CN115789743B - 热电联产灵活性系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热电联产灵活性系统及其运行方法，灵活性系统设在热网回水管道与热网供水管道之间并包括：低温加热模块，连接热网回水管道并包括若干低温加热器，若干低温加热器通过管道连接而形成第一水流路径，低温加热器的热源为汽轮机低压排汽；高温加热模块，设置在低温加热模块与热网供水管道之间并包括若干高温加热器，高温加热器通过管道连接而形成第二水流路径，高温加热器的热源为汽轮机抽汽和/或高压排汽；低温储热模块，与第一水流路径连接；以及高温储热模块，与第二水流路径连接；低温储热模块能够与低温加热模块换热，高温储热模块能够与高温加热模块换热。本发明可改善热电联产机组的发电调节能力并提高系统能效和运行经济性。

Description

热电联产灵活性系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及能源动力技术领域，特别涉及一种热电联产灵活性系统及其运行方法。

背景技术

以风电、光电为代表的可再生能源发电获得飞速发展。风电、光电具有波动性和随机性，发电功率受所处的季节、天气条件和大气污染情况等客观条件限制，属于不可控电源。随着可再生能源发电在电网中的占比越来越高，这种随机波动性对电网的冲击和危害越来越大。火力发电厂属于可控电源，为了满足电力供需平衡和电网安全运行，火力发电厂的主要职能将从目前承担电网的基础负荷，转变为电网调峰的电源，因此对火力发电厂的调节灵活性提出了更高的要求。

近年来，我国大规模城市化建设导致供热需求大幅增加，大温差热水网长距离供热技术得到了大规模的推广应用，该项技术可以充分地回收距离城市较远的火力发电厂的余热，并经济地输送至城市负荷区，为城市提供清洁供热热源。该技术的发展在带来显著的环境效益和经济效益的同时，也将越来越多的纯火力发电厂变为了热电联产电厂(简称热电厂)，目前我国北方地区大部分火力发电厂都已成为热电厂。热电厂要兼顾供热和发电，而热和电两种产品具有强耦合性，其对电网的调峰能力必然受到影响。由于缺乏合理且经济的技术手段，而冬季采暖又是必须保证的民生问题，因此目前大部分热电厂仍然按照传统的“以热定电”的模式运行，其发电调节能力受到了供热的限制，难以适应电网灵活性调节的要求。

综上所述，都是为了改善大气环境、减少碳排放而发展起来的可再生能源发电和热电联产，两者之间却产生了严重的冲突和矛盾，其后果要么是大规模的弃风、弃光，要么是热电厂强制压产导致城市供热受到影响。

为了解决这个问题，国内有些热电厂进行了灵活性改造。目前灵活性改造方式主要有两种：一种是增设电热锅炉，在电力低谷期直接将过剩的电能变为热能；另一种是主蒸汽旁通，在电力低谷期将锅炉一部分主蒸汽减温减压后直接用于加热热网水，从而减少发电量。这些方式虽然在一定程度上满足了低谷期降低机组发电功率但又不影响供热能力的需求，但其缺点也是明显的：(1)都是典型的能量高质低用，存在显著的损失，能源利用效率和运行经济性差；(2)只能在电力低谷期减少供电量，不能在电力高峰期保证供热的前提下增加供电量，因此调节幅度有限。因此，需要提供一种热电联产调节系统以能够改善热电联产机组的发电调节能力，并可以提高系统能效和运行经济性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种热电联产灵活性系统，旨在能够改善热电联产机组的发电调节能力，并可以提高系统能效和运行经济性。

本发明第二方面还提出第一方面的热电联产灵活性系统的运行方法。

根据本发明第一方面实施方式的热电联产灵活性系统，用于设在热网回水管道与热网供水管道之间，所述灵活性系统包括设在所述热网回水管道的下游的低温加热模块、设在所述低温加热模块与所述热网供水管道之间的高温加热模块、低温储热模块以及高温储热模块。所述低温加热模块包括若干低温加热器，若干所述低温加热器通过管道连接而形成第一水流路径，所述低温加热器被构成为热源为汽轮机低压排汽；所述高温加热模块包括若干高温加热器，若干所述高温加热器通过管道连接而形成第二水流路径，所述高温加热器被构成为热源为汽轮机抽汽和/或高压排汽；所述低温储热模块形成有第一水路和第二水路，所述第一水路与所述第一水流路径具有第一连接处，所述第二水路与所述第一水流路径具有第二连接处，所述第一连接处位于所述第二连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述低温加热器；所述高温储热模块形成有第三水路和第四水路，所述第三水路与所述第二水流路径具有第三连接处，所述第四水路与所述第二水流路径具有第四连接处，所述第三连接处位于所述第四连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述高温加热器；其中，所述低温储热模块被构成为与所述低温加热模块换热，所述高温储热模块被构成为与所述高温加热模块换热。

根据本发明实施方式的热电联产灵活性系统，可以达成至少以下的有益效果：在电负荷高峰期，当汽轮机为增加发电量而减少抽汽量时，可以将无法回收的低温乏汽余热储存至低谷期回收，同时从高温储热装置中释放热量，弥补供热需求；在电负荷低谷期，汽轮机增加抽汽减少发电量，甚至用电热泵进一步消耗过剩电力，将低温热网回水和热泵机组制取的低温水存入低温储热装置中用于高峰期回收乏汽余热，甚至用于降低高峰期汽轮机排汽压力以增加发电量，而抽汽则用于加热热网水，或者驱动吸收式热泵或蒸汽喷射式热泵制取高温热量加热热网，电动热泵制取的高温热量，也用于加热热网，并将多余的高温热量储存在高温储热装置中。本发明实施方式的热电联产灵活性系统可使热电联产电厂在电负荷低谷期大幅减少供电量，实现电力深度调峰，同时在电负荷高峰期既保持供热能力不降低，又增加了发电量，从而可以大幅度改善热电联产机组的发电调节能力，并可以提高系统能效和运行经济性。

根据本发明的一些实施方式，所述低温储热装置的储热介质包括固体、液体和相变介质；所述液体介质包括水。

根据本发明的一些实施方式，所述低温储热模块包括低温储热装置，所述低温储热装置内限定出储水空间，所述低温储热装置的储水空间通过所述第一水路及所述第二水路与所述第一水流路径实现水的交换，而实现所述低温储热模块与所述低温加热模块换热。

根据本发明的一些实施方式，所述高温储热模块包括高温储热装置，所述高温储热装置内限定出储水空间，所述高温储热装置的储水空间通过所述第三水路及所述第四水路与所述第二水流路径实现水的交换，而实现所述高温储热模块与所述高温加热模块换热。

根据本发明的一些实施方式，所述低温储热模块包括低温储热装置及第一换热器，所述低温储热装置内限定出储水空间，所述第一换热器具有的热网侧及储热侧，所述第一换热器的热网侧与所述第一水路及所述第二水路连接、储热侧与所述低温储热装置的储水空间连接而实现水循环，所述低温储热装置与所述低温加热模块在所述第一换热器实现换热。

根据本发明的一些实施方式，所述高温储热模块包括高温储热装置及第二换热器，所述高温储热装置内限定出储水空间，所述第二换热器具有的热网侧及储热侧，所述第二换热器的热网侧与所述第三水路及所述第四水路连接、储热侧与所述高温储热装置的储水空间连接而实现水循环，所述高温储热装置与所述高温加热模块在所述第二换热器实现换热。

根据本发明的一些实施方式，所述热电联产灵活性系统还包括与所述低温加热模块连接的若干余热加热器，所述余热加热器被构成为热源为电厂的余热，所述余热加热器均具有两水路以连接所述第一水流路径；所述余热加热器包括汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、蒸汽喷射式热泵的加热器、和/或电锅炉。

根据本发明的一些实施方式，所述热电联产灵活性系统还包括与所述高温加热模块连接的若干高温加热装置，所述高温加热装置均具有两水路以连接所述第二水流路径；所述高温加热装置包括汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、蒸汽喷射式热泵的加热器、和/或电锅炉。

根据本发明的一些实施方式，所述热电联产灵活性系统还包括热泵机组，所述热泵机组的吸热侧连接有第一出口水路及第一入口水路，所述第一出口水路与所述第一水流路径具有第五连接处，所述第一入口水路与所述第一水流路径具有第六连接处，所述第五连接处位于所述第六连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述低温加热器；所述热泵机组的放热侧连接有第二入口水路及第二出口水路，所述第二入口水路与所述第二水流路径具有第七连接处，所述第二出口水路与所述第二水流路径具有第八连接处，所述第七连接处位于所述第八连接处的上游。

根据本发明的一些实施方式，所述热泵机组包括电驱动的压缩式热泵、蒸汽和/或热水驱动的吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、和/或电与蒸汽驱动的复合式热泵。

根据本发明的一些实施方式，所述热泵机组包括蒸汽驱动热泵，所述蒸汽驱动热泵的驱动蒸汽入口管道与电厂的汽轮机抽汽管道相连，所述蒸汽驱动热泵的驱动蒸汽疏水管道与电厂的疏水管道相连。

根据本发明第二方面实施方式的运行方法，其包括：

所述低温加热模块的热源加热量增加时，所述低温储热模块释放出低温水，依次经过所述第一水路和所述第一连接处汇入所述第一水流路径，所述第一水流路径分流出部分热网水依次经过所述第二连接处和所述第二水路流回所述低温储热模块；

所述低温加热模块的热源加热量减少时，所述热网回水管道或所述第一水流路径分流出部分热网水，依次经过所述第一连接处和所述第一水路进入所述低温储热模块，所述低温储热模块则释放出中温水，依次经过第二水路和第二连接处汇入第一水流路径；

所述高温加热模块的热源加热量减少时，所述第二水流路径分流出部分热网水，依次经过所述第三连接处和所述第三水路进入所述高温储热模块，所述高温储热模块则释放出高温水，依次经过第四水路和第四连接处汇入第二水流路径；

所述高温加热模块的热源加热量增加时，所述高温储热模块释放出中温水，依次经过所述第三水路和第三连接处汇入所述第二水流路径，所述第二水流路径分流出部分热网水一次经过所述第四连接处和所述第四水路流回所述高温储热模块。

本申请的附加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

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对在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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图2为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图3为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图4为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图5为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图6为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图7为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图8为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图9为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图10为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图11为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图12为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图13为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图14为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图15为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图；

图16为本发明一些实施方式中的热电联产灵活性系统的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	低温加热器	7	余热加热器
2	高温加热器	8	高温加热装置
				3	低温储热装置	9	热泵机组
4	高温储热装置	9-1	蒸汽引射器
				5	第一换热器	9-2	低温闪蒸器
6	第二换热器	9-3	高温汽水换热器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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”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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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或两个元件的相互作用关系。对在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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本发明公开一种热电联产灵活性系统及其运行方法，旨在能够大幅度提高热电厂灵活性改造的能源利用效率和电力调节幅度。另外地，在相关技术中，热电联产调节系统设计的出发点是针对单台热电联产机组，而实际上热电厂基本上都设置有多台热电联产机组，对设置有多台机组的热电厂，相关技术仍然存在较大的改进空间。本发明实施方式提出的热电联产灵活性系统及其运行方法可以适应多台机组的热电厂。

需要说明的是，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案。

下面参考图1-图14描述根据本发明实施方式的热电联产灵活性系统。

参照图1-图14所示，根据本发明第一方面实施方式的热电联产灵活性系统，设在热网回水管道、热网供水管道之间，灵活性系统包括设在热网回水管道的下游的低温加热模块、设在低温加热模块与热网供水管道之间的高温加热模块、低温储热模块以及高温储热模块。低温加热模块包括若干低温加热器，若干低温加热器通过管道连接而形成第一水流路径，低温加热器被构成为热源为汽轮机低压排汽；高温加热模块包括若干高温加热器，若干高温加热器通过管道连接而形成第二水流路径，高温加热器被构成为热源为汽轮机抽汽和/或高压排汽；低温储热模块形成有第一水路和第二水路，第一水路与第一水流路径具有第一连接处，第二水路与第一水流路径具有第二连接处，第一连接处位于第二连接处的上游并且两者之间连接有至少一个低温加热器；高温储热模块形成有第三水路和第四水路，第三水路与第二水流路径具有第三连接处，第四水路与第二水流路径具有第四连接处，第三连接处位于第四连接处的上游并且两者之间连接有至少一个高温加热器；其中，低温储热模块被构成为与低温加热模块换热，高温储热模块被构成为与高温加热模块换热。

根据本发明实施方式的热电联产灵活性系统，可以达成至少以下的有益效果：在电负荷高峰期，当汽轮机为增加发电量而减少抽汽量时，可以将无法回收的低温乏汽余热储存至低谷期回收，同时从高温储热装置中释放热量，弥补供热需求；在电负荷低谷期，汽轮机增加抽汽减少发电量，甚至用电热泵进一步消耗过剩电力，将低温热网回水和热泵机组制取的低温水存入低温储热装置中用于高峰期回收乏汽余热，甚至用于降低高峰期汽轮机排汽压力以增加发电量，而抽汽则用于加热热网水，或者驱动吸收式热泵或蒸汽喷射式热泵制取高温热量加热热网，电动热泵制取的高温热量，也用于加热热网，并将多余的高温热量储存在高温储热装置中。本发明实施方式的热电联产灵活性系统可使热电联产电厂在电负荷低谷期大幅减少供电量，实现电力深度调峰，同时在电负荷高峰期既保持供热能力不降低，又增加了发电量，从而可以大幅度改善热电联产机组的发电调节能力，并可以提高系统能效和运行经济性。

尤其地，本发明实施方式提供的热电联产灵活性系统，其中的低温加热模块包括的若干个低温加热器，可以理解为互相独立的加热单元。第一方面，低温加热器的数量可以根据所需要的加热效果进行设置，也可以根据热源(也即汽轮机)的数量、形式以及分布情况进行设置，例如，汽轮机设置有六个，那么低温加热器可以相应地设置为六个，故而，低温加热器设置为多个，可以适于不同的实际需求，而可以最大程度地达到预期的加热效果；第二方面，由于若干个低温加热器独立设置，所以其中的每一低温加热器可以具有不同的加热效果，可以适于不同热量的热源；第三方面，当其中的部分低温加热器出现故障的时候，其余的低温加热器仍然可以继续工作；第四方面，低温储热模块可以连接在这些低温加热器中的不同连接处，可以实现不同的热回收效果，具有多样性。

需要说明的是，高温加热模块所包括的若干高温加热器的设置方式以及有益效果，可以参照上述的低温加热模块，为避免冗余，不作赘述。

可选地，所述低温储热装置的储热介质包括固体、液体和相变介质；所述液体介质包括水。

本发明实施方式还提供一种基于上述的热电联产灵活性系统的运行方法，该运行方法包括：

低温加热模块的热源加热量增加时，低温储热模块释放出低温水，依次经过第一水路和第一连接处汇入第一水流路径，第一水流路径分流出部分热网水依次经过第二连接处和第二水路流回低温储热模块；

低温加热模块的热源加热量减少时，热网回水管道或第一水流路径分流出部分热网水，依次经过第一连接处和第一水路进入低温储热模块，低温储热模块则释放出中温水，依次经过第二水路和第二连接处汇入第一水流路径；

高温加热模块的热源加热量减少时，第二水流路径分流出部分热网水，依次经过第三连接处和第三水路进入高温储热模块，高温储热模块则释放出高温水，依次经过第四水路和第四连接处汇入第二水流路径；

高温加热模块的热源加热量增加时，高温储热模块释放出中温水，依次经过第三水路和第三连接处汇入第二水流路径，第二水流路径分流出部分热网水一次经过第四连接处和第四水路流回高温储热模块。

实施方式1：

参照图1所示，在本实施方式中，电厂有六台热电联产汽轮机组，热电联产灵活性系统设置有六台低温加热器1及六台高温加热器2，电厂的每台机组连接一台低温加热器1和一台高温加热器2。另外地，本实施方式中的热电联产灵活性系统设置一个低温储热装置3和一个高温储热装置4。然本设计不限于此，在其他一些实施方式中，热电联产汽轮机组、低温加热器1以及高温加热器2也可以设置为其他数量值。

低温储热装置3包括一个中温水进出管道(可以理解为第二水路所在管道)和一个低温水进出管道(可以理解为第一水路所在管道)，高温储热装置4包括一个中温水进出管道(可以理解为第三水路所在管道)和一个高温水进出管道(可以理解为第四水路所在管道)。

可选地，六台低温加热器1的被加热侧(热网水侧)之间可以是串联、并联或串并联连接。示例性地，低温加热器1的连接方式可以参照图1以及图16所示，其中，在图1 所示的连接方式中，多个低温加热器1串联，另有一个低温加热器1与其中的一个串联低温加热器1相并联；在图16所示的连接方式中，在图1的基础上，再另有一个低温加热器1与其中的多个串联低温加热器1相并联。

可选地，六台高温加热器2被加热侧(热网水侧)之间可以是串联、并联或串并联连接。示例性地，高温加热器2的连接方式可以参照图1以及图16所示，其中，在图1所示的连接方式中，多个高温加热器2串联，另有一个高温加热器2与其中的一个串联高温加热器2相并联；在图16所示的连接方式中，在图1的基础上，再另有一个高温加热器 2与其中的多个串联高温加热器2相并联。

热网回水管道分别连接至第一个低温加热器的被加热侧入口管道和低温储热装置3的低温水管道，第六台低温加热器的被加热侧出口管道与低温储热装置3的中温水管道合并成一条管道，连接至高温加热段进水管(可以理解为第二水流路径所在管道)，再分别连接至第一台高温加热器的被加热侧入口管道和高温储热装置4的中温水管道，第六台高温加热器的被加热侧出口管道与高温储热装置4的高温水管道合并后连接至热网供水管道。六台低温加热器1的加热侧(蒸汽侧)分别连接至六台汽轮机组的排汽(乏汽)口，六台高温加热器1的加热侧(蒸汽侧)分别连接至六台汽轮机组的中间抽汽口，即低温加热器的热源是汽轮机乏汽，高温加热器的热源是汽轮机抽汽。

可选地，低温储热装置3和高温储热装置4中的储热介质均为水，并且低温储热装置 3和高温储热装置4内限定出储水空间以容置水。

进一步地，通过调节汽轮机的新汽量和抽汽量，使得机组的发电功率满足要求，汽轮机排汽量也相应随之变化。

需要说明的是，当热网水无法回收全部排汽余热时，低温储热装置3释放出低温储水，并与热网回水混合后，一并进入六台低温加热器回收排汽余热，最后一台低温加热器 1或最后一组并联的低温加热器1的出水分成两路，其中一路回到低温储热装置3中将回收的余热储存起来，通过调节低温储热装置3释放的低温储水流量使得六台低温加热器1 的出水温度均能达到要求，另一路进入高温加热段。

随着排汽量的减少，低温储热装置3释放的低温储水流量逐渐降低至0。

随着排汽量的进一步的减少，热网回水的余热回收能力过剩，在满足六台低温加热器乏汽压力要求的前提下，可以将一部分低温热网回水储存在低温储热装置3中，此时，低温热网回水分为两路，一路经过六台低温加热器加热，另一路存入低温储热装置3，同时低温储热装置3将释放中温储水，与最后一台低温加热器的出水或最后一组并联的低温加热器的出水混合后进入高温加热段，通过调节进入低温储热装置3的低温热网回水流量，使得六台低温加热器的背压均满足要求。

当六台机组在电力低谷期均切除低压缸运行，排汽量均为0时，热网回水全部进入低温储热装置3。

前述进入高温加热段的热网水分为两路，其中一路进入六台高温加热器2加热，另一路进入高温储热装置4，并将高温储热装置4中储存的高温水释放出来，与最后一台高温加热器2或最后一组并联的高温加热器4的出水混合，送入热网供水管道，通过调节进入高温储热装置4的水流量，使得汽轮机抽汽量变化的情况下，热网供水温度满足要求。

当六台机组均按纯凝工况运行，抽汽量为0时，高温加热段的热网水全部进入高温储热装置4。

随着抽汽量的增加，进入高温储热装置4的水流量逐渐降低至0。

随着抽汽量的进一步的增加，释放高温储热装置4的中温储水，与高温加热段的热网进水混合后，一同经过六台高温加热器2加热，最后一台高温加热器2或最后一组并联的高温加热器2的出水分为两路，分别进入高温储热装置4和热网供水管道，通过调节高温储热装置4释放的中温储水流量，使热网供水温度满足要求。

综上，本实施方式的热电联产灵活性系统利用低温储热装置调节3余热回收能力，使其满足排汽余热量的变化，利用高温储热装置4调节系统的供热能力，使其满足供热负荷需求。

实施方式2:

参照图2所示，在实施方式1的基础上，低温储热装置3的低温水管道可以连接至任何一个低温加热器(其序号可以标为I)的入口，低温储热装置3的中温水管道可以连接至标号为i的低温加热器之后的任何一个低温加热器(其序号可以标为J)的出口，即 1≤I≤J≤6。

高温储热装置4的中温水管道可以连接至任何一个高温加热器(其序号可以标为K) 的入口，高温储热装置4的高温水管道可以连接至高温加热器之后的任何一个高温加热器 (其序号可以标为L)的出口，即1≤K≤L≤6。

实施方式3:

在实施方式1-2的基础上，低温储热模块包括低温储热装置及第一换热器，低温储热装置内限定出储水空间，第一换热器具有的热网侧及储热侧，第一换热器的热网侧与第一水路及第二水路连接、储热侧与低温储热装置的储水空间连接而实现水循环，低温储热装置与低温加热模块在第一换热器实现换热。

可选地，高温储热模块包括高温储热装置及第二换热器，高温储热装置内限定出储水空间，第二换热器具有的热网侧及储热侧，第二换热器的热网侧与第三水路及第四水路连接、储热侧与高温储热装置的储水空间连接而实现水循环，高温储热装置与高温加热模块在第二换热器实现换热。

具体地，参照图3所示，该热电联产灵活性系统可以包括第一换热器5和第二换热器 6，低温储热装置3通过第一换热器5与低温加热模块间接连接，高温储热装置4通过第二换热器6与高温加热模块间接连接。

第一换热器5的热网侧低温水管(可以理解为第一水路所在的管道)连接至热网回水，第一换热器5的热网侧中温水管(可以理解为第二水路所在的管道)连接至第六台低温加热器的出口管道，第一换热器5的储热侧低温水管连接至低温储热装置3的低温水管，低温储热换热器5的储热侧中温水管连接至低温储热装置3的中温水管。

第二换热器6的热网侧中温水管(可以理解为第三水路所在的管道)连接至高温加热段进水管，第二换热器6的热网侧高温水管(可以理解为第四水路所在的管道)连接至第六台高温加热器的出口管道，第二换热器6的储热侧中温水管连接至高温储热装置4的高温水管，第二换热器6的储热侧中温水管连接至高温储热装置4的中温水管。

实施方式4:

参照图4所示，在实施方式1-3的基础上，该热电联产灵活性系统可以包括三台余热加热器7，余热加热器7可以与六台低温加热器1串联或与其中的一台或几台并联，余热加热器7可以但不限定是汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、电锅炉，也可以是上述换热器的组合，用于回收电厂中的其他余热加热热网水。

然本设计不限于此，在其他一些实施方式中，余热加热器7也可以设置为其他数量值。

实施方式5:

参照图5所示，在实施方式1-4的基础上，该热电联产灵活性系统可以包括三台高温加热装置8，高温加热装置8可以与六台高温加热器2串联或与其中的一台或几台并联，高温加热装置8可以但不限定是汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、电锅炉，也可以是上述换热器的组合，用于满足高温加热模块的热量需求。

然本设计不限于此，在其他一些实施中，高温加热装置8也可以设置为其他数量值。

实施方式6:

参照图6所示，在实施方式1-5的基础上，该热电联产灵活性系统可以包括热泵机组 9，热泵机组9可以但不限于是电驱动的压缩式热泵、蒸汽驱动的吸收式热泵或电与蒸汽驱动的复合式热泵。

其中，热泵机组9的吸热侧连接有第一出口水路及第一入口水路，第一出口水路与第一水流路径具有第五连接处，第一入口水路与第一水流路径具有第六连接处，第五连接处位于第六连接处的上游并且两者之间连接有至少一个低温加热器；

热泵机组9的放热侧连接有第二入口水路及第二出口水路，第二入口水路与第二水流路径具有第七连接处，第二出口水路与第二水流路径具有第八连接处，第七连接处位于第八连接处的上游并且两者之间连接有至少一个高温加热器。

热泵机组9的吸热侧出口管道(可以形成第一出口水路)与热网回水管道及低温储热装置3的低温水管连接，可选地，热泵机组9的吸热侧入口管道(可以形成第一入口水路)与第六台低温加热器的出口管道连接。

热泵机组9的放热侧入口管道(可以形成第二入口水路)与高温加热段(也即高温加热模块所在部分)的进水管道连接(可以形成第七连接处)，热泵机组9的放热侧出口管道(可以形成第二出口水路)与第六台高温加热器的出口管道连接(可以形成第八连接处)。

当热泵机组9中包含蒸汽驱动热泵时，热泵机组9的驱动蒸汽入口管道还与电厂的汽轮机抽汽管道相连，热泵机组9驱动蒸汽疏水管道与电厂的疏水管道相连；

当热网水无法回收全部排汽余热时，热泵机组9制取低温水从吸热侧出口管道送出与低温储热装置3释放的低温储水以及热网回水混合后进入六台低温加热器1回收排汽余热，最后一台低温加热器或最后一组并联的低温加热器的出水分成三路，一路回到低温储热装置3，一路进入热泵机组9的吸热侧入口管道，一路进入高温加热段进水管道，通过调节低温储热装置3释放的低温储水流量以及热泵机组9的制冷量使得六台低温加热器的出水温度均能达到要求。

在排汽余热量少的情况下，热泵机组9制取的低温水还可以与热网回水混合后，分别进入低温储热装置3和六台低温加热器1，低温储热装置3的中温储水释放出来后与最后一台低温加热器1或最后一组并联的低温加热器1的出水混合后分为两路，一路进入热泵机组9的吸热侧入口管道，另一路进入高温加热段进水管道，通过调节进入低温储热装置 3的低温储水流量以及热泵机组9的制冷量使得六台低温加热器的出水温度均能达到要求。

当六台机组在电力低谷期均切除低压缸运行，排汽量均为0时，热网回水和热泵机组 9制取的低温水全部进入低温储热装置3。

前述进入高温加热段的热网水分为三路，其中一路进入六台高温加热器2加热，一路进入高温储热装置4，一路进入热泵机组9的放热侧加热，高温储热装置4释放储存的高温水，与最后一台高温加热器2或最后一组并联的高温加热器2的出水以及热泵机组9的放热侧出水混合，送入热网供水管道，通过调节进入热泵机组9的水流量使得热泵机组9 放热侧的出水温度满足要求，通过调节进入高温储热装置4的水流量，使得热网供水温度满足要求。

在高温加热段加热能力过剩时，释放高温储热装置4的中温储水，与高温加热段的热网进水混合后，分为两路，一路进入六台高温加热器2加热，一路进入热泵机组9加热，最后一台高温加热器2或最后一组并联的高温加热器2的出水与热泵机组9的放热侧出水混合后分为两路，分别进入高温储热装置4和热网供水管道，通过调节进入热泵机组9的水流量使得热泵机组9放热侧的出水温度满足要求，通过调节高温储热装置4释放的中温储水流量，使热网供水温度满足要求。

在本实施方式中，通过增加热泵机组9，一方面可以利用抽汽回收部分余热，提高系统能源利用效率，另一方面在电负荷需求较低时，可以用热泵机组消耗过剩电力，回收更多的余热，并储存更多的高温热量，提高系统的发电调节能力。

实施方式7:

参照图7所示，在实施方式6的基础上，热泵机组9的吸热侧可以与任意一台或几台低温加热器并联，热泵机组9的放热侧可以与任意一台或几台高温加热器并联。

实施方式8：

参照图8所示，在实施方式6的基础上，热泵机组9的吸热侧可以串联在任意低温加热器1之前或之后，热泵机组9的放热侧可以串联在任意高温加热器2之前或之后。

实施方式9:

参照图9所示，在实施方式6的基础上，当热网回水温度较高时，热网回水管还可以连接至任何一台低温加热器1的出口管路。

实施方式10:

如图10所示，在本实施方式中，热电联产灵活性系统包括N个低温加热器1、M个高温加热器2、低温储热装置3和高温储热装置4；其中，热网回水管道分别连接至第1 个低温加热器的被加热侧入口管道和低温储热装置3的低温水管道，第N个低温加热器的被加热侧出口管道与低温储热装置3的中温水管道合并，再分别连接至第1个高温加热器的入口管道和高温储热装置4的中温水管道，第M个高温加热器的被加热侧出口管道与高温储热装置4的高温水管道合并后连接至热网供水管道。N个低温加热器被加热侧之间可以是串联、并联或串并联，M个高温加热器被加热侧之间可以是串联、并联或串并联；每个低温加热器被加热侧均设有旁通管路；低温储热装置3和高温储热装置4中的储热介质均为水，且与热网直接连接。

基于本实施方式中提供的热电联产灵活性系统，其运行方法如下：

1)电负荷高峰时段：

汽轮机抽汽流量减少，乏汽流量相应增加，低温储热装置3储存的低温水与热网回水混合后，一同进入第一台低温加热器被加热侧，通过调节低温储热装置3的出水流量，使得第N台低温加热器的热网水出水温度保持不变；

随后，第N台低温加热器的热网出水分为两股，分别进入第一台高温加热器被加热侧和高温储热装置4，第M台高温加热器的被加热侧出水与高温储热装置4的出水混合，混合后的热网水送入热网供水管道；

与此同时，调节进入高温储热装置4的流量，使得混合后的热网水温度满足热网供水温度要求。

2)电负荷低谷时段：

汽轮机抽汽流量增加，乏汽流量减少，低温热网回水分别进入第一台低温加热器和低温储热装置3，调节进入低温储热装置3的低温热网回水流量，使得第N台低温加热器的热网水出水温度保持不变；

进入低温储热装置3的低温热网回水将其中所储存的低温水替换出来，与第N台低温加热器的热网水出口流出的中温水混合；

当第x台低温加热器对应的机组切缸运行时，机组无乏汽排放，则第x台低温加热器停止运行，热网水经过该低温加热器的旁通管路流通；

随后，混合的中温水再与高温储热装置4的出水混合后，进入第一台高温加热器加热，同时调节高温储热装置4的出水流量，使得第M台高温加热器的热网水出水温度等于高温储热装置4所需储热温度；

最后，第M台高温加热器的高温出水分为两路，其中一路进入高温储热装置4，另一路进入热网供水管道。

实施方式11:

参照图11所示，在本实施方式中，热电联产灵活性系统在实施方式1的基础上还可以包括尖峰加热器5，此时第M个高温加热器2的出口管道与高温储热装置4的高温水管道合并后连接至尖峰加热器5，再连接至热网供水管道。需要说明的是，尖峰加热器5 可以理解为具有高温加热器2的功能的装置，其可以增强加热效果，或者，尖峰加热器5 也可以视为高温加热器2的一个实施例。

此时，在电负荷低谷期时段，第M台高温加热器2的出水分为两路，其中一路进入高温储热装置4，另一路进入尖峰加热器5，若该路热网水温度低于所需的热网供水温度，则启动尖峰加热器5对该路热网水进一步加热至所需温度后，再送入热网供水管道；

在电负荷高峰期时段，第M台高温加热器2的出水和高温储热装置4的出水混合，如果混合后的热网水温度低于所需温度，则启动尖峰加热器5对混合后的热网水进一步加热至所需温度后，再送入热网供水管道。

实施方式12:

参照图12所示，本实施方式提供的热电联产灵活性系统，其在实施方式10-11的基础上，还包括图12中所示的余热加热器7，此时余热加热器7可以是水-水换热器，也可以是烟气-水换热器，用于回收电厂烟气等其他余热。余热加热器7的被加热侧入口管道与低温储热装置3的低温管道相连，余热加热器7的被加热侧出口管道根据其内的水温，连接至温度最相近的其中的第k个低温加热器1的出口管道。其中，N≥k≥1。

此时，低温储热装置3的低温出水先经过余热加热器7加热，余热加热器7的出水再与第k个低温加热器的出水混合，再进入剩余低温加热器。

实施方式13:

如图13所示，本实施方式提供的热电联产灵活性系统，其在实施方式10-12的基础上，还可以包括热泵机组9。其中，热泵机组9可以是电驱动的压缩式热泵、蒸汽驱动的吸收式热泵或电与蒸汽驱动的复合式热泵，可以是一台或多台热泵的组合。热泵机组9的降温侧出口管道连接至低温储热装置3的低温水管道可以理解为第一水路所在的管道，热泵机组9的降温侧入口管道连接至低温储热装置3的中温水管道可以理解为第二水路所在的管道。热泵机组9的升温侧入口管道连接至高温储热装置4的中温水管道可以理解为第三水路所在的管道，热泵机组9的升温侧出口管道则根据其内水温，连接至温度最相近的第i个高温加热器的出口管道。其中，M≥i≥1。当热泵机组9为蒸汽驱动的吸收式热泵或电与蒸汽驱动的复合式热泵时，热泵机组9的驱动蒸汽入口管道还与电厂的采暖抽汽管道相连，热泵机组9驱动蒸汽疏水管道与电厂的疏水管道相连。

基于本实施方式中的热电联产灵活性系统，其运行方法如下：

1)电负荷高峰时段：

热网回水与低温储热装置3的低温储水进入第一台低温加热器1，通过调节低温储热装置3的出水流量，使得第N台低温加热器1的热网水出水温度保持不变；

随后，第N台低温加热器1的热网出水分为两股，分别进入第一台高温加热器2和高温储热装置4，第M台高温加热器2的出水与高温储热装置4的出水混合，混合后的热网水送入热网供水管道；

与此同时，调节进入高温储热装置4的流量，使得混合后的热网水温度满足热网供水温度要求。

需要说明的是，第一连接处所处的位置决定低温储热装置3的低温储水首先进入某一个低温加热器1，示例性地，在本实施方式中第一连接处位于第一台低温加热器1的上游。

同样需要说明的是，高温加热器2之间的连接方式会导致热网出水首先进入某一些高温加热器2，示例性地，在本实施方式中，高温加热器2依次串联，热网出水首先进入第一台高温加热器2。

2)电负荷低谷时段：

调节热泵机组9的用电功率来调节发电机组的上网电功率，同时调节进入热泵机组9 降温侧的水流量，使得热泵机组9降温侧的出水温度等于热网回水温度；

低温热网回水与热泵机组9降温侧出水混合，再分别进入第一台低温加热器1和低温储热装置3；

调节进入低温储热装置3的低温热网回水流量，使得第N台低温加热器1的热网水出水温度保持不变；

进入低温储热装置3的低温热网回水将其中所储存的低温水替换出来，与第N台低温加热器1的热网水出口流出的中温水混合；

随后，混合的中温水再与高温储热装置4的出水混合后，分别进入第一台高温加热器 2和热泵机组9的升温侧加热，通过调节进入热泵机组9升温侧的水流量，使得出水温度稳定在设计温度，热泵机组9升温侧出水与第i台高温加热器2的出水混合后，继续进入剩下的高温加热器2加热；

同时，调节高温储热装置4的出水流量，使得第M台高温加热器2的热网水出水温度等于高温储热装置4所需储热温度；

最后，第M台高温加热器2的高温出水分为两路，其中一路进入高温储热装置4，另一路进入热网供水管道。

实施方式14：

参照图14所示，本实施方式提供的热电联产灵活性系统，其在实施方式13的基础上，若热网回水温度低于低温储热装置3的低温储水温度，热泵机组9的降温侧入口管道与热网回水管道相连，热网回水管道根据其内的水温，连接至温度最相近的第j台低温加热器的出口管道。其中，N≥j≥1。此时，在电负荷高峰期时段，热网回水与第j台低温加热器出水混合后，再进入其他低温加热器回收余热；在电负荷低谷期时段，热网回水分为两路，一路进入热泵机组9的降温侧降温后，存入低温储热装置3，另一路与第j台低温加热器1出水混合后，再进入其他低温加热器1回收余热。

实施方式15：

参考图15所示，本实施方式提供的热电联产灵活性系统，在实施方式13的基础上，热泵机组9还可以是蒸汽喷射式热泵，包括并且不限于蒸汽引射器9-1、低温闪蒸器9-2 和高温汽水换热器9-3，低温闪蒸器9-2的加热管出口管道连接至低温储热装置3的低温水管道可以理解为第一水路所在的管道，低温闪蒸器9-2的加热管入口管道连接至低温储热装置3的中温水管道可以理解为第二水路所在的管道。高温汽水换热器9-3的水侧入口管道连接至高温储热装置4的中温水管道可以理解为第三水路所在的管道，高温汽水换热器9-3的水侧出口管道连接至高温储热装置4的高温水管道可以理解为第四水路所在管道。低温闪蒸器9-2的蒸汽出口管道与蒸汽引射器9-1的低压蒸汽入口相连，蒸汽引射器 9-1的高压蒸汽入口与驱动蒸汽管道相连，蒸汽引射器9-1的中压蒸汽出口与高温汽水换热器9-3的蒸汽入口相连，高温汽水换热器9-3的凝水出口分别连接至低温闪蒸器9-2的凝水入口和电厂的凝水管道。

需要说明的是，本发明实施方式中的低温加热器以及高温加热器的序号(如第N台低温加热器、第M台高温加热器等)，按照热网水的主要流动方向增大，例如，靠近热网回水管道的一个低温加热器相对于远离热网回水管道的另一个低温加热器，其序号更大。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含在本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种热电联产灵活性系统，用于设在热网回水管道与热网供水管道之间，其特征在于，所述灵活性系统包括：

低温加热模块，用于连接所述热网回水管道，所述低温加热模块包括若干低温加热器，若干所述低温加热器通过管道连接而形成第一水流路径，所述低温加热器被构成为热源为汽轮机低压排汽；

高温加热模块，用于设置在所述低温加热模块与所述热网供水管道之间，所述高温加热模块包括若干高温加热器，若干所述高温加热器通过管道连接而形成第二水流路径，所述高温加热器被构成为热源为汽轮机抽汽和/或高压排汽；

低温储热模块，形成有第一水路和第二水路，所述第一水路与所述第一水流路径具有第一连接处，所述第二水路与所述第一水流路径具有第二连接处，所述第一连接处位于所述第二连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述低温加热器；以及

高温储热模块，形成有第三水路和第四水路，所述第三水路与所述第二水流路径具有第三连接处，所述第四水路与所述第二水流路径具有第四连接处，所述第三连接处位于所述第四连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述高温加热器；

其中，所述低温储热模块被构成为与所述低温加热模块换热，所述高温储热模块被构成为与所述高温加热模块换热；

所述热电联产灵活性系统还包括与所述低温加热模块连接的若干余热加热器，所述余热加热器被构成为热源为电厂的余热，所述余热加热器均具有两水路以连接所述第一水流路径；所述余热加热器包括汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、蒸汽喷射式热泵的加热器、和/或电锅炉；

所述热电联产灵活性系统还包括与所述高温加热模块连接的若干高温加热装置，所述高温加热装置均具有两水路以连接所述第二水流路径；所述高温加热装置包括汽-水换热器、水-水换热器、烟气-水换热器、吸收式热泵的冷凝器和吸收器、压缩式热泵的冷凝器、蒸汽喷射式热泵的加热器、和/或电锅炉。

2.根据权利要求1所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述低温储热模块的储热介质包括固体、液体和相变介质；所述液体介质包括水。

3.根据权利要求1所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述低温储热模块包括低温储热装置，所述低温储热装置内限定出储水空间，所述低温储热装置的储水空间通过所述第一水路及所述第二水路与所述第一水流路径实现水的交换，而实现所述低温储热模块与所述低温加热模块换热；和/或

所述高温储热模块包括高温储热装置，所述高温储热装置内限定出储水空间，所述高温储热装置的储水空间通过所述第三水路及所述第四水路与所述第二水流路径实现水的交换，而实现所述高温储热模块与所述高温加热模块换热。

4.根据权利要求1所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述低温储热模块包括低温储热装置及第一换热器，所述低温储热装置内限定出储水空间，所述第一换热器具有的热网侧及储热侧，所述第一换热器的热网侧与所述第一水路及所述第二水路连接、储热侧与所述低温储热装置的储水空间连接而实现水循环，所述低温储热装置与所述低温加热模块在所述第一换热器实现换热；和/或

所述高温储热模块包括高温储热装置及第二换热器，所述高温储热装置内限定出储水空间，所述第二换热器具有的热网侧及储热侧，所述第二换热器的热网侧与所述第三水路及所述第四水路连接、储热侧与所述高温储热装置的储水空间连接而实现水循环，所述高温储热装置与所述高温加热模块在所述第二换热器实现换热。

5.根据权利要求1至4任一项所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述热电联产灵活性系统还包括热泵机组，所述热泵机组的吸热侧连接有第一出口水路及第一入口水路，所述第一出口水路与所述第一水流路径具有第五连接处，所述第一入口水路与所述第一水流路径具有第六连接处，所述第五连接处位于所述第六连接处的上游并且两者之间连接有至少一个所述低温加热器；

所述热泵机组的放热侧连接有第二入口水路及第二出口水路，所述第二入口水路与所述第二水流路径具有第七连接处，所述第二出口水路与所述第二水流路径具有第八连接处，所述第七连接处位于所述第八连接处的上游。

6.根据权利要求5所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述热泵机组包括电驱动的压缩式热泵、蒸汽和/或热水驱动的吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、和/或电与蒸汽驱动的复合式热泵。

7.根据权利要求5所述的热电联产灵活性系统，其特征在于，所述热泵机组包括蒸汽驱动热泵，所述蒸汽驱动热泵的驱动蒸汽入口管道与电厂的汽轮机抽汽管道相连，所述蒸汽驱动热泵的驱动蒸汽疏水管道与电厂的疏水管道相连。

8.一种根据权利要求1至5任一项所述的热电联产灵活性系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：

所述低温加热模块的热源加热量增加时，所述低温储热模块释放出低温水，依次经过所述第一水路和所述第一连接处汇入所述第一水流路径，所述第一水流路径分流出部分热网水依次经过所述第二连接处和所述第二水路流回所述低温储热模块；

所述低温加热模块的热源加热量减少时，所述热网回水管道或所述第一水流路径分流出部分热网水，依次经过所述第一连接处和所述第一水路进入所述低温储热模块，所述低温储热模块则释放出中温水，依次经过第二水路和第二连接处汇入第一水流路径；

所述高温加热模块的热源加热量减少时，所述第二水流路径分流出部分热网水，依次经过所述第三连接处和所述第三水路进入所述高温储热模块，所述高温储热模块则释放出高温水，依次经过第四水路和第四连接处汇入第二水流路径；

所述高温加热模块的热源加热量增加时，所述高温储热模块释放出中温水，依次经过所述第三水路和第三连接处汇入所述第二水流路径，所述第二水流路径分流出部分热网水一次经过所述第四连接处和所述第四水路流回所述高温储热模块。