CN117537331A - 一种集成热泵和储能联动的热电联产系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种集成热泵和储能联动的热电联产系统及运行方法，该系统包括热电联产机组、吸收式热泵、尖峰加热器、高中低温储热罐、辅热器以及各类管道阀门等；在采暖季储能阶段，采用吸收式热泵和合适参数的汽轮机抽汽梯级加热低温储热罐的冷水，并分别采用高温、中温储热罐储存，实现机组深度降负荷的目的，同时回收冷凝器部分余热；在采暖季释能阶段，采用中温储热罐对外供热，热电联产机组工作在纯凝工况，同时高温储热罐热水辅助加热汽轮机凝结水，从而提高系统发电量。本发明实现吸收式热泵、储能、热电联产机组的高效集成，系统能效水平与调峰能力明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及热电联产、电站调峰和储能技术领域，具体涉及集成热泵和储能联动的热电联产系统及运行方法。
背景技术
太阳能风能等新能源发电具有较强的波动性、反调峰特性，给电网调峰带来巨大挑战。目前我国火电产能过剩，发电设备年利用小时数低，未来数年火电机组持续低负荷运行或深度调峰运行会成为一种常态。热电联产机组在火力发电中的比重大、容量高，是我国北方地区火力发电厂的主要形式。提高热电联产机组深度调峰能力是高效消纳可再生能源发电的关键技术。目前常规的热电机组深度调峰技术存在以下问题：
(1)电锅炉、旁通主汽等调峰方式能源综合利用水平低。为了提高机组热高峰期的供热能力，将进一步降低机组的综合能效水平。
(2)现有的热电联产调峰系统存在参数调节不够灵活，热源蒸汽选择不够灵活，热电高峰期电出力有限，常规的机组调峰技术面临能源利用效率低，调峰深度小等实际问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成热泵和储能联动的热电联产系统及运行方法，该系统包括热电联产机组、吸收式热泵、尖峰加热器、高中低温储热罐、辅热器以及各类管道阀门等。在采暖季储能阶段，采用吸收式热泵和合适参数的汽轮机抽汽梯级加热低温储热罐的冷水，并分别采用高温、中温储热罐储存，实现机组深度降负荷的目的，同时回收冷凝器部分余热。在采暖季释能阶段，采用中温储热罐对外供热，热电联产机组工作在纯凝工况，同时高温储热罐热水辅助加热汽轮机凝结水，从而提高系统发电量。本发明实现吸收式热泵、储能、热电联产机组的高效集成，系统能效水平与调峰能力明显提高。本发明实现了热电联产系统高峰-低谷(储能-释能)时段工作模式的灵活快速切换，调峰过程实现了能源梯级有序利用，其能源利用效率高，调峰深度大，参数调节灵活。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集成热泵和储能联动的热电联产系统，包括依次相连通的锅炉101主蒸汽侧、汽轮机高压缸102、锅炉101再热蒸汽侧、汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104、凝汽器105壳侧、凝结水泵115、凝结水阀门甲306、第七级加热器106管侧、第六级加热器107管侧、凝结水阀门乙304、第五级加热器108管侧、第四级加热器109管侧、除氧器110、给水泵116、第二级加热器111管侧、第一级加热器112管侧、锅炉101给水侧；汽轮机高压缸102排汽管道通过第一级回热抽汽管道与第一级加热器112壳侧相连通；汽轮机中压缸103压力依次降低的第二级抽汽、第三级抽汽管道分别与第二级加热器111壳侧、除氧器110相连通；汽轮机低压缸104压力依次降低的第四级、第五级、第六级、第七级抽汽管道分别与第四级加热器109壳侧、第五级加热器108壳侧、第六级加热器107壳侧、第七级加热器106壳侧相连通；第一级加热器112壳侧出口通过疏水管道依次连通第二级加热器111壳侧和除氧器110；第四级加热器109壳侧出口通过疏水管道依次连通第五级加热器108壳侧、第六级加热器107壳侧、第七级加热器106壳侧、凝汽器105壳侧；凝汽器105管侧与冷却塔114相连通；汽轮机高压缸102通过机械轴与汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104和发电机113相连接；锅炉101主蒸汽侧出口、再热蒸汽侧出口以及再热蒸汽侧入口管道分别通过抽气阀门乙302、抽汽阀门甲301和抽汽阀门丙303与抽汽管道连通，抽汽管道分别通过调控阀门甲318、调控阀门乙319与尖峰加热器204热流体侧、吸收式热泵205发生器相连通，尖峰加热器204热流体侧出口和吸收式热泵205发生器出口均与除氧器110相连通；高温储热罐201依次与变频水泵甲323、尖峰加热器204冷流体侧、调控阀门丙316、调控阀门丁315、调控阀门戊314、变频水泵丙313和中温储热罐202相连通；尖峰加热器204冷流体侧出口依次连通调控阀门癸317、辅热器甲206热流体侧、辅热器乙207热流体侧、调控阀门壬321、变频水泵乙322和低温储热罐203；调控阀门丁315与调控阀门戊314之间的管道依次连通调控阀门庚310、热用户208、调控阀门壬321；调控阀门丁315与调控阀门戊314之间的管道还依次连通调控阀门己309、变频水泵丁311、辅热器甲206热流体侧出口；低温储热罐203依次连通变频水泵乙322、调控阀门辛320、吸收式热泵205吸收器、吸收式热泵205冷凝器；调控阀门丙316与调控阀门丁315之间的管道与吸收式热泵205冷凝器出口相连通；冷却塔114出口管道依次通过冷却阀门308、吸收式热泵205蒸发器与冷却塔114入口管道相连通；凝结水泵115出口管道依次与凝结水阀门丙307、辅热器乙207冷流体侧、辅热器甲206冷流体侧、除氧器110相连通；第六级加热器107管侧出口依次连通凝结水阀门丁305、变频水泵戊312、辅热器乙207冷流体侧出口管道。
所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统，采暖季储能阶段即电力低谷期按照以下方式运行：吸收式热泵205和尖峰加热器204工作，而辅热器甲206和辅热器乙207不工作；关闭调控阀门癸317、调控阀门己309、凝结水阀门丁305、凝结水阀门丙307、变频水泵丁311、变频水泵戊312，根据热负荷等级和电力低谷期发电需求仅打开并且调节抽汽阀门甲301、抽气阀门乙302和抽汽阀门丙303其中之一，根据用户热负荷调节调控阀门庚310和调控阀门壬321开度，使得流过热用户208的热水流量满足用户热需求；调节变频水泵丙313和调控阀门戊314使得流经调控阀门丁315多余中温热水流入中温储热罐202中存储；根据储能时间调节变频水泵乙322和调控阀门辛320使得低温储热罐203中储存的冷水能够在储能时间内全部释放；根据尖峰加热器204冷流体流量调节变频水泵甲323使得流经尖峰加热器204冷流体侧工质全部在高温储热罐201存储；根据储能释能整个往返周期总热负荷调节调控阀门丁315和调控阀门丙316的开度使得中温储热罐202储存的中温水满足释能阶段用户热负荷需求；调节调控阀门甲318和调控阀门乙319的开度使得尖峰加热器204热流体出口温度和吸收式热泵205发生器驱动流体出口温度一致；调节冷却阀门308的开度，使得流入吸收式热泵205蒸发器冷媒水流量满足需求。
所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统，采暖季释能阶段即电力高峰期按照以下方式运行：吸收式热泵205和尖峰加热器204不工作，而辅热器甲206和辅热器乙207工作；关闭抽汽阀门甲301、抽气阀门乙302、抽汽阀门丙303、调控阀门辛320、调控阀门丁315、调控阀门丙316和冷却阀门308；打开调控阀门癸317和调控阀门己309；调节凝结水阀门丁305、凝结水阀门丙307、凝结水阀门乙304和凝结水阀门甲306的开度，调节调控阀门己309的开度，调节调节变频水泵丁311和变频水泵戊312的流向与流量，使得：辅热器乙207热流体出口温度与热用户208出口工质温度一致，辅热器甲206、辅热器乙207的冷流体出口温度分别与第四级加热器109管侧、第六级加热器107管侧的出口工质温度一致，系统发电量满足外部电负荷需求；调节变频水泵甲323的流向和流量，使得高温储热罐201中的高温水流出并且流量与调控阀门癸317的开度相匹配；调节调控阀门戊314、调控阀门庚310、调控阀门壬321的开度，使得系统供热量满足热用户208的需求；调节变频水泵丙313的流向和流量，使得中温储热罐202中的中温水流出并且流量与调控阀门戊314的开度相匹配；调节变频水泵乙322的流向和流量，使得流经调控阀门壬321所在管路的冷水流入低温储热罐203中存储，并且变频水泵乙322的流量与调控阀门壬321的开度相匹配。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)热网回水采用吸收式热泵和汽轮机合适参数的抽汽梯级加热实现了能量梯级有序利用。
(2)采用中高温储热罐实现热能按品位分别回收与存储，采用吸收式热泵预热热网回水充分实现了余热回收利用，提高了系统能效水平。
(3)通过储热系统与热电机组热、电能流之间互补互换，并采用吸收式热泵实现高品位热增值，实现了热电联产机组采暖季能效水平与运行灵活性提升。
(4)本发明通过运行方法与系统构型的合理匹配，提高了采暖季热电联产系统高峰-低谷时段工作模式的灵活切换速度，调峰深度大，参数调节灵活。
附图说明
图1为本发明一种集成热泵和储能联动的热电联产系统及运行方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
为了实现分级热储能技术、吸收式热泵技术与热电联产机组的高效灵活耦合，本发明一种集成热泵和储能联动的热电联产系统，如图1所示，该系统包括依次相连通的锅炉101主蒸汽侧、汽轮机高压缸102、锅炉101再热蒸汽侧、汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104、凝汽器105壳侧、凝结水泵115、凝结水阀门甲306、第七级加热器106管侧、第六级加热器107管侧、凝结水阀门乙304、第五级加热器108管侧、第四级加热器109管侧、除氧器110、给水泵116、第二级加热器111管侧、第一级加热器112管侧、锅炉101给水侧；汽轮机高压缸102排汽管道通过第一级回热抽汽管道与第一级加热器112壳侧相连通；汽轮机中压缸103压力依次降低的第二级抽汽、第三级抽汽管道分别与第二级加热器111壳侧、除氧器110相连通；汽轮机低压缸104压力依次降低的第四级、第五级、第六级、第七级抽汽管道分别与第四级加热器109壳侧、第五级加热器108壳侧、第六级加热器107壳侧、第七级加热器106壳侧相连通；第一级加热器112壳侧出口通过疏水管道依次连通第二级加热器111壳侧和除氧器110；第四级加热器109壳侧出口通过疏水管道依次连通第五级加热器108壳侧、第六级加热器107壳侧、第七级加热器106壳侧、凝汽器105壳侧；凝汽器105管侧与冷却塔114相连通；汽轮机高压缸102通过机械轴与汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104和发电机113相连接；锅炉101主蒸汽侧出口、再热蒸汽侧出口以及再热蒸汽侧入口管道分别通过抽气阀门乙302、抽汽阀门甲301和抽汽阀门丙303与抽汽管道连通，抽汽管道分别通过调控阀门甲318、调控阀门乙319与尖峰加热器204热流体侧、吸收式热泵205发生器相连通，尖峰加热器204热流体侧出口和吸收式热泵205发生器出口均与除氧器110相连通；高温储热罐201依次与变频水泵甲323、尖峰加热器204冷流体侧、调控阀门丙316、调控阀门丁315、调控阀门戊314、变频水泵丙313和中温储热罐202相连通；尖峰加热器204冷流体侧出口依次连通调控阀门癸317、辅热器甲206热流体侧、辅热器乙207热流体侧、调控阀门壬321、变频水泵乙322和低温储热罐203；调控阀门丁315与调控阀门戊314之间的管道依次连通调控阀门庚310、热用户208、调控阀门壬321；调控阀门丁315与调控阀门戊314之间的管道还依次连通调控阀门己309、变频水泵丁311、辅热器甲206热流体侧出口；低温储热罐203依次连通变频水泵乙322、调控阀门辛320、吸收式热泵205吸收器、吸收式热泵205冷凝器；调控阀门丙316与调控阀门丁315之间的管道与吸收式热泵205冷凝器出口相连通；冷却塔114出口管道依次通过冷却阀门308、吸收式热泵205蒸发器与冷却塔114入口管道相连通；凝结水泵115出口管道依次与凝结水阀门丙307、辅热器乙207冷流体侧、辅热器甲206冷流体侧、除氧器110相连通；第六级加热器107管侧出口依次连通凝结水阀门丁305、变频水泵戊312、辅热器乙207冷流体侧出口管道。根据以上发明的系统构型，可以通过吸收式热泵与尖峰加热器梯级加热热网回水，从而实现系统能量梯级有序利用。
为了更加科学有效地开发所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统的经济性与灵活性潜力，该系统采暖季储能阶段即电力低谷期按照以下方式运行：吸收式热泵205和尖峰加热器204工作，而辅热器甲206和辅热器乙207不工作。关闭调控阀门癸317、调控阀门己309、凝结水阀门丁305、凝结水阀门丙307、变频水泵丁311、变频水泵戊312，使得辅热器甲206和辅热器乙207所在管路不流通，即辅热器甲206和辅热器乙207不工作。根据热负荷等级和电力低谷期发电需求仅打开并且调节抽汽阀门甲301、抽气阀门乙302和抽汽阀门丙303其中之一，保证抽汽热源压力稳定并且匹配系统所需抽汽温度。根据用户热负荷调节调控阀门庚310和调控阀门壬321开度，使得流过热用户208的热水流量满足用户热需求；调节变频水泵丙313和调控阀门戊314使得流经调控阀门丁315多余中温热水流入中温储热罐202中存储，从而保证系统在释能阶段能够有足量的中温热源来调节供热量与辅助加热凝结水的比例，实现系统在外界热负荷与电负荷变工况条件下可以更加灵活高效的运行与切换；根据储能时间调节变频水泵乙322和调控阀门辛320使得低温储热罐203中储存的冷水能够在储能时间内全部释放，从而保证系统在整个储能时间内可以完成低温储热罐203内所有存水的加热；根据尖峰加热器204冷流体流量调节变频水泵甲323使得流经尖峰加热器204冷流体侧工质全部在高温储热罐201存储；根据储能释能整个往返周期总热负荷调节调控阀门丁315和调控阀门丙316的开度使得中温储热罐202储存的中温水满足释能阶段用户热负荷需求，从而达到系统热、电能流调控的深度解耦目的；调节调控阀门甲318和调控阀门乙319的开度使得尖峰加热器204热流体出口温度和吸收式热泵205发生器驱动流体出口温度一致，从而减小两股流体混合过程中的损失；调节冷却阀门308的开度，使得流入吸收式热泵205蒸发器的冷媒水流量满足需求，从而回收冷凝器105的部分低品位余热。
为了更加科学有效地开发所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统的经济性与灵活性潜力，该系统采暖季释能阶段即电力高峰期按照以下方式运行：吸收式热泵205和尖峰加热器204不工作，而辅热器甲206和辅热器乙207工作。关闭抽汽阀门甲301、抽气阀门乙302、抽汽阀门丙303、调控阀门辛320、调控阀门丁315、调控阀门丙316和冷却阀门308，从而使得吸收式热泵205和尖峰加热器204所在管路不通流，切断二者的工作；打开调控阀门癸317和调控阀门己309；调节凝结水阀门丁305、凝结水阀门丙307、凝结水阀门乙304和凝结水阀门甲306的开度，调节调控阀门己309的开度，调节调节变频水泵丁311和变频水泵戊312的流向与流量，使得：辅热器乙207热流体出口温度与热用户208出口工质温度一致从而保证混合过程损失最小，辅热器甲206、辅热器乙207的冷流体出口温度分别与第四级加热器109管侧、第六级加热器107管侧的出口工质温度一致，从而保证凝结水外部加热过程对热电联产机组的热经济性提高最大，安全性最高，系统发电量满足外部电负荷需求；调节变频水泵甲323的流向和流量，使得高温储热罐201中的高温水流出并且流量与调控阀门癸317的开度相匹配，从而保证管路的安全性与系统经济性；调节调控阀门戊314、调控阀门庚310、调控阀门壬321的开度，使得系统供热量满足热用户208的需求；调节变频水泵丙313的流向和流量，使得中温储热罐202中的中温水流出并且流量与调控阀门戊314的开度相匹配，从而保证管路的安全性与系统经济性；调节变频水泵乙322的流向和流量，使得流经调控阀门壬321所在管路的冷水流入低温储热罐203中存储，并且变频水泵乙322的流量与调控阀门壬321的开度相匹配，从而保证管路的安全性与系统经济性。通过运行方法与系统构型的合理匹配，本发明可以实现采暖季热电联产机组高峰-低谷时段工作模式的灵活高效切换，调峰深度大，参数调节灵活。
Claims (3)
1.一种集成热泵和储能联动的热电联产系统，其特征在于：包括依次相连通的锅炉(101)主蒸汽侧、汽轮机高压缸(102)、锅炉(101)再热蒸汽侧、汽轮机中压缸(103)、汽轮机低压缸(104)、凝汽器(105)壳侧、凝结水泵(115)、凝结水阀门甲(306)、第七级加热器(106)管侧、第六级加热器(107)管侧、凝结水阀门乙(304)、第五级加热器(108)管侧、第四级加热器(109)管侧、除氧器(110)、给水泵(116)、第二级加热器(111)管侧、第一级加热器(112)管侧、锅炉(101)给水侧；汽轮机高压缸(102)排汽管道通过第一级回热抽汽管道与第一级加热器(112)壳侧相连通；汽轮机中压缸(103)压力依次降低的第二级抽汽、第三级抽汽管道分别与第二级加热器(111)壳侧、除氧器(110)相连通；汽轮机低压缸(104)压力依次降低的第四级、第五级、第六级、第七级抽汽管道分别与第四级加热器(109)壳侧、第五级加热器(108)壳侧、第六级加热器(107)壳侧、第七级加热器(106)壳侧相连通；第一级加热器(112)壳侧出口通过疏水管道依次连通第二级加热器(111)壳侧和除氧器(110)；第四级加热器(109)壳侧出口通过疏水管道依次连通第五级加热器(108)壳侧、第六级加热器(107)壳侧、第七级加热器(106)壳侧、凝汽器(105)壳侧；凝汽器(105)管侧与冷却塔(114)相连通；汽轮机高压缸(102)通过机械轴与汽轮机中压缸(103)、汽轮机低压缸(104)和发电机(113)相连接；锅炉(101)主蒸汽侧出口、再热蒸汽侧出口以及再热蒸汽侧入口管道分别通过抽气阀门乙(302)、抽汽阀门甲(301)和抽汽阀门丙(303)与抽汽管道连通，抽汽管道分别通过调控阀门甲(318)、调控阀门乙(319)与尖峰加热器(204)热流体侧、吸收式热泵(205)发生器相连通，尖峰加热器(204)热流体侧出口和吸收式热泵(205)发生器出口均与除氧器(110)相连通；高温储热罐(201)依次与变频水泵甲(323)、尖峰加热器(204)冷流体侧、调控阀门丙(316)、调控阀门丁(315)、调控阀门戊(314)、变频水泵丙(313)和中温储热罐(202)相连通；尖峰加热器(204)冷流体侧出口依次连通调控阀门癸(317)、辅热器甲(206)热流体侧、辅热器乙(207)热流体侧、调控阀门壬(321)、变频水泵乙(322)和低温储热罐(203)；调控阀门丁(315)与调控阀门戊(314)之间的管道依次连通调控阀门庚(310)、热用户(208)、调控阀门壬(321)；调控阀门丁(315)与调控阀门戊(314)之间的管道还依次连通调控阀门己(309)、变频水泵丁(311)、辅热器甲(206)热流体侧出口；低温储热罐(203)依次连通变频水泵乙(322)、调控阀门辛(320)、吸收式热泵(205)吸收器、吸收式热泵(205)冷凝器；调控阀门丙(316)与调控阀门丁(315)之间的管道与吸收式热泵(205)冷凝器出口相连通；冷却塔(114)出口管道依次通过冷却阀门(308)、吸收式热泵(205)蒸发器与冷却塔(114)入口管道相连通；凝结水泵(115)出口管道依次与凝结水阀门丙(307)、辅热器乙(207)冷流体侧、辅热器甲(206)冷流体侧、除氧器(110)相连通；第六级加热器(107)管侧出口依次连通凝结水阀门丁(305)、变频水泵戊(312)、辅热器乙(207)冷流体侧出口管道。
2.权利要求1所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统的运行方法，其特征在于：采暖季储能阶段即电力低谷期，吸收式热泵(205)和尖峰加热器(204)工作，而辅热器甲(206)和辅热器乙(207)不工作；关闭调控阀门癸(317)、调控阀门己(309)、凝结水阀门丁(305)、凝结水阀门丙(307)、变频水泵丁(311)、变频水泵戊(312)，根据热负荷等级和电力低谷期发电需求仅打开并且调节抽汽阀门甲(301)、抽气阀门乙(302)和抽汽阀门丙(303)其中之一，根据用户热负荷调节调控阀门庚(310)和调控阀门壬(321)开度，使得流过热用户(208)的热水流量满足用户热需求；调节变频水泵丙(313)和调控阀门戊(314)使得流经调控阀门丁(315)多余中温热水流入中温储热罐(202)中存储；根据储能时间调节变频水泵乙(322)和调控阀门辛(320)使得低温储热罐(203)中储存的冷水能够在储能时间内全部释放；根据尖峰加热器(204)冷流体流量调节变频水泵甲(323)使得流经尖峰加热器(204)冷流体侧工质全部在高温储热罐(201)存储；根据储能释能整个往返周期总热负荷调节调控阀门丁(315)和调控阀门丙(316)的开度使得中温储热罐(202)储存的中温水满足释能阶段用户热负荷需求；调节调控阀门甲(318)和调控阀门乙(319)的开度使得尖峰加热器(204)热流体出口温度和吸收式热泵(205)发生器驱动流体出口温度一致；调节冷却阀门(308)的开度，使得流入吸收式热泵(205)蒸发器冷媒水流量满足需求。
3.权利要求1所述一种集成热泵和储能联动的热电联产系统的运行方法，其特征在于：采暖季释能阶段即电力高峰期，吸收式热泵(205)和尖峰加热器(204)不工作，而辅热器甲(206)和辅热器乙(207)工作；关闭抽汽阀门甲(301)、抽气阀门乙(302)、抽汽阀门丙(303)、调控阀门辛(320)、调控阀门丁(315)、调控阀门丙(316)和冷却阀门(308)；打开调控阀门癸(317)和调控阀门己(309)；调节凝结水阀门丁(305)、凝结水阀门丙(307)、凝结水阀门乙(304)和凝结水阀门甲(306)的开度，调节调控阀门己(309)的开度，调节调节变频水泵丁(311)和变频水泵戊(312)的流向与流量，使得：辅热器乙(207)热流体出口温度与热用户(208)出口工质温度一致，辅热器甲(206)、辅热器乙(207)的冷流体出口温度分别与第四级加热器(109)管侧、第六级加热器(107)管侧的出口工质温度一致，系统发电量满足外部电负荷需求；调节变频水泵甲(323)的流向和流量，使得高温储热罐(201)中的高温水流出并且流量与调控阀门癸(317)的开度相匹配；调节调控阀门戊(314)、调控阀门庚(310)、调控阀门壬(321)的开度，使得系统供热量满足热用户(208)的需求；
调节变频水泵丙(313)的流向和流量，使得中温储热罐(202)中的中温水流出并且流量与调控阀门戊(314)的开度相匹配；调节变频水泵乙(322)的流向和流量，使得流经调控阀门壬(321)所在管路的冷水流入低温储热罐(203)中存储，并且变频水泵乙(322)的流量与调控阀门壬(321)的开度相匹配。
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