CN115864533A - 一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置及方法，其特征在于，所述装置包括电源侧电能入网系统、电化学储能系统、电网系统、大型蓄热设备系统、可变功率发电机组系统、供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统，所述大型蓄热设备系统包括大型蓄热设备和蒸汽发生器，所述可变功率发电机组系统包括发电机组和可变功率蒸汽轮机。本发明以储能资源梯次再利用的方式盘活资源，提高多场景应用能力，优化改进储热储能应用，增强电网调峰能力，增强弃风及弃光电消纳和缓解电网调峰压力。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用，尤其是涉及一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置及方法。
背景技术
以传统化石能源为基础的火电等常规能源通常按照用电需求进行发电、输电、配电、用电的调度；而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。储能技术的应用可在很大程度上解决新能源发电的随机性和波动性问题，使间歇性的、低密度的可再生清洁能源得以广泛、有效地利用，并且逐步成为经济上有竞争力的能源。由于电网中的高峰负荷不断增加，电网公司必须不断投资输配电设备以满足尖峰负荷容量的需求，导致系统的整体负荷率偏低，结果使电力资产的综合利用率很低。
现阶段有关储能的配置分析计算大多是围绕单一场景开展的，无法充分发挥储能的多重用途，且现有储能技术存在因发电能力和用户侧负荷不匹配，以及电网线路堵塞造成资源浪费的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置及方法解决了现有储能用途单一、发电能力与用户侧负荷不匹配以及储能资源浪费的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置，其特征在于，所述装置包括电源侧电能入网系统、电化学储能系统、电网系统、大型蓄热设备系统、可变功率发电机组系统、供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统，所述大型蓄热设备系统包括大型蓄热设备和蒸汽发生器，所述可变功率发电机组系统包括发电机组和可变功率蒸汽轮机，所述电源侧电能入网系统与电化学储能系统连接，所述电化学储能系统与电网系统连接，所述电网系统分别与大型蓄热设备和发电机组连接，所述大型蓄热设备与蒸汽发生器连接，所述蒸汽发生器与可变功率蒸汽轮机连接，所述可变功率蒸汽轮机与发电机组连接，所述发电机组分别与供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统连接。
上述方案的有益效果是：通过上述技术方案，构成一个完整的能源梯次利用装置，提高了能源多场景利用能力，缓解了因发电能力和用户侧负荷不匹配，以及减少电网线路堵塞所造成的弃风弃光的问题。
进一步地，大型蓄热设备系统还包括控制子系统、加热元件、蓄热体、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统、蒸汽发生器过热段子系统、蒸汽发生器饱和段子系统、非发电时段供暖子系统、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机和第三耐高温循环风机，所述控制子系统分别与加热元件、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统连接，所述加热元件与蓄热体连接，所述蓄热体分别与第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统和蒸汽发生器过热段子系统连接，所述蒸汽发生器过热段子系统分别与第一耐高温循环风机和蒸汽发生器饱和段子系统连接，所述蒸汽发生器饱和段子系统分别与第一高温风阀切换子系统和第二耐高温循环风机连接，所述非发电时段供暖子系统分别与第二高温风阀切换子系统和第三耐高温循环风机连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，将低谷电由加热元件将电能转换为热能储存在蓄热体中，通过每一轮的循环实现梯次利用能源资源，避免资源的浪费。
进一步地，可变功率发电机组系统还包括可变功率背压机组、可变功率纯凝机组、第一供暖子系统、第二供暖子系统和锅炉给水子系统，所述可变功率背压机组分别与第一供暖子系统和发电机组连接，所述可变功率纯凝机组分别与发电机组、锅炉给水子系统和第二供暖子系统连接。
上述进一步方案的有益效果是：将大型蓄热设备输出的高品位过热蒸汽通过可变功率背压机组和可变功率纯凝机组输出不同温度和不同压力的热风，用于多种场景，提高能源利用率，同时可变功率背压机组和可变功率纯凝机组与发电机组相连接用于峰段时间蒸汽发电，实现对电网的调峰作用。
除此之外，本发明还采用的技术方案为：一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：利用电源侧电能入网系统将电能并入电网系统；
S2：利用电网系统，将用电低谷时段的电能以热能的形式存储在大型蓄热设备及电化学储能系统中；
S3：利用大型蓄热设备，在用电高峰时段输出830℃-250℃的可变热风，经蒸汽发生器产出高品位过热蒸汽；
S4：通过高品位过热蒸汽推动多台可变功率蒸汽轮机运转，带动发电机组发电，实现电网调峰作用；
S5：将发电机组产生的发电余热输入到供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统中，实现能源的梯次再利用。
上述方案的有益效果是：通过消纳用电波谷时段的电网电能，以热的形式进行储能，将储能资源梯次再利用的方式盘活资源，提高多场景应用能力，特别是优化储热技术中热电联产技术，优化改进储热储能应用，优化电网侧、用户侧、电源侧储能形式，增强电网调峰能力、工业蒸汽供给能力、冬季供暖能力、蒸汽发电能力，优化热电联产共享储能电站应用技术，增强弃风、弃光电能消纳和缓解电网调峰压力。
进一步地，S3中包括以下步骤：
S3-1：通过控制子系统将低谷时段电能经加热元件转换为热能，并储存在蓄热体中；
S3-2：从蓄热体中输出830℃-560℃的可变热风经蒸汽发生器过热段子系统产生高品位过热蒸汽，经蒸汽发生器过热段子系统输出327℃热风，经第一耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-3：从蓄热体中输出的热风经第一高温风阀切换子系统产生750℃-400℃的可变热风，经蒸汽发生器饱和段子系统产生235℃热风，经第二耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-4：从蓄热体中输出的热风依次经过第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统产生400℃-250℃的可变热风，输入至非发电时段供暖子系统后产生150℃的热风，经第三耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，通过储能资源梯次再利用的方式盘活资源，有效节省资源，避免资源的浪费。
进一步地，S4中包括以下步骤：
S4-1：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率背压机组后排出温度为148℃，压力为0.25MPa的热风输入第一供暖子系统实现供暖；
S4-2：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.0053MPa的热蒸汽输入锅炉给水子系统，用于夏季及电网用电量大的情况；
S4-3：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.046MPa的热蒸汽输入第二供暖子系统实现冬季供暖，用于冬季供暖需求量大的情况。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，能够提高多场景应用能力，增强冬季供暖能力，实现热电联产及能源梯次利用。
附图说明
图1为一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置图。
图2为大型蓄热设备系统图。
图3为可变功率发电机组系统图。
图4为一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1，如图1所示，一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置，包括电源侧电能入网系统、电化学储能系统、电网系统、大型蓄热设备系统、可变功率发电机组系统、供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统，所述大型蓄热设备系统包括大型蓄热设备和蒸汽发生器，所述可变功率发电机组系统包括发电机组和可变功率蒸汽轮机，所述电源侧电能入网系统与电化学储能系统连接，所述电化学储能系统与电网系统连接，所述电网系统分别与大型蓄热设备和发电机组连接，所述大型蓄热设备与蒸汽发生器连接，所述蒸汽发生器与可变功率蒸汽轮机连接，所述可变功率蒸汽轮机与发电机组连接，所述发电机组分别与供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统连接。
本发明中装置整体工艺流程为电源侧电能入网系统、电化学储能系统、电网耦合汇集至固体蓄热设备经蒸汽发生器、蒸汽轮机以及发电机组后，实现电力调峰、工业蒸汽供给、冬季供暖及跨季节储能。
如图2所示，大型蓄热设备系统还包括控制子系统、加热元件、蓄热体、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统、蒸汽发生器过热段子系统、蒸汽发生器饱和段子系统、非发电时段供暖子系统、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机和第三耐高温循环风机，所述控制子系统分别与加热元件、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统连接，所述加热元件与蓄热体连接，所述蓄热体分别与第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统和蒸汽发生器过热段子系统连接，所述蒸汽发生器过热段子系统分别与第一耐高温循环风机和蒸汽发生器饱和段子系统连接，所述蒸汽发生器饱和段子系统分别与第一高温风阀切换子系统和第二耐高温循环风机连接，所述非发电时段供暖子系统分别与第二高温风阀切换子系统和第三耐高温循环风机连接。
如图3所示，可变功率发电机组系统还包括可变功率背压机组、可变功率纯凝机组、第一供暖子系统、第二供暖子系统和锅炉给水子系统，所述可变功率背压机组分别与第一供暖子系统和发电机组连接，所述可变功率纯凝机组分别与发电机组、锅炉给水子系统和第二供暖子系统连接。
实施例2，如图4所示，一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法，方法包括以下步骤：
S1：利用电源侧电能入网系统将电能并入电网系统；
S2：利用电网系统，将用电低谷时段的电能以热能的形式存储在大型蓄热设备及电化学储能系统中；
S3：利用大型蓄热设备，在用电高峰时段输出830℃-250℃的可变热风，经蒸汽发生器产出高品位过热蒸汽；
S4：通过高品位过热蒸汽推动多台可变功率蒸汽轮机运转，带动发电机组发电，实现电网调峰作用；
S5：将发电机组产生的发电余热输入到供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统中，实现能源的梯次再利用。
S3中包括以下步骤：
S3-1：通过控制子系统将低谷时段电能经加热元件转换为热能，并储存在蓄热体中；
S3-2：从蓄热体中输出830℃-560℃的可变热风经蒸汽发生器过热段子系统产生高品位过热蒸汽，经蒸汽发生器过热段子系统输出327℃热风，经第一耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-3：从蓄热体中输出的热风经第一高温风阀切换子系统产生750℃-400℃的可变热风，经蒸汽发生器饱和段子系统产生235℃热风，经第二耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-4：从蓄热体中输出的热风依次经过第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统产生400℃-250℃的可变热风，输入至非发电时段供暖子系统后产生150℃的热风，经第三耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环。
S4中包括以下步骤：
S4-1：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率背压机组后排出温度为148℃，压力为0.25MPa的热风输入第一供暖子系统实现供暖；
S4-2：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.0053MPa的热蒸汽输入锅炉给水子系统，用于夏季及电网用电量大的情况；
S4-3：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.046MPa的热蒸汽输入第二供暖子系统实现冬季供暖，用于冬季供暖需求量大的情况。
在本发明的一个实施例中，一种共享储能热电联产及能源梯次利用储热技术从电源侧电能入网系统并入电网，在用电低谷时段将弃风弃光电能以热能的形式存储在大型蓄热设备中。电网用电高峰时段，大型蓄热设备输出750℃-400℃的可变热风，经蒸汽发生器产出高品位过热蒸汽。高品位过热蒸汽推动多台可变功率的蒸汽轮机运转，带动发电机组发电，实现电网的调峰作用。从发电机组出来的发电余热输入到供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统中实现能源的梯次再利用。
本次发明通过一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置及方法，在电网系统用电低谷时段(12小时)，消纳新能源无法上网的限电并将电能转换为热能存储于固体电蓄热装置中；在用电高峰时段将固体电蓄热器中存者的热能释放，加热固体电蓄热装置中的循环风，循环风被加热至设计温度后进入余热锅炉换热，加热给水系统产生过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电后并网，从而弥补高峰时段电网系统电力缺口，实现对电网电力平衡“削峰填谷”的调节作用，与此同时，利用汽轮机的排汽余热供应工业用汽及民用供暖，在非发电时段则利用固体蓄热器中的余热进行工业蒸汽供给和24小时供民用供热(冬季)或与末端吸收式制冷联合进行供冷(夏季)。通过将储能资源梯次再利用的方式盘活资源，提高多场景应用能力，优化改进储热储能应用，优化电网侧、用户侧、电源侧储能形式，增强电网调峰能力、工业蒸汽供给能力、冬季供暖能力、蒸汽发电能力，增强弃风、弃光电能消纳和缓解电网调峰压力，实现热电联产及能源梯级利用。同时，在经济方面，本发明的提出能够促进当地政府招商引资增加地方GDP及稳定税收，在社会效益方面，该发明技术可降低碳排放，实现低碳经济可持续发展。该发明技术可为城市局域虚拟电厂参与国网调峰提供支撑。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置，其特征在于，所述装置包括电源侧电能入网系统、电化学储能系统、电网系统、大型蓄热设备系统、可变功率发电机组系统、供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统，所述大型蓄热设备系统包括大型蓄热设备和蒸汽发生器，所述可变功率发电机组系统包括发电机组和可变功率蒸汽轮机，所述电源侧电能入网系统与电化学储能系统连接，所述电化学储能系统与电网系统连接，所述电网系统分别与大型蓄热设备和发电机组连接，所述大型蓄热设备与蒸汽发生器连接，所述蒸汽发生器与可变功率蒸汽轮机连接，所述可变功率蒸汽轮机与发电机组连接，所述发电机组分别与供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统连接。
2.根据权利要求1所述的混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置，其特征在于，所述大型蓄热设备系统还包括控制子系统、加热元件、蓄热体、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统、蒸汽发生器过热段子系统、蒸汽发生器饱和段子系统、非发电时段供暖子系统、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机和第三耐高温循环风机，所述控制子系统分别与加热元件、第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统连接，所述加热元件与蓄热体连接，所述蓄热体分别与第一耐高温循环风机、第二耐高温循环风机、第三耐高温循环风机、第一高温风阀切换子系统、第二高温风阀切换子系统和蒸汽发生器过热段子系统连接，所述蒸汽发生器过热段子系统分别与第一耐高温循环风机和蒸汽发生器饱和段子系统连接，所述蒸汽发生器饱和段子系统分别与第一高温风阀切换子系统和第二耐高温循环风机连接，所述非发电时段供暖子系统分别与第二高温风阀切换子系统和第三耐高温循环风机连接。
3.根据权利要求1所述的混合型共享储能与热电联产能源梯次利用装置，其特征在于，所述可变功率发电机组系统还包括可变功率背压机组、可变功率纯凝机组、第一供暖子系统、第二供暖子系统和锅炉给水子系统，所述可变功率背压机组分别与第一供暖子系统和发电机组连接，所述可变功率纯凝机组分别与发电机组、锅炉给水子系统和第二供暖子系统连接。
4.一种混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：利用电源侧电能入网系统将电能并入电网系统；
S2：利用电网系统，将用电低谷时段的电能以热能的形式存储在大型蓄热设备及电化学储能系统中；
S3：利用大型蓄热设备，在用电高峰时段输出830℃-250℃的可变热风，经蒸汽发生器产出高品位过热蒸汽；
S4：通过高品位过热蒸汽推动多台可变功率蒸汽轮机运转，带动发电机组发电，实现电网调峰作用；
S5：将发电机组产生的发电余热输入到供暖系统、工业蒸汽系统和跨季节储能系统中，实现能源的梯次再利用。
5.根据权利要求4所述的混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法，其特征在于，所述S3中包括以下步骤：
S3-1：通过控制子系统将低谷时段电能经加热元件转换为热能，并储存在蓄热体中；
S3-2：从蓄热体中输出830℃-560℃的可变热风经蒸汽发生器过热段子系统产生高品位过热蒸汽，经蒸汽发生器过热段子系统输出327℃热风，经第一耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-3：从蓄热体中输出的热风经第一高温风阀切换子系统产生750℃-400℃的可变热风，经蒸汽发生器饱和段子系统产生235℃热风，经第二耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环；
S3-4：从蓄热体中输出的热风依次经过第一高温风阀切换子系统和第二高温风阀切换子系统产生400℃-250℃的可变热风，输入至非发电时段供暖子系统后产生150℃的热风，经第三耐高温循环机返回至蓄热体进行下一轮循环。
6.根据权利要求4所述的混合型共享储能与热电联产能源梯次利用方法，其特征在于，所述S4中包括以下步骤：
S4-1：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率背压机组后排出温度为148℃，压力为0.25MPa的热风输入第一供暖子系统实现供暖；
S4-2：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.0053MPa的热蒸汽输入锅炉给水子系统，用于夏季及电网用电量大的情况；
S4-3：通过大型蓄热设备系统输出温度为535℃，压力为8.83MPa高品位过热蒸汽，经可变功率纯凝机组产生背压0.046MPa的热蒸汽输入第二供暖子系统实现冬季供暖，用于冬季供暖需求量大的情况。
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