CN114844102A - 适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及火力发电技术领域，特别涉及一种适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质，其中，系统包括：多个燃料设备，用于将可再生物质转化为可再生燃料；火电机组，用于燃烧可再生燃料和/或非可再生燃料产生电能和蒸汽能；多个能源转化设备，用于将电能和/或蒸汽能转化为热能和/或冷能；控制器，用于根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种。由此，本申请实施例可以设计使火电厂可以长期运行在较高效率下，达到使火电厂减少煤炭消耗、消纳可再生能源、多能源产品供给、平抑负荷波动、高效环保的效果，满足用户的多种能源需求，提高能源的综合效率，减少浪费。

Description

适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质

技术领域

本申请涉及火力发电技术领域，特别涉及一种适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质。

背景技术

随着能源体系向绿色低碳转型加速，能源生产与消费模式正在发生巨大改变，特别是在提出“碳达峰、碳中和”的目标的大背景下，可再生能源发电比例逐年提高，强劲增长的可再生能源将成为能源转型的关键驱动力。依据不同的能源转型情景，可以预见可再生能源在一次能源结构中的比例将快速上升，在快速转型、净零和一切如常情景中分别达48％，55％和23％。因此，未来火电机组的年利用小时数将大幅下滑，多数火电机组将会长时间处于低负荷运行状态，机组效率大幅下降，发电成本逐年上升，在此背景下，火电机组若继续依靠单纯的供电服务将难以承担较高的成本，并且也无法适应我国能源转型和节能减排的现实需求。

相关技术中，一种电厂余热和清洁能源综合利用系统包括汽轮机组、凝汽器、吸收式热泵、间接式空冷塔、烟气-水换热器、汽-水换热器、汽-导热油换热器、蓄热器、槽式太阳能集热器、二次网换热站、凝结水泵、循环水泵、热水循环泵I、导热油循环泵、热水循环泵II、循环水调节阀和止回阀；该系统可以采用热泵技术，以电厂循环水作为低位热源，以烟气、太阳能作为驱动能源，向外提供75℃的采暖水，若有必要可采用汽水换热器二级加热至110℃送入城市热网中，减少了汽机冷源热损失、减少了烟气放热损失，利用电厂平面布置太阳能收集系统，有效利用了太阳能，形成了电厂综合能源利用系统，提高了电厂能源热效率。

但是，相关技术仅仅使用电厂的循环冷却水、电厂烟囱排烟以及太阳能光热系统作为热源，没有配备储能设备，电厂负荷较低，工况变化频繁，效率较低，并且使用烟气排烟作为热源有很大的低温腐蚀风险，严重影响设备的可靠性及寿命。

发明内容

本申请提供一种适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质，可以通过在火电厂引入热泵储电技术、可再生能源技术与能源综合利用技术，达到使火电厂减少煤炭消耗、消纳可再生能源、多能源产品供给、平抑负荷波动、高效环保的效果；同时通过合理设计的运行方法，设计使火电厂可以长期运行在较高效率下，满足用户的多种能源需求，提高能源的综合效率，减少浪费。

本申请第一方面实施例提供一种适用于火力发电厂的综合能源系统，包括：多个燃料设备，用于将可再生物质转化为可再生燃料；火电机组，用于燃烧所述可再生燃料和/或非可再生燃料产生电能和蒸汽能；多个能源转化设备，用于将所述电能和/或所述蒸汽能转化为热能和/或冷能；控制器，用于根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种。

可选地，所述供能负荷包括供热负荷、供冷负荷和供汽负荷，所述需求负荷包括用热负荷、用冷负荷和用汽负荷，所述控制器进一步用于：在所述供热负荷小于所述用热负荷和/或所述供冷负荷小于所述用冷负荷时，控制所述多个能源转化设备增加所述电能的用能量至第一目标量，使得所述供热负荷满足所述用热负荷和/或所述供冷负荷满足所述用冷负荷；在所述供热负荷大于所述用热负荷和/或所述供冷负荷大于所述用冷负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第二目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

可选地，所述控制器进一步用于：在所述供汽负荷小于所述用汽负荷时，控制所述火电机组增加所述蒸汽能的产量至第三目标量，使得所述供汽负荷满足所述用汽负荷；在所述供汽负荷大于所述用汽负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第四目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

可选地，还包括：热泵储电系统，用于在充电过程中，将所述火电机组产生的电能转化为热能，在放电过程中，将所述热能转化为电能。

可选地，所述热泵储电系统包括：热泵蒸发器、热泵工质压缩机、热泵工质与储热器换热器、热泵节流阀、高温储热罐、低温储热罐、ORC(Organic Rankine Cycle，有机朗肯循环)工质预热器、ORC工质蒸发器、ORC工质膨胀机、ORC冷凝器、工质泵和发电机，其中，在充电过程中，所述热泵工质压缩机将所述火电机组产生的电能转化为热能，所述高温储热罐存储所述热泵工质压缩机转化得到的热能，并经过热泵节流阀后，进入所述热泵蒸发器，以吸收所述热泵储电系统外部的热量，并经过所述热泵工质压缩机返回所述高温储热罐；在放电过程中，所述ORC工质蒸发器利用储存的热量做功，经过所述ORC工质膨胀机带动所述发电机转化为电能，并经过所述ORC冷凝器冷却、所述工质泵加压后返回所述ORC蒸发器

可选地，所述供能负荷包括供电负荷、所述需求负荷包括用电负荷，所述控制器进一步用于：在所述供电负荷小于所述用电负荷时，控制所述热泵储电系统释放存储的电能，使得所述供电负荷满足所述用电负荷；在所述供电负荷大于所述用电负荷时，控制所述热泵储电系统存储所述供电负荷超出所述用电负荷部分的电能。

可选地，所述多个燃料设备包括：污泥综合处置设备，用于对污泥进行干化处理，并与煤炭掺混得到掺混燃料；生物质气化炉，用于将生物质转化为气态燃料垃圾气化炉，用于将生活垃圾转化为气态燃料；垃圾焚烧炉，用于燃烧生活垃圾产生温度高于预设温度的高温烟气。

可选地，所述火电机组包括：燃煤锅炉，用于燃烧掺混燃料和/或气态燃料产生高温烟气，并与所述垃圾焚烧炉产生的高温烟气通过多个烟气换热面将水加热为高温蒸汽；汽轮机组，用于将所述高温蒸汽转化为机械能，并产生压力小于预设压力的蒸汽能；发电机，用于将所述机械能转化为所述电能。

可选地，所述多个能源转化设备包括：压缩式制冷系统，用于将所述电能转化为冷能；压缩式热泵系统，用于将所述电能转化为热能；吸收式制冷系统，用于将所述蒸汽能换为冷能；换热器，用于将所述蒸汽能换为热能。

本申请第二方面实施例提供一种适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法，包括以下步骤：获取用户的需求负荷；根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种。

可选地，所述供能负荷包括供热负荷、供冷负荷和供汽负荷，所述需求负荷包括用热负荷、用冷负荷和用汽负荷，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，包括：在所述供热负荷小于所述用热负荷和/或所述供冷负荷小于所述用冷负荷时，控制所述多个能源转化设备增加所述电能的用能量至第一目标量，使得所述供热负荷满足所述用热负荷和/或所述供冷负荷满足所述用冷负荷；在所述供热负荷大于所述用热负荷和/或所述供冷负荷大于所述用冷负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第二目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

可选地，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，包括：在所述供汽负荷小于所述用汽负荷时，控制所述火电机组增加所述蒸汽能的产量至第三目标量，使得所述供汽负荷满足所述用汽负荷；在所述供汽负荷大于所述用汽负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第四目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

可选地，所述供能负荷包括供电负荷、所述需求负荷包括用电负荷，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，还包括：在所述供电负荷小于所述用电负荷时，释放存储的电能，使得所述供电负荷满足所述用电负荷；在所述供电负荷大于所述用电负荷时，存储所述供电负荷超出所述用电负荷部分的电能。

本申请第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法。

由此，本申请至少具有如下有益效果：

(1)、结合目前先进的可再生能源利用技术，可以在火电厂的输入侧耦合生物质燃料、生活垃圾燃料、污泥耦合处置、风力及光伏发电等多种能源输入，降低煤炭、天然气等化石能源的消耗，并可以大幅度消纳现阶段的生物质、垃圾等可再生能源，提高电厂的综合效益，适应现阶段的环保减碳要求；

(2)、通过能量的梯级利用技术，可以在输出侧使用热泵、制冷机等多种能源转换设备，同时向用户提供冷、热、电、汽等多种形式的能源产品，以同时满足电网及电厂周边园区的电力、冷、热、汽等各类能源产品的需求，提高火力发电厂的综合能源利用率；

(3)、在负荷波动较大时，可以通过先进的热泵储电技术，在电网负荷需求较高时，释放储存的电能，在电网负荷较低时储存，在保证需求的同时，最大程度降低负荷波动对发电设备的影响，保证火电厂设备的安全运行，减少损耗，延长设备使用寿命；

(4)、通过合理设计的运行方法，可以设计使火电厂可以长期运行在较高效率下，满足用户的多种能源需求，提高能源的综合效率，减少浪费。

(5)、通过以火电厂为核心设计的综合能源系统，可以为现阶段燃煤电厂改造提供技术方案，为现阶段的电厂提供有效的发展路径。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种适用于火力发电厂的综合能源系统示意框图；

图2为根据本申请实施例提供的适用于火力发电厂的综合能源系统图；

图3为根据本申请实施例提供的压缩式制冷系统示意图；

图4为根据本申请实施例提供的压缩式热泵系统示意图；

图5为根据本申请实施例提供的吸收式制冷系统示意图；

图6为根据本申请实施例提供的热泵储电系统示意图；

图7为根据本申请实施例提供的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法流程图。

附图标记说明：

图2中：

各设备：燃煤锅炉201；汽轮机组202；发电机203；污泥综合处置设备204；生物质气化炉205；垃圾气化炉206；垃圾焚烧炉207；热泵储电系统208；压缩式制冷系统209；压缩式热泵系统210；吸收式制冷系统211；换热器212。

物质/能量流：煤炭1；干化污泥2；煤炭—干化污泥掺混燃料3；生物质气化燃料4；垃圾气化燃料5；生物质气化—垃圾气化混合燃料6；垃圾燃烧后高温烟气7；发电机所发电力8；储能、供冷热后电力9；供给电网电力10；热泵储能系统储存的电力11；热泵储能系统释放的电力12；用于供给冷热的电力13；汽轮机抽汽14；用于供给冷热的蒸汽15；驱动压缩式制冷系统的电力16；驱动压缩式热泵系统的电力17；驱动吸收式制冷系统的蒸汽18；供给换热器的蒸汽19；压缩式制冷系统制冷量20；压缩式热泵系统供热量21；吸收式制冷系统制冷量22；换热器供热量23；供给用户冷量24；供给用户热量25；供给用户蒸汽量26。

用户负荷、混合/分配器：电网电负荷E；用户冷负荷C；用户热负荷H；用户蒸汽负荷S；将一股能量/物质流按需分配为多股X；将多股能量/物质流混合为一股Σ。

图3中：

各设备：工质压缩机PUMP1；冷凝器CON1：节流阀VAL1；蒸发器EVA1。

物质流：制冷回水27；制冷水28；冷却水29；冷却回水30。

图4中：

各设备：工质压缩机PUMP2；冷凝器CON2；节流阀VAL2；蒸发器EVA2。

物质流：热泵工质循环31～34；冷却水35；冷却回水36；供热回水37；供热水38。

图5中：

各设备：发生器GEN；溶液换热器SHE；溶液泵PUMP3；节流阀VAL3、VAL4；吸收器ABS；冷凝器CON3；蒸发器EVA3。

物质流：供给发生器热蒸汽39；流出发生器蒸汽40；吸收器冷却水41；吸收器冷却回水42；冷凝器冷却回水43；冷凝器冷却水44；流出吸收器工质溶液45；升压后工质溶液46；溶液换热器吸热后工质溶液47；流出发生器工质溶液48；溶液换热器放热后工质溶液49；降压后工质溶液50；流出发生器工质51；流出冷凝器工质52；降压后工质53；流出蒸发器后工质54；制冷回水55；制冷水56。

图6中：

各设备：热泵蒸发器601；热泵工质压缩机602；热泵工质与储热器换热器603；热泵节流阀604；高温储热罐605；低温储热罐606；ORC工质预热器607；ORC工质蒸发器608；ORC工质膨胀机609；ORC冷凝器610；工质泵611；发电机612。

物质流：热泵工质循环57～60；储热循环61～64；ORC工质循环65～68。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

相关技术中，含混合储能的综合能源系统运行控制方法和火力发电厂综合能源系统仅考虑了目前火电厂作为综合能源系统核心的技术方案，并未考虑火电厂结合目前先进的能源转换与利用技术、先进储能技术、可再生能源利用技术后的节能潜力，未将现阶段大量的可再生能源消纳需求考虑在内，也未考虑现阶段电厂主要面临的发电小时数下降、盈利能力不足等问题。

需要说明的是，综合能源服务是一种新型的为满足终端用户多元化能源生产与消费的能源服务方式，可以为用户提供“一站式、全方位、定制化”的能源解决方案，涵盖能源集成规划、建设、投资、运营及评价等，具有高效、融合、开放的特点。比如，在规划、建设和运行等过程中，综合能源系统可以通过对多种能源的生产、传输、分配、转换、储存、消费等环节进行有机协调与优化，形成以满足冷、热、电、汽等多种能源产品需求的能源产供销一体化系统。综合能源系统能够采用先进管理方法以及科学技术对能源系统中的不同能源进行整合，从而使不同的能源子系统可以协调规划、互补互济，从而实现能源的梯级利用，提高能源利用效率。

针对上述问题，若能使火电厂借助综合能源服务的发展势头与政策导向，结合自身优势，构建基于火电厂源侧的综合能源服务体系，通过耦合各类新型能源转换技术与储能技术，实现所在区域的多能耦合协同供应、能源综合梯级利用、可再生能源耦合利用和电力削峰填谷高效利用，不仅可以提升火电厂自身盈利能力，同时可降低区域内企业的用能成本、提升能源利用效率，对于改善现有火电厂的经济性和环保性具有重要意义。

下面参考附图描述本申请实施例的适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质。针对上述背景技术中提到的问题，本申请提供了一种适用于火力发电厂的综合能源系统，具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种适用于火力发电厂的综合能源系统图。

如图1所示，该适用于火力发电厂的综合能源系统10包括：多个燃料设备110、火电机组120、多个能源转化设备130及控制器140。

其中，多个燃料设备110可以用于将可再生物质转化为可再生燃料；火电机组120可以用于燃烧可再生燃料和/或非可再生燃料产生电能和蒸汽能；多个能源转化设备130可以用于将电能和/或蒸汽能转化为热能和/或冷能；控制器140可以用于根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种。

其中，用户的需求负荷可以包括用热负荷、用冷负荷、用汽负荷和用电负荷。

具体地，如图2所示，本申请实施例的多个燃料设备110可以包括：污泥综合处置设备204、生物质气化炉205、垃圾气化炉206和垃圾焚烧炉207。

其中，污泥综合处置设备204可以用于对污泥进行干化处理，并与煤炭掺混得到掺混燃料；生物质气化炉205可以用于将生物质转化为气态燃料；垃圾气化炉206可以用于将生活垃圾转化为气态燃料；垃圾焚烧炉207可以用于燃烧生活垃圾产生温度高于预设温度的高温烟气。

在本申请实施例中，污泥综合处置设备204、生物质气化炉205垃圾气化炉206和垃圾焚烧炉207还具有以下有益效果：

(1)、污泥综合处置设备204可以消纳城市污泥进入锅炉作为燃料燃烧，城市污泥中含有大量的有机物和一定的纤维木质素，脱水干燥后具有较高的热值，干化污泥可以作为燃料使用。焚烧(掺烧)是使污泥中的可燃成分在高温下经充分燃烧，最终成为稳定的灰渣的一类污泥处理工艺。焚烧(掺烧)法具有减容、减重率高，处理速度快，无害化较为彻底，能源再利用等优点。焚烧(掺烧)过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解，可以达到无害化、减量化、资源化的目标。近年来，焚烧(掺烧)法由于采用了合适的预处理工艺和先进的焚烧(掺烧)方法，满足了越来越严格的环境要求，成为彻底处置污泥的最有效实用技术之一。

(2)、生物质气化炉205可以将不易燃烧的生物质资源转换为易燃、高热值的气体燃料，并将气体燃料送入锅炉燃烧，具有节约化石能源的效果，降低燃烧煤带来的环境成本，有很好的环保效益。同时也能降低发电成本，缓解燃煤电厂经营压力。

(3)、垃圾气化炉206可以使用城市废弃物前置干燥炭化处理技术，使垃圾在一体化处理机内发生干燥、炭化和粉碎过程，此过程中水分首先析出形成水蒸气，其次有机物热解析出挥发性可燃气体，并将气体燃料送入锅炉燃烧，与生物质气化炉有相同的优势，但相对于生物质气化炉，使用垃圾作为能源有着承担社会责任及保障民生积极影响，

(4)、垃圾焚烧炉207，直接焚烧生活垃圾，将焚烧生活垃圾后的高温烟气产物送入煤粉锅炉进一步燃烧，共同产生高温烟气发电。与上述垃圾气化炉有相同的优势，同时也可利用锅炉的环保设备，将垃圾焚烧产生的烟气净化，有着相对于单一垃圾焚烧设备更好的环保效益。

在本申请实施例中，火电机组120可以包括：燃煤锅炉201、汽轮机组202和发电机203。

其中，燃煤锅炉201可以用于燃烧掺混燃料和/或气态燃料产生高温烟气，并与垃圾焚烧炉产生的高温烟气通过多个烟气换热面将水加热为高温蒸汽；汽轮机组202可以用于将高温蒸汽转化为机械能，并产生压力小于预设压力的蒸汽能；发电机203可以用于将机械能转化为电能。

在本申请实施例中，多个能源转化设备130可以包括：压缩式制冷系统209、压缩式热泵系统210、吸收式制冷系统211和换热器212。

其中，压缩式制冷系统209可以用于将电能转化为冷能；压缩式热泵系统210可以用于将电能转化为热能；吸收式制冷系统211可以用于将蒸汽能换为冷能；换热器212可以用于将蒸汽能换为热能。其中，压缩式制冷系统209的系统示意图可以如图3所示，压缩式热泵系统210的系统示意图可以如图4所示，吸收式制冷系统211的系统示意图可以如图5所示。

在本申请实施例中，压缩式制冷系统209、压缩式热泵系统210和吸收式制冷系统211还具有以下有益效果：压缩式制冷系统209、压缩式热泵系统210和吸收式制冷系统211，具有较高的性能系数，可以为用户提供冷、热两种能源产品，能够有效提高能源利用效率，同时满足电厂周边工业园区的多种能源产品需求，大幅降低周边企业用能成本，提高经济效益。

在本申请实施例中，控制器140进一步用于：在供热负荷小于用热负荷和/或供冷负荷小于用冷负荷时，控制多个能源转化设备增加电能的用能量至第一目标量，使得供热负荷满足用热负荷和/或供冷负荷满足用冷负荷；在供热负荷大于用热负荷和/或供冷负荷大于用冷负荷时，控制火电机组降低蒸汽能的产量至第二目标量，以增加火电机组的电能产量。

其中，供热负荷、供冷负荷都属于供能负荷，供能负荷还包括供汽负荷和供电负荷，供汽负荷和供电负荷将在以下实施例中具体描述，此处不再赘述。

其中，第一目标量和第二目标量可以根据实际情况进行具体设置等，对此不作具体限定。

可以理解的是，如图2所示，对于冷负荷C和热负荷H，若冷负荷C和热负荷H较高，本申请实施例可以利用发电机203的发电量(用于供给冷热的电力13)供给压缩式制冷系统209和压缩式热泵系统210，满足用户需求；反之同理，本申请实施例可以在冷负荷C和热负荷H较低时减少汽轮机抽汽14，产生更多的电能(发电机所发电力8)。

在本申请实施例中，控制器140进一步用于：在供汽负荷小于用汽负荷时，控制火电机组增加蒸汽能的产量至第三目标量，使得供汽负荷满足用汽负荷；在供汽负荷大于用汽负荷时，控制火电机组降低蒸汽能的产量至第四目标量，以增加火电机组的电能产量。

其中，第三目标量和第四目标量可以根据实际情况进行具体设置等，对此不作具体限定。

可以理解的是，如图2所示，对于蒸汽负荷S，若蒸汽负荷S较高，本申请实施例可以增大汽轮机抽汽14，此时发电机203的发电量(发电机所发电力8)减少，满足蒸汽负荷S，如果蒸汽负荷S较低，则可以减少汽轮机抽汽14产生更多的电能(发电机所发电力8)。

在本申请实施例中，本申请的综合能源系统10还包括：热泵储电系统208，可以用于在充电过程中，将火电机组产生的电能转化为热能，在放电过程中，将热能转化为电能。

其中，热泵储电系统208可以包括：热泵蒸发器601、热泵工质压缩机602、热泵工质与储热器换热器603、热泵节流阀604、高温储热罐605、低温储热罐606、ORC工质预热器607、ORC工质蒸发器608、ORC工质膨胀机609、ORC冷凝器610、工质泵611和发电机612。

具体地，如图6所示，热泵储电系统208运行流程可以包括：

(1)、在充电过程中，热泵储电系统的热泵工质压缩机602消耗外部输入的电力，将火电机组120产生的电能转化为热能存储在高温储热罐605中，经过热泵节流阀604后，热泵工质进入热泵蒸发器601以吸收外界低温热源的热量(热泵工质循环57、58)，并经过热泵工质压缩机602返回高温储热罐605；

(2)、在放电过程中，ORC工质利用储存的热量做功，并经过ORC工质膨胀机609带动发电机612转化为电能(OCR工质循环65、66)，在经过ORC冷凝器610冷却(OCR工质循环66、67)、工质泵212加压(OCR工质循环67、68)后返回ORC工质预热器607和ORC工质蒸发器608中完成一次循环。

可以理解的是，本申请实施例的热泵储电系统208可以通过充电和放电过程，将来自燃煤机组发电机的电能以热能的形式存储在高温储热罐605中。

在本申请实施例中，热泵储电系统208还具有以下有益效果：

热泵储电系统可以在发电负荷大于用电负荷时通过电驱动热泵系统将电能与一部分外界获取的能量转化为热能储存，在有需要时再使用热驱动的ORC发电系统将热量转化为电能释放，达到储能的效果。由于热泵系统有较高的COP(Coefficient OfPerformance，性能系数)，同时可利用外界热量，可以弥补ORC发电系统效率不高的缺点，并且可以利用现阶段较为成熟的储热来替代传统的储电，具有储能效率高、储能规模大、安全性与稳定性较好、不受地理条件约束、寿命较长、技术成熟等优点。

在本申请实施例中，控制器140进一步用于：在供电负荷小于用电负荷时，控制热泵储电系统释放存储的电能，使得供电负荷满足用电负荷；在供电负荷大于用电负荷时，控制热泵储电系统存储供电负荷超出用电负荷部分的电能。

可以理解的是，对于电负荷E，若此时电网电负荷E高于被冷负荷C、热负荷H使用或节省的发电量9，本申请实施例可以将热泵储电系统208中的能量(热泵储能系统释放的电力12)释放，满足电网负荷E；电网电负荷E较低时本申请实施例可以储存热泵储能系统储存的电力11，此时电负荷E已经能在绝大多数情况下满足而不用改变汽轮发电机组的负荷输出水平。

下面将结合图2对适用于火力发电厂的综合能源系统的工作流程进行阐述，具体如下：

在系统的输入端，有煤炭耦合干化污泥3、生物质气化炉205、垃圾气化炉206、垃圾焚烧炉207四个能量输入，系统以燃煤电厂机组作为核心能量转换设备，通过锅炉201燃烧燃料(煤炭—干化污泥掺混燃料3、生物质气化—垃圾气化混合燃料6)，产生高温烟气，与垃圾焚烧炉207产生的高温烟气7混合加热产生高温蒸汽，进入汽轮发电机组202、203发电，同时也可产生一部分高温、压力较低的蒸汽14，用于驱动吸收式制冷系统211、换热器设备212供给用户的冷负荷C、热负荷H或者直接供给用户的蒸汽负荷需求S。发电机203产生的电能8首先分配一部分用于供给冷热的电力13用于驱动压缩式制冷系统209与压缩式热泵系统210供给用户的冷负荷C、热负荷H，而后通过热泵储电系统208，最后供给电网电负荷E。

下面将通过一个具体实施例对适用于火力发电厂的综合能源系统的运行原理进行阐述，具体包括：

(1)、基本运行方案为：本申请实施例在保持火电机组燃煤锅炉201、汽轮机组202、发电机203设计负荷输出水平的基础上，结合生物质燃料设备205、生活垃圾燃料设备垃圾气化炉206、垃圾焚烧炉207、污泥综合处置设备204三类可再生能源利用技术，提高了汽轮机组202的输出量，这部分输出通过汽轮机抽汽，以蒸汽的形式(汽轮机抽汽14)抽出，用于驱动吸收式制冷系统211满足用户的冷负荷C需求，驱动换热器212满足用户的热负荷H需求，或直接向用户提供蒸汽负荷S。此时发电机203的发电量8则用于满足电网的电负荷E。

(2)、对于冷负荷C和热负荷H，若冷负荷C和热负荷H较高，本申请实施例可以利用发电机203的发电量(用于供给冷热的电力13)供给压缩式制冷系统209和压缩式热泵系统210，满足用户需求；反之同理，本申请实施例可以在冷负荷C和热负荷H较低时减少汽轮机抽汽14，产生更多的电能(发电机所发电力8)。

(3)、对于蒸汽负荷S，若蒸汽负荷S较高，本申请实施例可以增大汽轮机抽汽14，此时发电机203的发电量(发电机所发电力8)减少，满足蒸汽负荷S，如果蒸汽负荷S较低，则可以减少汽轮机抽汽14产生更多的电能(发电机所发电力8)。

(4)、对于电负荷E，若此时电网电负荷E高于被冷负荷C、热负荷H使用或节省的发电量9，本申请实施例可以将热泵储电系统208中的能量(热泵储能系统释放的电力12)释放，满足电网负荷E；电网电负荷E较低时本申请实施例可以储存热泵储能系统储存的电力11，此时电负荷E已经能在绝大多数情况下满足而不用改变汽轮发电机组的负荷输出水平。

(5)、最后，如果以上运行方案受限于系统中任意一个设备规模而无法在不改变火电机组燃煤锅炉201、汽轮机组202、发电机203负荷输出水平的情况下满足用户需求或不浪费能量，再提高或降低火电机组燃煤锅炉201、汽轮机组202、发电机203的负荷输出水平。

由此，在上述运行模式下，火电机组可以一直处于设计负荷的运行状态，大幅度提高了机组运行效率，降低了运行成本，也减少了频繁变工况导致的安全问题；同时可再生能源得到了有效利用，并且基于储电设备，降低了负荷的不稳定性带来的影响；并且，通过梯级利用能量以及各类高效能量转换设备，为用户提供了冷、热、电、汽等多种形式的能源产品。

综上，本申请实施例的适用于火力发电厂的综合能源系统具有如下效果：

(1)、结合目前先进的可再生能源利用技术，可以在火电厂的输入侧耦合生物质燃料、生活垃圾燃料、污泥耦合处置、风力及光伏发电等多种能源输入，降低煤炭、天然气等化石能源的消耗，并可以大幅度消纳现阶段的生物质、垃圾等可再生能源，提高电厂的综合效益，适应现阶段的环保减碳要求；

(2)、通过能量的梯级利用技术，可以在输出侧使用热泵、制冷机等多种能源转换设备，同时向用户提供冷、热、电、汽等多种形式的能源产品，以同时满足电网及电厂周边园区的电力、冷、热、汽等各类能源产品的需求，提高火力发电厂的综合能源利用率；

(3)、在负荷波动较大时，可以通过先进的热泵储电技术，在电网负荷需求较高时，释放储存的电能，在电网负荷较低时储存，在保证需求的同时，最大程度降低负荷波动对发电设备的影响，保证火电厂设备的安全运行，减少损耗，延长设备使用寿命；

(4)、通过合理设计的运行方法，可以设计使火电厂可以长期运行在较高效率下，满足用户的多种能源需求，提高能源的综合效率，减少浪费。

(5)、通过以火电厂为核心设计的综合能源系统，可以为现阶段燃煤电厂改造提供技术方案，为现阶段的电厂提供有效的发展路径。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的一种适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法。

图7是本申请实施例的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法流程图。如图7所示，该适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取用户的需求负荷；

在步骤S102中，根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种。

在本申请实施例中，供能负荷包括供热负荷、供冷负荷和供汽负荷，需求负荷包括用热负荷、用冷负荷和用汽负荷，根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种，包括：在供热负荷小于用热负荷和/或供冷负荷小于用冷负荷时，控制多个能源转化设备增加电能的用能量至第一目标量，使得供热负荷满足用热负荷和/或供冷负荷满足用冷负荷；在供热负荷大于用热负荷和/或供冷负荷大于用冷负荷时，控制火电机组降低蒸汽能的产量至第二目标量，以增加火电机组的电能产量。

在本申请实施例中，根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种，包括：在供汽负荷小于用汽负荷时，控制火电机组增加蒸汽能的产量至第三目标量，使得供汽负荷满足用汽负荷；在供汽负荷大于用汽负荷时，控制火电机组降低蒸汽能的产量至第四目标量，以增加火电机组的电能产量。

在本申请实施例中，供能负荷包括供电负荷、需求负荷包括用电负荷，根据用户的需求负荷控制火电机组和多个能源转化设备为用户提供电能、蒸汽能、热能和冷能中的至少一种，还包括：在供电负荷小于用电负荷时，释放存储的电能，使得供电负荷满足用电负荷；在供电负荷大于用电负荷时，存储供电负荷超出用电负荷部分的电能。

需要说明的是，前述对适用于火力发电厂的综合能源系统的实施例的解释说明也适用于该实施例的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法，可以通过在火电厂引入热泵储电技术、可再生能源技术与能源综合利用技术，达到使火电厂减少煤炭消耗、消纳可再生能源、多能源产品供给、平抑负荷波动、高效环保的效果；同时通过合理设计的运行方法，设计使火电厂可以长期运行在较高效率下，满足用户的多种能源需求，提高能源的综合效率，减少浪费。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

Claims (14)

1.一种适用于火力发电厂的综合能源系统，其特征在于，包括：

多个燃料设备，用于将可再生物质转化为可再生燃料；

火电机组，用于燃烧所述可再生燃料和/或非可再生燃料产生电能和蒸汽能；

多个能源转化设备，用于将所述电能和/或所述蒸汽能转化为热能和/或冷能；

控制器，用于根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供能负荷包括供热负荷、供冷负荷和供汽负荷，所述需求负荷包括用热负荷、用冷负荷和用汽负荷，所述控制器进一步用于：

在所述供热负荷小于所述用热负荷和/或所述供冷负荷小于所述用冷负荷时，控制所述多个能源转化设备增加所述电能的用能量至第一目标量，使得所述供热负荷满足所述用热负荷和/或所述供冷负荷满足所述用冷负荷；

在所述供热负荷大于所述用热负荷和/或所述供冷负荷大于所述用冷负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第二目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：

在所述供汽负荷小于所述用汽负荷时，控制所述火电机组增加所述蒸汽能的产量至第三目标量，使得所述供汽负荷满足所述用汽负荷；

在所述供汽负荷大于所述用汽负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第四目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

热泵储电系统，用于在充电过程中，将所述火电机组产生的电能转化为热能，在放电过程中，将所述热能转化为电能。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热泵储电系统包括：热泵蒸发器、热泵工质压缩机、热泵工质与储热器换热器、热泵节流阀、高温储热罐、低温储热罐、ORC工质预热器、ORC工质蒸发器、ORC工质膨胀机、ORC冷凝器、工质泵和发电机，其中，

在充电过程中，所述热泵工质压缩机将所述火电机组产生的电能转化为热能，所述高温储热罐存储所述热泵工质压缩机转化得到的热能，并经过热泵节流阀后，进入所述热泵蒸发器，以吸收所述热泵储电系统外部的热量，并经过所述热泵工质压缩机返回所述高温储热罐；

在放电过程中，所述ORC工质蒸发器利用储存的热量做功，经过所述ORC工质膨胀机带动所述发电机转化为电能，并经过所述ORC冷凝器冷却、所述工质泵加压后返回所述ORC蒸发器。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述供能负荷包括供电负荷、所述需求负荷包括用电负荷，所述控制器进一步用于：

在所述供电负荷小于所述用电负荷时，控制所述热泵储电系统释放存储的电能，使得所述供电负荷满足所述用电负荷；

在所述供电负荷大于所述用电负荷时，控制所述热泵储电系统存储所述供电负荷超出所述用电负荷部分的电能。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个燃料设备包括：

污泥综合处置设备，用于对污泥进行干化处理，并与煤炭掺混得到掺混燃料；

生物质气化炉，用于将生物质转化为气态燃料；

垃圾气化炉，用于将生活垃圾转化为气态燃料；

垃圾焚烧炉，用于燃烧生活垃圾产生温度高于预设温度的高温烟气。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述火电机组包括：

燃煤锅炉，用于燃烧掺混燃料和/或气态燃料产生高温烟气，并与所述垃圾焚烧炉产生的高温烟气通过多个烟气换热面将水加热为高温蒸汽；

汽轮机组，用于将所述高温蒸汽转化为机械能，并产生压力小于预设压力的蒸汽能；

发电机，用于将所述机械能转化为所述电能。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个能源转化设备包括：

压缩式制冷系统，用于将所述电能转化为冷能；

压缩式热泵系统，用于将所述电能转化为热能；

吸收式制冷系统，用于将所述蒸汽能换为冷能；

换热器，用于将所述蒸汽能换为热能。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取用户的需求负荷；

根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述供能负荷包括供热负荷、供冷负荷和供汽负荷，所述需求负荷包括用热负荷、用冷负荷和用汽负荷，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，包括：

在所述供热负荷小于所述用热负荷和/或所述供冷负荷小于所述用冷负荷时，控制所述多个能源转化设备增加所述电能的用能量至第一目标量，使得所述供热负荷满足所述用热负荷和/或所述供冷负荷满足所述用冷负荷；

在所述供热负荷大于所述用热负荷和/或所述供冷负荷大于所述用冷负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第二目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，包括：

在所述供汽负荷小于所述用汽负荷时，控制所述火电机组增加所述蒸汽能的产量至第三目标量，使得所述供汽负荷满足所述用汽负荷；

在所述供汽负荷大于所述用汽负荷时，控制所述火电机组降低所述蒸汽能的产量至第四目标量，以增加所述火电机组的电能产量。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述供能负荷包括供电负荷、所述需求负荷包括用电负荷，所述根据用户的需求负荷控制所述火电机组和所述多个能源转化设备为用户提供所述电能、所述蒸汽能、所述热能和所述冷能中的至少一种，还包括：

在所述供电负荷小于所述用电负荷时，释放存储的电能，使得所述供电负荷满足所述用电负荷；

在所述供电负荷大于所述用电负荷时，存储所述供电负荷超出所述用电负荷部分的电能。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如10-13任意一项所述的适用于火力发电厂的综合能源系统的运行方法。

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