的熔盐输入端与低温储热罐(2)相连接，蓄热换热器(5)的熔盐输出端与高温储热罐(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，汽轮机中压缸(13)与汽轮机低压缸(15)之间的通汽管道上设置有中低压缸连通管(14)。

3.根据权利要求1所述的与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，所述放热换热器(4)与高温储热罐(1)之间设置有高温熔盐泵(8)。

4.根据权利要求3所述的与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，辅助蓄热换热器(3)与低温储热罐(2)之间设置有辅助低温熔融盐泵(6)。

5.根据权利要求4所述的与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，辅助蓄热换热器(3)与再热蒸汽出口之间设置有辅助热源控制阀(17)。

6.根据权利要求5所述的与光热耦合的协同储热调峰系统，其特征在于，蓄热换热器(5)与低温储热罐(2)之间设置有低温熔融盐泵(7)。

7.一种利用权利要求6所述的协同储热调峰系统的与光热耦合的协同储热调峰方法，其特征在于，包括以下步骤：

使过热蒸汽进入汽轮机高压缸(12)做功；

将再热蒸汽分为两路，使其中一路再热蒸汽进入汽轮机中压缸(13)做功，然后，使汽轮机中压缸(13)排汽通过中低压缸连通管(14)进入汽轮机低压缸(15)做功；使另一路再热蒸汽进入辅助蓄热换热器(3)，同时使低温储热罐(2)中的低温熔融盐输送至辅助蓄热换热器(3)与进入辅助蓄热换热器(3)的再热蒸汽换热，让换热后的再热蒸汽进入除氧器(11)，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐(1)中；

将太阳能光热场(16)产生的热工质输送给蓄热换热器(5)；将低温储热罐(2)中的低温熔融盐输送至蓄热换热器(5)与进入蓄热换热器(5)的太阳能光热场(16)储存的热量换热，将换热后的热工质转变成冷工质返回到太阳能光热场(16)，并将换热后的低温熔融盐变为热熔融盐储存在高温储热罐(1)中；

将除氧器(11)中的给水经疏送泵(10)增压后，输送至放热换热器(4)中，并将高温储热罐(1)中的热熔融盐输送至放热换热器(4)中，与放热换热器(4)中除氧器(11)的给水换热后，并将换热后的低温熔融盐储存在低温储热罐(2)中；将给水换热变为高温蒸汽引入至中低压缸连通管(14)中与汽轮机中压缸(13)的排汽相混合后进入汽轮机低压缸(15)作功。

8.根据权利要求7所述的与光热耦合的协同储热调峰方法，其特征在于，当机组受到快速升负荷的调峰指令时，关闭辅助热源控制阀(17)并辅助调节控制疏送泵(10)和熔盐泵(8)，使再热蒸汽直接进入汽轮机低压缸(15)做功并增加中低压缸连通管(14)内的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸(15)的蒸汽流量迅速增加，进而使机组负荷快速增加；当机组受到快速降负荷的调峰指令时，增大辅助热源控制阀(17)的开度并控制疏送泵(10)以及熔盐泵(8)，使再热蒸汽部分蒸汽进入汽轮机低压缸(15)并减少进入中低压缸连通管(14)的蒸汽流量，使进入汽轮机低压缸(15)的蒸汽流量迅速减少，进而使机组负荷快速减少。

9.根据权利要求7所述的与光热耦合的协同储热调峰方法，其特征在于，太阳能光热场(16)不能运行时，关闭蓄热换热器(5)和低温熔融盐泵(7)，打开放热换热器(4)和高温熔盐泵(8)，使高温储热罐(1)中储存的热量通过放热换热器(4)对除氧器(11)的给水加热，并使蒸汽通过中低压缸连通管(14)进入汽轮机低压缸(15)做功。

10.根据权利要求9所述的与光热耦合的协同储热调峰方法，其特征在于，太阳能光热场(16)停运时间过长时，打开辅助热源控制阀(17)和辅助低温熔融盐泵(6)，将再热蒸汽和低温熔融盐引入辅助蓄热换热器(3)换热，换热后的热熔融盐储存在高温储热罐(1)中补足高温储热罐(1)的热量。

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