CN116316714A - 一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统及其方法 - Google Patents

一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉，所述锅炉连接有汽轮机，汽轮机连接有大型发电机，大型发电机线路连接有电网，锅炉的进口连接有电加热器，大型发电机与电网之间连接有重力储能装置，电加热器线路连接于重力储能装置；同时还公开了一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰方法。本发明在现役机组不改变锅炉汽轮机等主要现有设备的基础上，当电网要求负荷低于机组设计最低负荷时，对于机组多发的电能，通过增加重力储能装置来储存这部分多发的电能，使机组能够在本身较低负荷时正常安全运行，而不用再深度降负荷。

Description

一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统及其方法，属于火电厂调峰技术领域。
背景技术
风电、光伏新能源机组装机容量和占比不断提速，火电机组为了生存，未来几年将不得不长期面临“低负荷-高负荷”频繁切换的灵活运行的工况。目前火电机组的灵活性改造方法投资巨大，工期长，涉及范围广，且通过降低锅炉装置最小出力来实现火电机组深度调峰的方式受限条件较多，导致火电机组在过低负荷下运行安全稳定性得不到保障,无法保证深度调峰的需要。
申请号为CN201811045509.2的专利公开了一种基于旁路烟道的火电机组深度调峰系统和方法，在需要机组参与深度调峰时，打开所述旁路烟气挡板，开启循环工质的所述泵，通过外接工质吸收烟气热量，减少所述锅炉自身出力，可达到深度调峰的效果。在火电机组退出深度调峰时，关闭所述旁路烟气挡板，隔离所述旁路烟道，保持机组运行方式不变。同时，在热罐中设置一换热器，在机组退出深度调峰时利用火电机组凝结水将所述热罐中工质冷却，实现热量回收；该专利利用所述旁路烟道换热器吸收烟气热量，减少过热器、再热器的吸热量，降低锅炉出力，实现在保证锅炉稳燃条件下机组降低负荷，实现深度调峰；但是此改造方法投资巨大，工期长，涉及范围广，且通过降低锅炉装置最小出力来实现火电机组深度调峰的方式受限条件较多，导致火电机组在过低负荷下运行安全稳定性得不到保障，无法保证深度调峰的需要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，还提供一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰方法，本发明在现役机组不改变锅炉汽轮机等主要现有设备的基础上，当电网要求负荷低于机组设计最低负荷时，对于机组多发的电能，通过增加重力储能装置来储存这部分多发的电能，使机组能够在本身较低负荷时正常安全运行，而不用再深度降负荷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉，所述锅炉连接有汽轮机，汽轮机连接有大型发电机，大型发电机线路连接有电网，给水泵除连接有现有加热器外，另外增加一条管路连接有电加热器，电加热器连接于重力储能的发电机，由此发电机带动。在现役机组不改变锅炉汽轮机等主要现有设备的基础上，当电网要求负荷低于机组设计最低负荷时，对于机组多发的电能，通过增加重力储能装置来储存这部分多发的电能，使机组能够在本身较低负荷时正常安全运行，而不用再深度降负荷。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，所述大型发电机与电网之间的线路为A线路。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，所述电加热器上设置有B线路，B线路的一端连接于电加热器，B线路的另一端连接于重力储能装置。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，所述电加热器上还连接有给水泵。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，所述重力储能装置线路连接于A线路，电加热器通过B线路与重力储能装置连接。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，所述重力储能装置包括起重机械、重力块和小型发电机，起重机械与重力块连接构成重力系统，重力系统与小型发电机连接，小型发电机通过B线路与电加热器连接；电能充裕时，起重机械将重力块吊起将电能储存为重力势能，需要放电时，再将重力块落下，将势能转换成电能；重力储能装置的重力块可采用废旧材料制成，具有环保低成本的特点，重力储能装置具有适应性广、高度可扩展性、持续时间灵活，储存介质无退化、安全可持续等优势。
前述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，还包括高压加热器，高压加热器上连接有疏水管路，高压加热器与电加热器并联，高压加热器连接于给水泵，高压加热器还连接于锅炉的进口，高压加热器与汽轮机之间设置有C线路；电加热器与高压加热器并联，可同时运行，同时运行时能够起到减少汽轮机抽汽量的作用，电加热器由重力储能的小型发电机来驱动，当重力储能放电时，即小型发电机工作时，这部分电可同时供给电网和电加热器，高效节能。
一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰方法：
当电网调度的负荷降低超过锅炉和汽轮机设计的最低负荷，即无法保证安全稳定运行时，机组将按照较低负荷发电，此时发电量仍大于电网调度电量时，机组将此部分产生的富余电能储存在重力储能装置中，即用大型发电机带动起重机械将重力块吊起升高；
当机组负荷升高时，优先将重力储能装置中势能转化为电能供给电网，即重力块降落的势能带动重力储能装置内小型发电机发电，然后并网；同时，重力储能装置产生的电能一部分输送给电加热器，用来加热给水泵出口的锅炉给水，减少汽轮机的高压加热器部分的抽汽，增加汽轮机蒸汽做功量，提高机组出力，同时电加热器能够较快的加热锅炉给水，提高机组响应速度。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明采用重力储能的新形式、新技术来储存多发的电能，在需要的时候，进行释放，保证了深度调峰，降低了机组的运行成本；
2、本发明的给水泵出口到锅炉进口的锅炉给水除连接有高压加热器外，另外增加电加热器，将电加热器与高压加热器并联，可同时运行，同时运行时能够起到减少汽轮机抽汽量的作用，电加热器由重力储能的小型发电机来驱动，当重力储能放电时，即小型发电机工作时，这部分电可同时供给电网和电加热器，高效节能；
3、本发明解决现役火电机组的深度调峰不稳定的问题；
4、本发明提高火电机组调峰深度；
5、本发明系统灵活，安全可靠，高效节能；
6、本发明在现役机组不改变锅炉汽轮机等主要现有设备的基础上进行改造，缩短了工程周期，降低了改造成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记：1-锅炉，2-汽轮机，3-大型发电机，4-电网，5-电加热器，6-重力储能装置，7-A线路，8-B线路，9-给水泵，10-起重机械，11-重力块，12-小型发电机，13-高压加热器，14-疏水管路，15-重力系统，16-C线路。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6。
本发明的实施例2：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7。
本发明的实施例3：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6。
本发明的实施例4：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6；所述电加热器5上还连接有给水泵9。
本发明的实施例5：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6；所述电加热器5上还连接有给水泵9；所述重力储能装置6线路连接于A线路7，电加热器5通过B线路8与重力储能装置6连接。
本发明的实施例6：如图1所示的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6；所述电加热器5上还连接有给水泵9；所述重力储能装置6线路连接于A线路7，电加热器5通过B线路8与重力储能装置6连接；所述重力储能装置6包括起重机械10、重力块11和小型发电机12，起重机械10与重力块11连接构成重力系统15，重力系统15与小型发电机12连接，小型发电机12通过B线路8与电加热器5连接；其中，双点划线段表示汽水系统，虚线段表示电路系统。
本发明的实施例7：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6；所述电加热器5上还连接有给水泵9；所述重力储能装置6线路连接于A线路7，电加热器5通过B线路8与重力储能装置6连接；所述重力储能装置6包括起重机械10、重力块11和小型发电机12，起重机械10与重力块11连接构成重力系统15，重力系统15与小型发电机12连接，小型发电机12通过B线路8与电加热器5连接；其中，重力块11采用废旧材料制成，比如电厂燃烧后灰渣，废旧钢铁、以及废旧石材。
本发明的实施例8：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉1，所述锅炉1连接有汽轮机2，汽轮机2连接有大型发电机3，大型发电机3线路连接有电网4，锅炉1的进口连接有电加热器5，大型发电机3与电网4之间连接有重力储能装置6，电加热器5线路连接于重力储能装置6；所述大型发电机3与电网4之间的线路为A线路7；所述电加热器5上设置有B线路8，B线路8的一端连接于电加热器5，B线路8的另一端连接于重力储能装置6；所述电加热器5上还连接有给水泵9；所述重力储能装置6线路连接于A线路7，电加热器5通过B线路8与重力储能装置6连接；所述重力储能装置6包括起重机械10、重力块11和小型发电机12，起重机械10与重力块11连接构成重力系统15，重力系统15与小型发电机12连接，小型发电机12通过B线路8与电加热器5连接；系统还包括高压加热器13，高压加热器13上连接有疏水管路14，高压加热器13与电加热器5并联，高压加热器13连接于给水泵9，高压加热器13还连接于锅炉1的进口，高压加热器13与汽轮机2之间设置有C线路16；其中，重力块11采用废旧材料制成，比如电厂燃烧后灰渣，废旧钢铁、以及废旧石材。
本发明的实施例9：一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰方法：
当电网4调度的负荷降低超过锅炉1和汽轮机2设计的最低负荷，即无法保证安全稳定运行时，机组将按照较低负荷发电，此时发电量仍大于电网调度电量时，机组将此部分产生的富余电能储存在重力储能装置6中，即用大型发电机3带动起重机械10将重力块11吊起升高，将电能转化成重力势能；
当电网调度机组负荷升高时，优先将重力储能装置6中势能转化为电能供给电网4，即重力块11降落的势能带动重力储能装置6内小型发电机12发电，优先并网；同时，重力储能装置6产生的电能一部分输送给电加热器5，用来加热给水泵9出口的锅炉给水，减少高压加热器13对汽轮机2的部分抽汽，增加汽轮机2蒸汽做功量，提高机组出力，同时电加热器能够较快的加热锅炉给水，提高机组响应速度，等机组发电量满足电网要求时，重力储能装置及电加热器退出发电。
本发明的一种实施例的工作原理：本发明工作时，当电网4调度的负荷降低超过锅炉1和汽轮机2设计的最低负荷，即无法保证安全稳定运行时，机组将按照较低负荷发电，此时发电量仍大于电网调度电量时，机组将此部分产生的富余电能储存在重力储能装置6中，即用大型发电机3带动起重机械10将重力块11吊起升高；
当机组负荷升高时，优先将重力储能装置6中势能转化为电能供给电网4，即重力块11降落的势能带动重力储能装置6内小型发电机12发电，然后并网；同时，重力储能装置6产生的电能一部分输送给电加热器5，用来加热给水泵9出口的锅炉给水，减少高压加热器13对汽轮机2的部分抽汽，增加汽轮机2蒸汽做功量，提高机组出力，同时电加热器能够较快的加热锅炉给水，提高机组响应速度。

Claims (8)

1.一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，包括锅炉(1)，其特征在于，所述锅炉(1)连接有汽轮机(2)，汽轮机(2)连接有大型发电机(3)，大型发电机(3)线路连接有电网(4)，锅炉(1)的进口连接有电加热器(5)，大型发电机(3)与电网(4)之间连接有重力储能装置(6)，电加热器(5)线路连接于重力储能装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，所述大型发电机(3)与电网(4)之间的线路为A线路(7)。
3.根据权利要求2所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，所述电加热器(5)上设置有B线路(8)，B线路(8)的一端连接于电加热器(5)，B线路(8)的另一端连接于重力储能装置(6)。
4.根据权利要求1所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，所述电加热器(5)上还连接有给水泵(9)。
5.根据权利要求3所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，所述重力储能装置(6)线路连接于A线路(7)，电加热器(5)通过B线路(8)与重力储能装置(6)连接。
6.根据权利要求5所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，所述重力储能装置(6)包括起重机械(10)、重力块(11)和小型发电机(12)，起重机械(10)与重力块(11)连接构成重力系统(15)，重力系统(15)与小型发电机(12)连接，小型发电机(12)通过B线路(8)与电加热器(5)连接。
7.根据权利要求4所述的一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰系统，其特征在于，还包括高压加热器(13)，高压加热器(13)上连接有疏水管路(14)，高压加热器(13)与电加热器(5)并联，高压加热器(13)连接于给水泵(9)，高压加热器(13)还连接于锅炉(1)的进口，高压加热器(13)与汽轮机(2)之间设置有C线路(16)。
8.一种耦合重力储能的火电厂灵活性改造调峰方法，其特征在于：
当电网(4)调度的负荷降低超过锅炉(1)和汽轮机(2)设计的最低负荷，即无法保证安全稳定运行时，机组将在安全运行范围内按照较低负荷发电，若此时发电量仍大于电网调度电量时，机组将此部分产生的富余电能储存在重力储能装置(6)中，即用大型发电机(3)带动起重机械(10)将重力块(11)吊起升高来储存成重力势能；
当电网调度负荷升高时，优先将重力储能装置(6)中势能转化为电能供给电网(4)，即重力块(11)降落的势能带动重力储能装置(6)内小型发电机(12)发电，然后并网；同时，重力储能装置(6)产生的电能一部分输送给电加热器(5)，用来加热给水泵(9)出口的锅
炉给水，减少高压加热器(13)对汽轮机(2)的部分抽汽，增加汽轮机(2)蒸汽做功量，
提高机组出力，同时电加热器具有能够较快的加热锅炉给水的优点，可以提高机组响应速度，
直到机组负荷能够满足电网需求时重力储能装置退出发电。
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