CN115127136A - 一种基于可再生能源热力站的储能供热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可再生能源热力站的储能供热系统及方法，包括：供热换热站；水箱，所述水箱的第一出口通过放热水泵、第三电动门与所述供热换热站连接，所述水箱的进口通过第六电动门、第二电动门与所述供热换热站连接；所述水箱的第二出口和进口之间通过第一电动门、加热装置、第五电动门、第一循环泵和第六电动门形成循环回路；所述水箱的进口通过所述第六电动门、所述第一循环泵和第四电动门与所述供热换热站连接。本发明的技术方案是通过各设备之间形成多个回路，根据需求实现独立自主的运行，提高了供热系统的安全可靠性，并且热力站储能供热系统可承担外界的热负荷，具有较高的经济效益和环保效益。

Description

一种基于可再生能源热力站的储能供热系统及方法

技术领域

本发明涉及供热行业的智能控制领域，特别是涉及一种基于可再生能源热力站的储能供热系统及方法。

背景技术

目前，城市集中供热均为热电联产机组抽汽加热一级热网水，经城市里各热力站换热加热二级热网水，二级热网水到用户，给用户供热。这种一级网、换热站、二级网的供热系统已经沿用多年，技术比较成熟。随着国家“双碳”目标的提出和以新能源为主体的新型电力系统的提出，热电联产机组减碳和火电机组热电矛盾的问题越来越突出，传统的城市集中供热系统出现了不符合现如今的发展需求，主要问题如下：

(1)基本以燃煤和燃气机组为主要热源，碳排放压力较大。目前城市集中供热的热源主要为燃煤和燃气发电机组，整个供暖季下来耗煤量巨大。以一个城市的燃煤供热机组为例，如果接带1000万平米热负荷，供热煤耗按照40kg/GJ计算，一个采暖季消耗5000大卡动力煤约30万吨，排放二氧化碳约78万吨，同时排放大量二氧化硫和氮氧化物。热电联产电厂在城市附近，一般不具备大量布置光伏和风能等新能源制热装备的场地，同时由于热电联产机组一级网回水温度在60℃-70℃，留给新能源等热源换热的端差空间较小，因此在电厂侧进行降碳的可行性较低。

(2)在现行的电力市场现货交易大环境下，热电矛盾日益突出。目前电网公司已经明确提出构建以新能源为主体的新型电力系统，为促进新能源机组的电量消纳，必定要限制火电机组的上网电量。对于非供热机组，可以采用停机、频繁启停等手段响应深度调峰；对于供热机组，受供热负荷限制难以深度调峰，虽然目前行业内提出了切除低压缸供热、高低旁路供热以及电锅炉供热，但仍然难以灵活响应现货交易市场的需要，主要是因为切除低压缸供热、高低旁路供热以及电锅炉供热都是从降低电负荷来保证热负荷的技术角度出发的，而电力现货交易市场比较复杂，存在电力负荷需求和热负荷需求均较高等情况，这时候电热负荷矛盾问题无法解决。

(3)现行城市集中供热热力站系统缺乏独立运行和调控的手段。目前热力站就是一个简单的换热系统，仅仅具备调节二次网供回水温度的功能，无法配合热源侧进行负荷调节。当热源侧发生事故，或是较少了对外的供热出力时，各热力站是没有任何办法的，只能被动的适应，进而降低供热品质甚至停止对用户进行供热。

因此，一种基于可再生能源的热力站储能供热系统的研究意义重大且很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可再生能源热力站的储能供热系统，所述储能供热系统具有缓解碳排放压力、解决热电矛盾、并且可以独立运行调控等特点，具有较好的适用性。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于可再生能源热力站的储能供热系统，包括：供热换热站；水箱，所述水箱的第一出口通过放热水泵、第三电动门与所述供热换热站连接，所述水箱的进口通过第六电动门、第二电动门与所述供热换热站连接；所述水箱的第二出口和进口之间通过第一电动门、加热装置、第五电动门、第一循环泵和第六电动门形成循环回路；所述水箱的进口通过所述第六电动门、所述第一循环泵和第四电动门与所述供热换热站连接。

优选地，所述供热换热站包括换热器、第二手动门、第二循环泵和第三手动门，所述第二手动门与所述换热器的热介质进口连接；所述第二循环泵与所述换热器的热介质出口连接，所述第三手动门与所述第二循环泵连接。

优选地，所述供热换热站包括还包括第一手动门、第七电动门，所述第一手动门与所述换热器的冷介质进口连接，所述第七电动门与所述换热器的冷介质出口连接。

优选地，所述第三电动门与所述第二手动门、所述换热器的热介质进口之间的管道连接。

优选地，所述第二电动门与所述第二循环泵、所述换热器的热介质出口之间的管道连接。

本发明还提供了一种基于可再生能源热力站的储能供热方法，该储能供热方法包括所述的储能供热系统，还包括可再生能源储能过程，所述可再生能源储能过程包括以下步骤：

1.1、保证供热换热站正常运行；

1.2、开启第一电动门、第五电动门、第六电动门，并关闭第二电动门、第三电动门、第四电动门、放热水泵；

1.3、开启第一循环泵和加热装置；

1.4、当水箱的平均水温达到98℃后，关闭所述加热装置；

1.5、关闭所述第一循环泵、所述第一电动门、所述第五电动门、所述第六电动门。

优选地，还包括可再生能源放热过程，所述可再生能源放热过程包括以下步骤：

2.1、保证供热换热站正常运行；

2.2、开启所述第二电动门、所述第三电动门、所述第六电动门，关闭所述第一电动门、所述第四电动门、所述第五电动门、所述第一循环泵、所述加热装置；

2.3、开启所述放热水泵和所述加热装置；

2.4、当所述水箱的平均水温与二次热网回水温度的温差小于预设温差时，关闭所述放热水泵，关闭所述第二电动门、所述第三电动门、所述第六电动门。

优选地，所述预设温差为10℃。

优选地，还包括可再生能源直接供热过程，所述可再生能源直接供热过程包括以下步骤：

3.1、保证供热换热站正常运行；

3.2、开启所述第一电动门、所述第二电动门、所述第五电动门，关闭所述第三电动门、所述第四电动门、所述第六电动门；

3.3、开启所述放热水泵和所述第一循环泵；

3.4、开启所述加热装置进行制热；

3.5、不需要供热时，关闭所述加热装置；

3.6、关闭所述放热水泵和所述第一循环泵，关闭所述第一电动门、所述第二电动门、所述第五电动门。

优选地，还包括补水定压水过程，所述补水定压水过程包括以下步骤：

4.1、开启所述第四电动门、所述第六电动门，关闭所述第一电动门、所述第二电动门、所述第三电动门、所述第五电动门，关闭所述放热水泵；

4.2、开启所述第一循环泵进行补水；

4.3、补水完成后，关闭所述第一循环泵，再关闭所述第四电动门、所述第六电动门。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

上述技术方案中所提供的一种基于可再生能源热力站的储能供热系统，通过所述水箱的第二出口与进口之间依次通过所述第一电动门、所述加热装置、所述第五电动门、所述第一循环泵、所述第六电动门形成循环回路，所述水箱的第一出口、进口之间依次通过所述放热水泵、所述第三电动门、所述换热器、所述第二电动门、所述第六电动门形成循环回路，所述水箱的进口依次通过所述第六电动门、所述第一循环泵、第三手动门与外界的供水设备相连，以此实现以下三个优点：

1、应用本项技术，当热电联产机组接到深度调峰需求后，厂内采取灵活性运行方式后，还不能完全响应调峰需求时，可以甩掉供热负荷，进一步深度调峰降低机组发电负荷。外界热负荷由基于可再生能源的热力站储能供热系统来承担，具有较高的经济效益和环保效益。具体供热能力及经济效益、环保效益计算如下：根据城市集中供热换热站的大小，一般可建设一个直径5m，高3m的室内储热水箱；不具备室建设储热水箱的地方，可以考虑室外建设。该水箱可储存热水18.75m3，按照水箱进水温度45℃，出水温度98℃计算，可储能4.15G热量，可支撑2.8万平方米供热面积的小区运行1个小时。按照供热煤耗按照40kg/GJ、采暖季供热天数120天，每天参与运行2次来计算，如果有50座换热站建设了本系统，总共可节煤1992吨，减排二氧化碳5180吨。经济收益方面，按照标准动力煤单价1000元/吨计算，节煤收益199.2万元，同时深度调峰辅助服务补贴也是一笔较大收益。

2、应用本项技术，根据电力现货交易市场的报价情况，厂内积极争取高电价时的发电量可以通过运行本系统来提高机组发电出力；当需要规避低电价时的发电亏损而较少发电量时，可以尽量降低机组发电负荷，供热能力不足的部分由本系统来承担。这种情况下，不仅仅具有第一条中的相同节煤收益，高电价的边际利润也很可观，同时可以减少低电价时的收益亏损。

3、本技术除了储能之外，还可以进行实时供热，与热电联产机组组成多能互补的供热系统。建设基于可再生能源的热力站储能供热系统，可实现热力站独立自主运行，大大提高了供热系统的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于可再生能源热力站的储能供热系统的示意图。

1、第一手动门；2、换热器；3、第二手动门；4、第七电动门；5、第二循环泵；6、第三手动门；7、供热换热站；8、第一电动门；9、水箱；10、第二电动门；11、放热水泵；12、第三电动门；13、第四电动门；14、第五电动门；15、第一循环泵；16、第六电动门；17、加热装置。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

需要说明的是，本申请所说的某两个部件之间连接，指的是该两个部件之间通过管道连通。

请参阅图1，本发明实施例中提供了一种基于可再生能源热力站的储能供热系统，包括：供热换热站7、第一电动门8、水箱9、第二电动门10、放热水泵11、第三电动门12、第四电动门13、第五电动门14、第一循环泵15、第六电动门16、加热装置17。其中，所述供热换热站7包括第一手动门1、换热器2、第二手动门3、第七电动门4、第二循环泵5、第三手动门6。

在优选的实施例中，所述换热器2具体为板式换热器，所述第二手动门3具体为二次热网供水手动门，所述第二手动门3通过管道与所述换热器2的热介质进口连接。所述第二循环泵5具体为二次热网循环水泵，且所述第二循环泵5通过管道与所述换热器2的热介质出口连接。

优选地，所述第一手动门1具体为一次热网供水手动门，且所述第一手动门1通过管道与所述换热器2的冷介质进口连接。所述第七电动门4具体为一次热网回水电动门，且所述第七电动门4通过管道与所述换热器2的冷介质出口连接。

优选地，所述第三手动门6具体为二次热网回水手动门，且所述第三手动门6通过管道与所述第二循环泵5连接。

在优选的实施例中，所述水箱9具体为储热水箱，包括第一出口、第二出口和进口。所述第一电动门8具体为可再生能源热源热网水出口电动门，所述加热装置17具体为可再生能源热源，所述第五电动门14具体为可再生能源热源热网水进口电动门，所述第一循环泵15具体为可再生能源热源热网水循环泵，所述第六电动门16具体为可再生能源热源热网水循环泵进口电动门。

优选地，所述水箱9的第二出口与进口之间依次通过所述第一电动门8、所述加热装置17、所述第五电动门14、所述第一循环泵15、所述第六电动门16形成循环回路。

在优选的实施例中，所述第二电动门10具体为二次网回水至储热水箱电动门，且所述第二电动门10一端通过管道与所述第一循环泵15、所述第六电动门16之间的管道连接。所述第二电动门10另一端还通过管道与所述第二循环泵5、所述换热器2的热介质出口之间的管道连接。

优选地，所述放热水泵11具体为储热水箱放热水泵，且所述放热水泵11通过管道与所述水箱9的第一出口连接。所述第三电动门12具体为放热水泵出口电动门，且所述第三电动门12一端通过管道与所述放热水泵11连接，另一端通过管道与所述第二手动门3、所述换热器2的热介质进口之间的管道连接。即，所述水箱9的第一出口、进口之间依次通过所述放热水泵11、所述第三电动门12、所述换热器2、所述第二电动门10、所述第六电动门16形成循环回路。

优选地，所述第四电动门13具体为二次网补水电动门，且所述第四电动门13一端通过管道与所述第五电动门14、所述第一循环泵15之间的管道连接，另一端通过管道与所述第三手动门6、所述第二循环泵5之间的管道连接。即，所述水箱9的进口依次通过所述第六电动门16、所述第一循环泵15、第三手动门6与外界的供水设备相连。

本发明还提供了一种基于可再生能源热力站的储能供热方法，所述储能供热方法包括可再生能源储能过程、可再生能源放热过程、可再生能源直接供热过程、补水定压水过程。

其中，可再生能源储能过程具体包括以下步骤：

1.1、保证供热换热站7正常运行；

1.2、开启第一电动门8、第五电动门14、第六电动门16，并关闭第二电动门10、第三电动门12、第四电动门13、放热水泵11；

1.3、开启第一循环泵15和加热装置17；

1.4、当水箱9的平均水温达到98℃后，关闭所述加热装置17；

1.5、关闭所述第一循环泵15、所述第一电动门8、所述第五电动门14、所述第六电动门16。

其中，可再生能源放热过程包括以下步骤：

2.1、保证供热换热站7正常运行；

2.2、开启所述第二电动门10、所述第三电动门12、所述第六电动门16，关闭所述第一电动门8、所述第四电动门13、所述第五电动门14、所述第一循环泵15、所述加热装置17；

2.3、开启所述放热水泵11和所述加热装置17；

2.4、当所述水箱9的平均水温与二次热网回水温度的温差小于预设温差时，关闭所述放热水泵11，关闭所述第二电动门10、所述第三电动门12、所述第六电动门16。

在步骤2.4中，所述预设温差为10℃。

其中，可再生能源直接供热过程包括以下步骤：

3.1、保证供热换热站7正常运行；

3.2、开启所述第一电动门8、所述第二电动门10、所述第五电动门14，关闭所述第三电动门12、所述第四电动门13、所述第六电动门16；

3.3、开启所述放热水泵11和所述第一循环泵15；

3.4、开启所述加热装置17进行制热；

3.5、不需要供热时，关闭所述加热装置17；

3.6、关闭所述放热水泵11和所述第一循环泵15，关闭所述第一电动门8、所述第二电动门10、所述第五电动门14。

其中，补水定压水过程包括以下步骤：

4.1、开启所述第四电动门13、所述第六电动门16，关闭所述第一电动门8、所述第二电动门10、所述第三电动门12、所述第五电动门14，关闭所述放热水泵11；

4.2、开启所述第一循环泵15进行补水；

4.3、补水完成后，关闭所述第一循环泵15，再关闭所述第四电动门13、所述第六电动门16。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于可再生能源热力站的储能供热系统，其特征在于，包括：

供热换热站(7)；

水箱(9)，所述水箱(9)的第一出口通过放热水泵(11)、第三电动门(12)与所述供热换热站(7)连接，所述水箱(9)的进口通过第六电动门(16)、第二电动门(10)与所述供热换热站(7)连接；

所述水箱(9)的第二出口和进口之间通过第一电动门(8)、加热装置(17)、第五电动门(14)、第一循环泵(15)和第六电动门(16)形成循环回路；

所述水箱(9)的进口通过所述第六电动门(16)、所述第一循环泵(15)和第四电动门(13)与所述供热换热站(7)连接。

2.如权利要求1所述的储能供热系统，其特征在于，所述供热换热站(7)包括换热器(2)、第二手动门(3)、第二循环泵(5)和第三手动门(6)，所述第二手动门(3)与所述换热器(2)的热介质进口连接；所述第二循环泵(5)与所述换热器(2)的热介质出口连接，所述第三手动门(6)与所述第二循环泵(5)连接。

3.如权利要求2所述的储能供热系统，其特征在于，所述供热换热站(7)包括还包括第一手动门(1)、第七电动门(4)，所述第一手动门(1)与所述换热器(2)的冷介质进口连接，所述第七电动门(4)与所述换热器(2)的冷介质出口连接。

4.如权利要求2所述的储能供热系统，其特征在于，所述第三电动门(12)与所述第二手动门(3)、所述换热器(2)的热介质进口之间的管道连接。

5.如权利要求2所述的储能供热系统，其特征在于，所述第二电动门(10)与所述第二循环泵(5)、所述换热器(2)的热介质出口之间的管道连接。

6.一种基于可再生能源热力站的储能供热方法，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的储能供热系统，所述储能供热方法包括可再生能源储能过程，所述可再生能源储能过程包括以下步骤：

1.1、保证供热换热站(7)正常运行；

1.2、开启第一电动门(8)、第五电动门(14)、第六电动门(16)，并关闭第二电动门(10)、第三电动门(12)、第四电动门(13)、放热水泵(11)；

1.3、开启第一循环泵(15)和加热装置(17)；

1.4、当水箱(9)的平均水温达到98℃后，关闭所述加热装置(17)；

1.5、关闭所述第一循环泵(15)、所述第一电动门(8)、所述第五电动门(14)、所述第六电动门(16)。

7.如权利要求6所述的储能供热方法，其特征在于，还包括可再生能源放热过程，所述可再生能源放热过程包括以下步骤：

2.1、保证供热换热站(7)正常运行；

2.2、开启所述第二电动门(10)、所述第三电动门(12)、所述第六电动门(16)，关闭所述第一电动门(8)、所述第四电动门(13)、所述第五电动门(14)、所述第一循环泵(15)、所述加热装置(17)；

2.3、开启所述放热水泵(11)和所述加热装置(17)；

2.4、当所述水箱(9)的平均水温与二次热网回水温度的温差小于预设温差时，关闭所述放热水泵(11)，关闭所述第二电动门(10)、所述第三电动门(12)、所述第六电动门(16)。

8.如权利要求7所述的储能供热方法，其特征在于，所述预设温差为10℃。

9.如权利要求6所述的储能供热方法，其特征在于，还包括可再生能源直接供热过程，所述可再生能源直接供热过程包括以下步骤：

3.1、保证供热换热站(7)正常运行；

3.2、开启所述第一电动门(8)、所述第二电动门(10)、所述第五电动门(14)，关闭所述第三电动门(12)、所述第四电动门(13)、所述第六电动门(16)；

3.3、开启所述放热水泵(11)和所述第一循环泵(15)；

3.4、开启所述加热装置(17)进行制热；

3.5、不需要供热时，关闭所述加热装置(17)；

3.6、关闭所述放热水泵(11)和所述第一循环泵(15)，关闭所述第一电动门(8)、所述第二电动门(10)、所述第五电动门(14)。

10.如权利要求6所述的储能供热方法，其特征在于，还包括补水定压水过程，所述补水定压水过程包括以下步骤：

4.1、开启所述第四电动门(13)、所述第六电动门(16)，关闭所述第一电动门(8)、所述第二电动门(10)、所述第三电动门(12)、所述第五电动门(14)，关闭所述放热水泵(11)；

4.2、开启所述第一循环泵(15)进行补水；

4.3、补水完成后，关闭所述第一循环泵(15)，再关闭所述第四电动门(13)、所述第六电动门(16)。

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