CN206309434U - 太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，包括热电生产模块、热电供热采暖模块、太阳能热模块和热能存储模块。本实用新型在非采暖季太阳能热模块加热热电生产模块的凝结水参与发电，减少热电生产模块的煤耗，从而减少排放；在采暖季通过热能存储模块与热电供热采暖模块耦合直接将热量供给热用户管网，减少了能量形式的转换环节从而提高了太阳能的利用率。太阳能热模块所需的热能储存装置与热电生产模块电量低谷调峰所需的热能储存装置共用，比单一热电生产模块采用电量低谷热能储存装置单位投资小，增强了太阳能热利用的稳定性，同时还大大提升了热电供热采暖模块的灵活性及热电生产模块的调峰能力。

Description

太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能热领域、热电联产领域和热能储存领域，特别是太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合技术。

背景技术

目前，太阳能热发电在我国正处于示范应用阶段。其技术路线是：通过太阳能热采集系统将水加热成高温高压蒸汽，再带动汽轮机组发电。由于太阳能的不稳定性，太阳能热发电系统通常设置储热罐，以保证发电的稳定。

热电联产是同时向用户供给电能和热能的生产方式，或是同时生产蒸汽和电力的先进能源利用形式，是提高能源利用率，节约能源的有效途径，具有减少污染、净化环境、提高供热质量、促进经济发展等优点。热电厂热储能是在电供大于求、电热需求相矛盾的情形下刚刚兴起的储能方式。一般的储热流程是：采暖季，在电网负荷低谷时间段，将部分发电做功的蒸汽抽出来，其热能通过储罐储存，减少发电，待电网负荷高峰段，将储存的热能提取送到采暖供热系统，以增加或平衡供热。非采暖季，低谷不储热。

太阳能热发电在现阶段突出的问题是工程造价高，太阳能热转换效率低；而热电厂单一的低谷储热也存在工程造价高的问题，同时还存在采暖季供热不足的问题。如何能通过太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合使太阳能热利用效益最大化，同时又提高热电厂在采暖季的供热量，是能源技术领域正在大力研究的课题。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要提供一种太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统及实现方法，既能解决太阳能热发电工程的投资成本高、热转换效率低的问题；又能解决热电联产机组采暖季供热潜力不足和低谷储热工程造价高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，包括热电生产模块、热电供热采暖模块、太阳能热模块和热能存储模块；

所述的热电生产模块包括汽轮机、发电机、凝汽器、冷水塔、凝结水泵、化学精处理设备、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉；所述的汽轮机与发电机连接，汽轮机的乏汽排出管经凝汽器、凝结水泵、化学精处理设备、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉连接到汽轮机的蒸汽输入管，构成热电生产回路；所述的凝汽器与冷水塔连接；

所述的热电供热采暖模块包括热网加热器、热网循环泵和热用户管网；所述的汽轮机的中压缸或高压缸抽汽管经热网加热器、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉连接到汽轮机的蒸汽输入管，构成热电供热回路；所述的热网加热器的采暖供水口经热用户管网、热网循环泵连接到热网加热器的采暖回水口，构成热电采暖回路；

所述的太阳能热模块包括太阳能热介质循环泵、换热器C和太阳能吸热镜，所述的太阳能吸热镜的热介质出口经太阳能热介质循环泵和换热器C连接到太阳能吸热镜的热介质入口；构成太阳能热供热回路；

所述的热能存储模块包括冷媒储罐、热媒储罐、换热器A、换热器B、换热器C、换热器D、热媒泵A、热媒泵B、冷媒泵A和冷媒泵B；

所述的冷媒储罐经冷媒泵B和换热器C连接到热媒储罐，构成太阳能热存储管路；

所述的冷媒储罐经冷媒泵A和换热器D连接到热媒储罐，构成热电生产模块的热存储管路；所述的汽轮机的中压缸或高压缸抽汽管经换热器D、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉连接到汽轮机的蒸汽输入管，构成热电生产模块的热存储回路；

所述的热媒储罐经热媒泵B和换热器B连接到冷媒储罐，构成热电生产模块的凝结水加热管路；所述的换热器B与低压加热器连接，构成热电生产模块的凝结水加热回路；

所述的热媒储罐经热媒泵A和换热器A连接到冷媒储罐，构成热电供热采暖模块的加热管路；所述的换热器A与热网加热器连接，构成热电供热采暖模块的加热管路。

进一步地，所述的锅炉为燃煤锅炉或燃气锅炉。

进一步地，所述的太阳能吸热镜为槽式太阳能吸热镜或菲涅尔式太阳能吸热镜。

进一步地，所述的热介质为防冻液或导热油。

进一步地，所述的冷媒、热媒为溶盐或防冻液或水。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的太阳能热模块与热电生产模块按不同季节分采暖季和非采暖季耦合：非采暖季太阳能热模块加热电生产模块的凝结水参与发电，减少热电生产模块的煤耗，从而减少排放；采暖季通过热能存储模块与热电供热采暖模块耦合直接将热量供给热用户管网，减少了能量形式的转换环节，从而提高了太阳能的利用率。此外，由于太阳能热模块与热电生产模块上述的耦合方式，太阳能热模块在低温段和中温初段工作其热能转化率较高，使得太阳能热利用率最大化，同时还提高了热电生产模块的供热潜力。

2、本实用新型的太阳能热模块与热电生产模块耦合比单一太阳能热发电造价大大降低。同时太阳能热模块所需的热能储存装置与热电生产模块电量低谷调峰所需的热能储存装置共用，比单一热电生产模块采用电量低谷热能储存装置单位投资小，有利于太阳能热技术和热能储存技术的推广应用，同时还大大提升了热电生产模块的调峰能力。

3、本实用新型的热电生产模块电网低谷储热与太阳能热模块共用同一储罐，减少了工程造价，提高了热电生产模块的运行灵活性，适应电网调度要求。同时提高了供热潜力和对热需求的适应性。

4、本实用新型的热媒储罐的热媒热量来源有太阳能热模块的热能和热电生产模块抽汽的热能，热用户管网的热源有热电生产模块中的凝结水和热能存储模块中的太阳能加热的热水。因此可以根据实际需要，实现能量的多种转化，提高了能量转化的灵活性，具有非常好的应用价值。

5、本实用新型的太阳能热模块与热电生产模块的耦合发电供热大大提高了企业经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图。

图中：1—汽轮机，2—发电机，3—凝汽器，4—冷水塔，5—凝结水泵，6—化学精处理设备，7—锅炉，8—给水泵，9—高压加热器，10—除氧器，11—低压加热器，12—热网加热器，13—换热器A，14—换热器B，15—换热器C，16—换热器D，17—冷媒储罐，18—热媒储罐，19—太阳能吸热镜，20—热网循环泵，21—热媒泵A，22—热媒泵B，23—冷媒泵A，24—冷媒泵B，25—太阳能热介质循环泵，26—热用户管网；100、热电生产模块，200—热电供热采暖模块，300—太阳能热模块，400—热能存储模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，包括热电生产模块100、热电供热采暖模块200、太阳能热模块300和热能存储模块400；

所述的热电生产模块100包括汽轮机1、发电机2、凝汽器3、冷水塔4、凝结水泵5、化学精处理设备6、低压加热器11、除氧器10、给水泵8、高压加热器9和锅炉7；所述的汽轮机1与发电机2连接，汽轮机1的乏汽排出管经凝汽器3、凝结水泵5、化学精处理设备6、低压加热器11、除氧器10、给水泵8、高压加热器9和锅炉7连接到汽轮机1的蒸汽输入管，构成热电生产回路；所述的凝汽器3与冷水塔4连接；

所述的热电供热采暖模块200包括热网加热器12、热网循环泵20和热用户管网26；所述的汽轮机1的中压缸或高压缸抽汽管经热网加热器12、低压加热器11、除氧器10、给水泵8、高压加热器9和锅炉7连接到汽轮机1的蒸汽输入管，构成热电供热回路；所述的热网加热器12的采暖供水口经热用户管网26、热网循环泵20连接到热网加热器12的采暖回水口，构成热电采暖回路；

所述的太阳能热模块300包括太阳能热介质循环泵25、换热器C15和太阳能吸热镜19，所述的太阳能吸热镜19的热介质出口经太阳能热介质循环泵25和换热器C15连接到太阳能吸热镜19的热介质入口；构成太阳能热供热回路；

所述的热能存储模块400包括冷媒储罐17、热媒储罐18、换热器A13、换热器B14、换热器C15、换热器D16、热媒泵A21、热媒泵B22、冷媒泵A23和冷媒泵B24；

所述的冷媒储罐17经冷媒泵B24和换热器C15连接到热媒储罐18，构成太阳能热存储管路；

所述的冷媒储罐17经冷媒泵A23和换热器D16连接到热媒储罐18，构成热电生产模块100的热存储管路；所述的汽轮机1的中压缸或高压缸抽汽管经换热器D16、低压加热器11、除氧器10、给水泵8、高压加热器9和锅炉7连接到汽轮机1的蒸汽输入管，构成热电生产模块100的热存储回路；

所述的热媒储罐18经热媒泵B22和换热器B14连接到冷媒储罐17，构成热电生产模块100的凝结水加热管路；所述的换热器B14与低压加热器11连接，构成热电生产模块100的凝结水加热回路；

所述的热媒储罐18经热媒泵A21和换热器A13连接到冷媒储罐17，构成热电供热采暖模块200的加热管路；所述的换热器A13与热网加热器12连接，构成热电供热采暖模块200的加热管路。

进一步地，所述的锅炉7为燃煤锅炉或燃气锅炉。

进一步地，所述的太阳能吸热镜19为槽式太阳能吸热镜19或菲涅尔式太阳能吸热镜19。

进一步地，所述的热介质为防冻液或导热油。

进一步地，所述的冷媒、热媒为溶盐或防冻液或水。

本实用新型的实现方法，包括如下步骤：

A、非供暖季发电

A1、太阳能热模块300通过太阳能吸热镜19吸收太阳能加热介质，再由太阳能热介质循环泵25将加热后的热介质通过换热器C15进行换热；冷媒泵B24将冷媒储罐17中的冷媒经过换热器C15将太阳能热模块300的热能存储至热媒储罐18；实现太阳能与热能转化和储存；

A2、热媒泵B22将热媒储罐18中的热媒经过换热器B14加热热电生产模块100中的凝结水后进入冷媒储罐17；将全部或部分原本进入低压加热器11的凝结水取走并进入换热器B14与热媒进行换热，然后再回到低压加热器11的凝结水出口，进而减少低压加热器11的抽汽量，增加汽轮机1低压缸做功蒸汽；实现太阳能参与热电生产模块100的发电；

B、供暖季发电和供热

B1、太阳能热模块300按步骤A1运行；

B2、热媒泵A21将热媒储罐18中的热媒经过换热器A13加热热电供热采暖模块200中的热网循环水后进入冷媒储罐17；实现太阳能热模块300参与对热电供热采暖模块200供热；

B3、从汽轮机1高压或中压缸抽汽管抽出的蒸汽经热网加热器12加热热电供热采暖模块200中的热网循环水后进入低压加热器11的凝结水入口；实现热电生产模块100和太阳能热模块300同时对热电供热采暖模块200供热；

B4、在电网低谷段，从汽轮机1高压或中压缸抽汽管抽出的蒸汽经换热器D16加热热能存储模块400中的冷媒后进入低压加热器11的凝结水入口；冷媒泵C23将冷媒储罐17中的冷媒经过换热器D16将热电生产模块100加热后的热媒存储至热媒储罐18；实现热电生产模块100和太阳能热模块300共同供热的同时，实现电网低谷段储热；

B5、在电网高峰段，减少进入热网加热器12的蒸汽，即减少热电生产模块100对热电供热采暖模块200的供热量，同时增加热能存储模块400对热电供热采暖模块200的供热量，实现电网高峰段增加发电和平衡供热；

B6、在供热高峰段，不调整进入热网加热器12的蒸汽，增加热能存储模块400对热电供热采暖模块200的供热量，实现供热高峰段的稳定发电和增加供热。

实施例：

本实用新型的太阳能热模块300采用槽式或菲涅尔式以及吸热介质按投资最低和热转化效率最低原则比较选用。

本实用新型热电生产模块100以300MW等级机组为基础，同样适用于类似装机的热电生产模块100。

在热电生产模块100中，燃料在锅炉7中燃烧产生的高温、高压蒸汽推动汽轮机1高速旋转，并带动同轴连接的发电机2发电，功后的乏汽进入凝汽器3；乏汽在凝汽器3中利用冷水塔4循环冷却后凝结，并通过凝结水泵5将凝结水供给化学精处理设备6进行处理，处理过的水再经过低压加热器11进入除氧器10；除氧器10的水经过给水泵8、并经过高压加热器9供给锅炉7，形成一个完整的热力循环系统。

热电供热采暖模块200，在供暖季，汽轮机1中的部分压缸排汽进入热网加热器12加热热网循环水回水，通过热网循环水泵将升温后的热网循环水供给热用户管网26进行换热，形成供热系统闭式循环。

在太阳能热模块300中，通过太阳能吸热镜19吸收太阳能加热热介质，再由太阳能热介质循环泵25将加热后的热介质通过换热器C15进行换热。冷媒泵B24将冷媒储罐17中冷媒经过换热器C15将太阳能热模块300的热能存储至热媒储罐18。实现太阳能与热能转化和储存。

太阳能热模块300的容量，应根据实际情况与热电生产模块100耦合能力相匹配。

在非供暖季，热媒泵B22将热媒储罐18中的热媒经过换热器B14加热热电生产模块100中的凝结水后进入冷媒储罐17。将全部或部分原本进入低压加热器的凝结水取走并进入换热器B14与热媒进行换热，然后再回到低压加热器的凝结水出口，进而减少了低压加热器的抽汽量，增加了汽轮机1低压缸做功蒸汽，提升了发电负荷，实现了太阳能热与发电的耦合。

热电生产模块100中的低压加热器11的抽汽量在与热能存储模块400耦合时，应根据凝结水量及温度自动调整或关闭。

在非供暖季，热电生产模块100不进行低谷储热。

在非供暖季，太阳能热模块300与热电生产模块100的热量耦合接入点视热电生产模块100热力管网具体形式及工质参数确定，工质参数在低温段和中温初段即50℃～120℃之间选择耦合点，以保证太阳能热转换率最佳。

在供暖季，热媒泵A21将热媒储罐18中的热媒经过换热器A13加热一部分热电供热采暖模块200中的热网循环水后进入冷媒储罐17。提升了热电生产模块100供热潜能和低负荷供热能力。

热能存储模块400与热电生产模块100以及热电供热采暖模块200的耦合运行与停止切断，均按自动完成设计。

在电网低谷时段，冷媒泵A23将冷媒储罐17中的冷媒经过换热器D16将热电生产模块100中汽轮机1高压缸部分抽汽的热能存储至热媒储罐18。因汽轮机1高压缸做功蒸汽减少，从而降低了发电负荷，提升了热电生产模块100调峰能力。

热电生产模块100的热力管网热能存储所需蒸汽的抽取点暂按照汽轮机1高压缸为准，但不限于此。可根据低谷调峰要求的储热量及供热采暖参数确定抽汽点和回水接入点。

热媒储罐18容量(储热能力)、热媒温度要综合考虑太阳能热介质吸热温度及热电生产模块100低谷调峰要求确定。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，其特征在于：包括热电生产模块(100)、热电供热采暖模块(200)、太阳能热模块(300)和热能存储模块(400)；

所述的热电生产模块(100)包括汽轮机(1)、发电机(2)、凝汽器(3)、冷水塔(4)、凝结水泵(5)、化学精处理设备(6)、低压加热器(11)、除氧器(10)、给水泵(8)、高压加热器(9)和锅炉(7)；所述的汽轮机(1)与发电机(2)连接，汽轮机(1)的乏汽排出管经凝汽器(3)、凝结水泵(5)、化学精处理设备(6)、低压加热器(11)、除氧器(10)、给水泵(8)、高压加热器(9)和锅炉(7)连接到汽轮机(1)的蒸汽输入管，构成热电生产回路；所述的凝汽器(3)与冷水塔(4)连接；

所述的热电供热采暖模块(200)包括热网加热器(12)、热网循环泵(20)和热用户管网(26)；所述的汽轮机(1)的中压缸或高压缸抽汽管经热网加热器(12)、低压加热器(11)、除氧器(10)、给水泵(8)、高压加热器(9)和锅炉(7)连接到汽轮机(1)的蒸汽输入管，构成热电供热回路；所述的热网加热器(12)的采暖供水口经热用户管网(26)、热网循环泵(20)连接到热网加热器(12)的采暖回水口，构成热电采暖回路；

所述的太阳能热模块(300)包括太阳能热介质循环泵(25)、换热器C(15)和太阳能吸热镜(19)，所述的太阳能吸热镜(19)的热介质出口经太阳能热介质循环泵(25)和换热器C(15)连接到太阳能吸热镜(19)的热介质入口；构成太阳能热供热回路；

所述的热能存储模块(400)包括冷媒储罐(17)、热媒储罐(18)、换热器A(13)、换热器B(14)、换热器C(15)、换热器D(16)、热媒泵A(21)、热媒泵B(22)、冷媒泵A(23)和冷媒泵B(24)；

所述的冷媒储罐(17)经冷媒泵B(24)和换热器C(15)连接到热媒储罐(18)，构成太阳能热存储管路；

所述的冷媒储罐(17)经冷媒泵A(23)和换热器D(16)连接到热媒储罐(18)，构成热电生产模块(100)的热存储管路；所述的汽轮机(1)的中压缸或高压缸抽汽管经换热器D(16)、低压加热器(11)、除氧器(10)、给水泵(8)、高压加热器(9)和锅炉(7)连接到汽轮机(1)的蒸汽输入管，构成热电生产模块(100)的热存储回路；

所述的热媒储罐(18)经热媒泵B(22)和换热器B(14)连接到冷媒储罐(17)，构成热电生产模块(100)的凝结水加热管路；所述的换热器B(14)与低压加热器(11)连接，构成热电生产模块(100)的凝结水加热回路；

所述的热媒储罐(18)经热媒泵A(21)和换热器A(13)连接到冷媒储罐(17)，构成热电供热采暖模块(200)的加热管路；所述的换热器A(13)与热网加热器(12)连接，构成热电供热采暖模块(200)的加热管路。

2.根据权利要求1所述的太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，其特征在于：所述的锅炉(7)为燃煤锅炉或燃气锅炉。

3.根据权利要求1所述的太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，其特征在于：所述的太阳能吸热镜(19)为槽式太阳能吸热镜或菲涅尔式太阳能吸热镜。

4.根据权利要求1所述的太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，其特征在于：所述的热介质为防冻液或导热油。

5.根据权利要求1所述的太阳能热与热电厂耦合发电和热储能组合系统，其特征在于：所述的冷媒、热媒为溶盐或防冻液或水。