CN114992615A - 一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于储能技术领域，涉及一种电‑熔融盐‑蒸汽耦合储能深度调峰系统，包括汽轮机发电系统、熔融盐换热系统和蒸汽发生系统，所述汽轮机发电系统和熔融盐换热系统之间设有熔融盐电加热器，所述熔融盐换热系统包括熔融盐放热系统和熔融盐储热系统，所述熔融盐放热系统的熔融盐通过熔融盐电加热器加热后进入熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统的熔融盐通过蒸汽发生系统放热后回到熔融盐放热系统。本发明通过将火力发电厂与熔融盐储热系统结合，充分利用熔融盐可大容量储热的特点，将机组生产的电量以热量的形式存储在熔融盐中，使锅炉和汽轮机组均运行在最低稳燃负荷以上，当存储的电量足够大时，从电网侧看来，机组实现了深度调峰。

Description

一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统。
背景技术
随着光伏、风电等新能源机组装机容量比例的大幅提高，以及新能源机组发电随机性大的条件下，电网从安全稳定运行的角度出发，对于火电机组，尤其是燃煤机组的调峰能力就提出了更高的要求。大型燃煤机组因为锅炉、汽轮机等主机设备和辅机设备的特点，一般很难在较低负荷连续稳定运行，调峰能力较弱，如不进行一些针对性的设计，一般不能满足电网的要求，这个难题在存量机组上体现的尤其明显。
煤电机组深度调峰技术符合国内产业政策，新的政策对于燃煤机组深度调峰的支持力度大幅增加，将会大力推动燃煤机组深度调峰产业的发展。
大型燃煤机组深度调峰主要需要解决锅炉侧的技术难题，目前燃煤锅炉深度调峰的难点主要集中在以下方面：(1)锅炉低负荷稳燃问题；(2)锅炉低负荷工况下水动力问题；(3)选择性催化还原(SCR)脱硝系统入口烟温低影响脱硝系统投运；(3)受热面易超温问题；(4)水平烟道积灰问题；等等。因为机组的大范围负荷变动，燃煤机组需承受大幅度的温度变化，导致关键零部件疲劳磨损，甚至发生事故跳机。
锅炉侧的深度调峰技术主要是从系统和设备本身去改善低负荷的运行特性，从而达到整个系统低负荷运行的要求。但因设备和系统本身的原因，即使进行了优化，但是通过机组运行的情况来看，燃煤机组低负荷运行性能并没有明显改善，比如稳燃、水动力特性和脱硝投入等还是存在各种各样的问题。
火电厂的热储能一般是电加热水或蒸汽换热加热水，将热水存储在热水罐中，这种储能方式一般是在我国北方有采暖需求的地区实施，储能系统投用时间受季节的影响，而且储能规模不大，因此很难应用在火电厂深度调峰或调频上。
火电厂的电储能一般是与蓄电池结合，但是受制于电池能量密度、安全性、建设成本等条件，目前尚处于试点示范项目阶段，还没形成大规模商业化应用场景，无法与火电厂深度调峰或调频相匹配。
压缩气体储能受技术特点影响，一般存储规模较大，因此受地理条件限制明显，推广难度大，而且压缩气体的利用途径也在研究中，尚无大规模高效利用的技术方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，设计的一种稳定可靠，调峰速度快，灵活运行的电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，包括汽轮机发电系统、熔融盐换热系统和蒸汽发生系统，所述汽轮机发电系统和熔融盐换热系统之间设有熔融盐电加热器，所述熔融盐换热系统包括熔融盐放热系统和熔融盐储热系统，所述熔融盐放热系统的熔融盐通过熔融盐电加热器加热后进入熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统的熔融盐通过蒸汽发生系统放热后回到熔融盐放热系统。
优选的，所述汽轮机发电系统包括汽轮发电机组，所述熔融盐电加热器与汽轮发电机组连接，用于将汽轮发电机组的电量以热量的形式存储在熔融盐中。
优选的，所述熔融盐放热系统包括冷熔融盐储罐，所述冷熔融盐储罐的出口通过冷熔融盐泵与熔融盐电加热器连接。
优选的，所述熔融盐储热系统包括热熔融盐储罐，所述热熔融盐储罐的出口通过热熔融盐泵与蒸汽发生系统连接。
优选的，所述蒸汽发生系统包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的两端分别连接热熔融盐储罐的出口和冷熔融盐储罐的进口。
优选的，所述蒸汽发生器将给水或冷再热蒸汽加热后接到机组蒸汽系统用于发电或直接对外供热。
采用上述技术方案后，本发明提供的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统具有以下有益效果：
(1)锅炉机组连续运行在稳定负荷以上，机组稳定性好；
锅炉的低负荷运行稳定性是燃煤机组深度调峰的主要瓶颈，火储结合可以使锅炉保持在其最低稳燃负荷以上运行，将锅炉燃煤燃烧产生的多余能量以热量的形式储存在熔融盐中，整个火电机组的对外发电量降低到深度调峰的要求值，实现机组深度调峰。
(2)机组调峰速度快；
火储结合深度调峰，燃煤锅炉和汽轮发电机组的运行负荷不变的情况下，通过把高出调度负荷的电量直接消纳，转化为熔融盐中的热量，这一操作比燃煤机组自身降负荷的流程大幅简化，可以加快机组负荷的调整速度。
(3)深度调峰后对锅炉及辅助设备的寿命无影响；
火电机组在深度调峰时，锅炉实际运行在其最低稳燃负荷以上，锅炉不会出现低负荷稳燃、干-湿态切换、SCR脱硝入口烟温过低、受热面超温、转动设备振动等问题，对锅炉及其辅机的寿命无影响。
(4)熔融盐储热系统应用日趋成熟完善；
熔融盐作为储能材料具有热容大、粘度低、蒸汽压低、使用温度宽等众多特点，是一种理想的储热介质。熔融盐储热系统经过近年来在国内外一批投运的光热电站中应用，熔融盐系统的设计、运行经验不断积累，系统运行稳定性日趋成熟完善。
因此，本发明通过将火力发电厂与熔融盐储热系统结合，当电网调度的负荷低于锅炉最低稳燃负荷时，燃煤锅炉和汽轮机组连续运行在最低稳燃负荷以上，将多出的电量通过电加热器储存在熔融盐储热系统中，当存储的电量足够大时，从电网侧看，该机组已经达到深度调峰的要求，既满足了电网调度的要求，也实现了火电机组连续稳定运行；本发明利用熔融盐储热来消纳机组深度调峰的电量，电加热器的响应速度快，可以快速降低发电机组出力，有利于提高发电机组的调频性能。
附图说明
图1为本发明一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统的流程示意图。
其中：熔融盐电加热器1、汽轮发电机组2、冷熔融盐储罐3、冷熔融盐泵4、热熔融盐储罐5、热熔融盐泵6、蒸汽发生器7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，如图1所示，包括汽轮机发电系统、熔融盐换热系统和蒸汽发生系统。
所述汽轮机发电系统和熔融盐换热系统之间设有熔融盐电加热器1，所述汽轮机发电系统包括汽轮发电机组2，所述熔融盐电加热器1与汽轮发电机组2连接，用于将汽轮发电机组2的电量以热量的形式存储在熔融盐中。
所述熔融盐换热系统包括熔融盐放热系统和熔融盐储热系统，所述熔融盐放热系统的熔融盐通过熔融盐电加热器1加热后进入熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统的熔融盐通过蒸汽发生系统放热后回到熔融盐放热系统，具体的，所述熔融盐放热系统包括冷熔融盐储罐3，所述冷熔融盐储罐3的出口通过冷熔融盐泵4与熔融盐电加热器1连接，所述熔融盐储热系统包括热熔融盐储罐5，所述热熔融盐储罐5的出口通过热熔融盐泵6与蒸汽发生系统连接，所述蒸汽发生系统包括蒸汽发生器7，所述蒸汽发生器7的两端分别连接热熔融盐储罐5的出口和冷熔融盐储罐3的进口，所述蒸汽发生器7将给水或冷再热蒸汽加热后接到机组蒸汽系统用于发电或直接对外供热；即上述熔融盐包括吸热和放热两个阶段，具体的：
熔融盐吸热阶段：通过设置熔融盐电加热器1，将汽轮发电机组2发的部分电量以热量的形式存储在熔融盐中，冷熔融盐储罐3中的冷熔融盐经冷熔融盐泵4增压后接入熔融盐电加热器1，被电加热后进入热熔融盐储罐5，热量储存在热熔融盐储罐5中。
熔融盐放热阶段：通过设置蒸汽发生器7，热熔融盐储罐5中的热熔融盐经热熔融盐泵6增压后接入蒸汽发生器7，放热后回到冷熔融盐储罐3，给水或冷再热蒸汽通过蒸汽发生器7被加热后，接到机组蒸汽系统用于发电或直接对外供热。
本发明一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，当电网调度的负荷(如35％Pr)低于锅炉最低稳燃负荷(如40％Pr)时，燃煤锅炉和汽轮发电机组2连续运行在最低稳燃负荷(如40％Pr)以上不再降低，将汽轮发电机组2多发的电量(Δ＝5％Pr)通过熔融盐电加热器1加热储能介质，将电储存在储能系统中，从电网侧看，该机组已经达到深度调峰的要求；储能系统采用熔融盐作为储能介质，熔融盐在储热系统中的应用主要是在其熔融状态下，这个温度区间取决于熔融盐的固有特性，不同组分的熔融盐凝固点温度一般不同，一般熔融盐的凝固点在180～250℃左右，最高使用温度在500～600℃左右。
存储在熔融盐罐中的热熔融盐，其能量很难直接利用，通过蒸汽发生器7系统，利用热熔融盐将给水加热至满足汽轮机要求的蒸汽参数，冷熔融盐从蒸汽发生系统出口接入冷熔融盐储罐3，蒸汽发生器7产生的蒸汽用来推动汽轮机发电，熔融盐储存的热量通过该途径即可转化为电能；当然，蒸汽发生器7产生的蒸汽也可以用来对外供热。
综上所述，本发明提供的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，通过将火力发电厂与熔融盐储热系统结合，充分利用熔融盐可大容量储热的特点，将机组生产的电量以热量的形式存储在熔融盐中，使锅炉和汽轮机组均运行在最低稳燃负荷以上，当存储的电量足够大时，从电网侧看来，机组实现了深度调峰；因锅炉运行在最低稳燃负荷之上，因此不会出现锅炉低负荷稳燃、脱硝系统入口烟温低、水平烟道积灰等等问题，有效解决了燃煤机组深度调峰问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：包括汽轮机发电系统、熔融盐换热系统和蒸汽发生系统，所述汽轮机发电系统和熔融盐换热系统之间设有熔融盐电加热器(1)，所述熔融盐换热系统包括熔融盐放热系统和熔融盐储热系统，所述熔融盐放热系统的熔融盐通过熔融盐电加热器(1)加热后进入熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统的熔融盐通过蒸汽发生系统放热后回到熔融盐放热系统。
2.根据权利要求1所述的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：所述汽轮机发电系统包括汽轮发电机组(2)，所述熔融盐电加热器(1)与汽轮发电机组(2)连接，用于将汽轮发电机组(2)的电量以热量的形式存储在熔融盐中。
3.根据权利要求1所述的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：所述熔融盐放热系统包括冷熔融盐储罐(3)，所述冷熔融盐储罐(3)的出口通过冷熔融盐泵(4)与熔融盐电加热器(1)连接。
4.根据权利要求3所述的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：所述熔融盐储热系统包括热熔融盐储罐(5)，所述热熔融盐储罐(5)的出口通过热熔融盐泵(6)与蒸汽发生系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：所述蒸汽发生系统包括蒸汽发生器(7)，所述蒸汽发生器(7)的两端分别连接热熔融盐储罐(5)的出口和冷熔融盐储罐(3)的进口。
6.根据权利要求5所述的一种电-熔融盐-蒸汽耦合储能深度调峰系统，其特征在于：所述蒸汽发生器(7)将给水或冷再热蒸汽加热后接到机组蒸汽系统用于发电或直接对外供热。
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