CN206846684U - 一种适用于火电机组深度调峰的液态储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐吸热器、熔盐放热器、蒸汽减压器及连接管道，低温熔盐储罐与熔盐吸热器连接，熔盐吸热器与高温熔盐储罐连接，高温熔盐储罐与熔盐放热器连接，熔盐放热器与低温熔盐储罐连接；熔盐吸热器通过蒸汽旁路管道和蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组连接；汽轮机组和凝汽器与火电机组的高压加热器和低压加热器连接，熔盐放热器设置在锅炉与高压加热器之间并与高压加热器串联，蒸汽减压器设置在蒸汽放热回路管道上。本实用新型采用液态熔盐储能的方式来配合常规火电机组进行变负荷运行，在保证锅炉最低安全负荷运行的前提下满足电网对机组低负荷上网的需求。

Description

一种适用于火电机组深度调峰的液态储能系统

技术领域

本实用新型涉及熔盐储能发电的技术领域，更具体地讲，涉及一种适用于火电机组深度调峰的液态储能系统。

背景技术

2016年07月22日，国家发改委、国家能源局对外发布“关于印发《可再生能源调峰机组优先发电试行办法》的通知”。《试行办法》明确，对于可再生能源调峰机组，各地可结合可再生能源建设规模、消纳情况、电源结构和负荷特性，安排一定规模煤电机组为可再生能源调峰。某些地区为保障电力系统对可再生能源的消纳，甚至要求火电机组进行深度调峰(20％低负荷)，但对于火电机组来说，由于受到燃烧限制，即使靠投油来进行调峰，一是调峰效果不佳，二是影响锅炉的安全稳定运行。因此，在保证火电机组正常运行的前提下，为最大化地对可再生能源进行消纳，可通过考虑在火电厂增加一套液态熔盐储能系统来配合火电机组进行储热和放热，从而解决火电机组深度调峰的问题。

熔盐作为一种非常成熟的储热介质，由于其价格低廉、性能稳定可靠及可使用温度区间较广等优势，熔盐储能系统已被广泛用于太阳能热发电系统中，并且具备大规模商业化应用的能力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种采用液态熔盐储能的方式来配合常规火电机组进行变负荷运行的液态储能系统。

本实用新型提供了一种适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，所述液态储能系统包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐吸热器、熔盐放热器、蒸汽减压器及连接管道，其中，

低温熔盐储罐通过低温熔盐吸热管道与熔盐吸热器连接，所述熔盐吸热器通过高温熔盐吸热管道与高温熔盐储罐连接，所述高温熔盐储罐通过高温熔盐放热管道与熔盐放热器连接，所述熔盐放热器通过低温熔盐放热管道与低温熔盐储罐连接；

所述熔盐吸热器通过蒸汽旁路管道和蒸汽放热回路管道与火电机组的锅炉和汽轮机组相连接，所述汽轮机组和凝汽器与火电机组的高压加热器和低压加热器连接，所述熔盐放热器设置在锅炉与高压加热器之间并与高压加热器串联，所述蒸汽减压器设置在所述蒸汽放热回路管道上。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，所述液态储能系统与火电机组配合进行深度调峰，其中，通过来自于火电机组的汽源加热低温熔盐实现能量的储存，并通过高温熔盐加热来自于高压加热器的给水实现能量的释放，其中，所述汽源为高温过热蒸汽。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，当火电机组为无再热系统的机组时，所述汽源为高温主蒸汽；当火电机组为有再热系统的火电机组时，所述汽源为高温主蒸汽和/或再热蒸汽，其中，所述再热蒸汽为一次再热蒸汽和/或二次再热蒸汽。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，所述放热后的高温过热蒸汽参数降低变为低温过热蒸汽或饱和蒸汽，经减压后进入锅炉再热或进入汽轮机组继续做功。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，当火电机组为无再热系统的机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道和主蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接；当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道、主蒸汽放热回路管道和/或一次再热蒸汽旁路管道、一次再热蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接；当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道、主蒸汽放热回路管道和/或一/二次再热蒸汽旁路管道、一/二次再热蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，所述主蒸汽放热回路管道、一次再热蒸汽放热回路管道和二次再热蒸汽放热回路管道上均设置有蒸汽减压器。

根据本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的一个实施例，当火电机组为无再热系统的机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少1台；当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少2台；当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少3台。

本实用新型通过采用液态熔盐储能的方式来配合常规火电机组进行变负荷运行，在保证锅炉最低安全负荷运行的前提下，满足电网对机组低负荷上网的需求。在深度调峰阶段，利用富余的高温过热蒸汽将低温熔盐加热为高温熔盐进行能量的储存；待需要时，再通过高温熔盐加热给水的方式将储存的能量返回至机组，从而实现了能量的有效迁移；再者，通过加热给水提高锅炉入口温度，一定程度上也降低了锅炉煤耗。综上，本实用新型的适用于火电机组深度调峰的液态储能系统有效地实现了能量的迁移并节约能源。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的连接结构示意图。

附图标记说明：

1-低温熔盐储罐、2-高温熔盐储罐、3-熔盐吸热器、4-主蒸汽管道、5-主蒸汽旁路管道、6-熔盐放热器、7-蒸汽减压器、8-主蒸汽放热回路管道、9-一次再热蒸汽放热回路管道、10-二次再热蒸汽放热回路管道、11-一次再热蒸汽管道、12-一次再热蒸汽旁路管道、13-二次再热蒸汽管道、14-二次再热蒸汽旁路管道；111-低温熔盐吸热管道、112-高温熔盐吸热管道、121-低温熔盐放热管道、122-高温熔盐放热管道。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型的技术方案实际上是通过采用一套液态熔盐储能系统来满足常规火电机组进行深度调峰的需要，在保证锅炉最低安全负荷运行的同时，也满足电网对机组低负荷上网的要求，并且通过熔盐储能系统的吸热与放热过程有效地实现能量的迁移而非浪费。本实用新型适用于常规化石燃料火电机组在配合电网进行调深度调峰时采用液态储能的方式实现能量迁移的过程，其中，常规化石燃料火电机组既可以为无再热系统的机组，也可以为常规的一次再热机组或新型的二次再热机组，而液态储能系统则采用已实现商业化应用的成熟熔盐作为储能介质。

下面将对本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的结构和原理进行详细的说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于火电机组深度调峰的液态储能系统的连接结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统包括低温熔盐储罐1、高温熔盐储罐2、熔盐吸热器3、熔盐放热器6、蒸汽减压器7及连接管道，低温熔盐储罐1用于储存低温熔盐，高温熔盐储罐2用于储存高温熔盐，熔盐吸热器3实现熔盐的吸热和能量的储存，熔盐放热器6实现熔盐的放热和能量的释放，蒸汽减压器7实现对蒸汽的减压处理。

其中，低温熔盐储罐1通过低温熔盐吸热管道111与熔盐吸热器3连接，熔盐吸热器3通过高温熔盐吸热管道112与高温熔盐储罐2连接，高温熔盐储罐2通过高温熔盐放热管道122与熔盐放热器6连接，熔盐放热器6通过低温熔盐放热管道121与低温熔盐储罐1连接。

由此，低温熔盐能够从低温熔盐储罐1流经熔盐吸热器3吸热后成为高温熔盐并进入高温熔盐储罐2中储存起来，而高温熔盐能够从高温熔盐储罐2流经熔盐放热器6放热后成为低温熔盐并进入低温熔盐储罐中储存起来。

熔盐吸热器3通过蒸汽旁路管道和蒸汽放热回路管道与火电机组的锅炉和汽轮机组相连接，汽轮机组和凝汽器与火电机组的高压加热器和低压加热器连接，熔盐放热器6设置在锅炉与高压加热器之间并与高压加热器串联，蒸汽减压器7设置在蒸汽放热回路管道上。

由此，在能量储存的阶段，至少一部分来自于锅炉的高温主蒸汽通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并使低温熔盐吸热成为高温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后进入火电机组的汽轮机组中的汽缸继续做功并最后排入凝汽器，或者返回至锅炉的再热系统升温后继续加热低温熔盐，之后再进入火电机组的汽轮机组中的汽缸继续做功并最后排入凝汽器。在能量释放的阶段，来自于高压加热器的给水通过熔盐放热器6与高温熔盐进行能量交换并提高给水的温度，放热后的熔盐进入低温熔盐储罐1中储存，升温后的给水进入锅炉并继续加热成为高温过热蒸汽，有效地实现了能量的迁移并降低了锅炉热耗。

也即，本实用新型的液态储能系统实际上包括高温过热蒸汽加热低温熔盐进行能量储存的过程和高温熔盐加热给水进行能量释放的过程，即通过来自于火电机组的汽源加热低温熔盐实现能量的储存并通过高温熔盐加热来自于高压加热器的给水实现能量的释放，由此配合常规火电火电机组进行深度调峰并有效地实现能量迁移和利用。

在高温蒸汽加热熔盐进行储能的过程中，汽源为高温过热蒸汽，储能系统利用汽源释放的部分显热对熔盐进行加热升温，根据火电机组参数要求，虽然放热后的蒸汽参数降低，但其仍为低温过热态或饱和态蒸汽，能够满足后续做功或继续吸热的对应参数要求。其中，汽源既可以来自于火电机组产生的高温主蒸汽，也可以来自于再热机组的再热蒸汽，包括一次再热蒸汽和/或二次再热蒸汽，也可以实现同时利用的要求。

具体地，当火电机组为无再热系统的机组时，汽源为高温主蒸汽；当火电机组为有再热系统的火电机组时，汽源为高温主蒸汽和/或再热蒸汽，其中，再热蒸汽为一次再热蒸汽和/或二次再热蒸汽。

下面结合火电机组的不同情况进行具体说明。

当火电机组为无再热系统的机组时，熔盐吸热器3通过主蒸汽旁路管道5与火电机组的锅炉连接并且通过主蒸汽放热回路管道8与火电机组的汽轮机组连接，即一部分高温主蒸汽通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽则经减压后进入汽轮机组的下级汽缸继续做功并最后排入凝汽器。同时，火电机组的锅炉通过主蒸汽管道4与汽轮机组连接，则大部分高温主蒸汽直接进入火电机组的汽轮机组做功并进行发电。

当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，熔盐吸热器3通过主蒸汽旁路管道5、主蒸汽放热回路管道8和一次再热蒸汽旁路管道12与机组的锅炉连接并且通过一次再热蒸汽放热回路管道9与火电机组的汽轮机组连接，即一部分高温主蒸汽通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后返回锅炉的一次再热系统进行一次再热升温，一部分一次再热蒸汽也通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后进入汽轮机组的下级汽缸继续做功并最后排入凝汽器。同时，火电机组的锅炉通过主蒸汽管道4和一次再热蒸汽管道11与汽轮机组连接，则大部分高温主蒸汽和大部分一次再热蒸汽直接进入汽轮机组做功并进行发电。

当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，熔盐吸热器3通过主蒸汽旁路管道5、主蒸汽放热回路管道8、一次再热蒸汽旁路管道12、一次再热蒸汽放热回路管道9和二次再热蒸汽旁路管道14与火电机组的锅炉连接并且通过二次再热蒸汽放热回路管道10与火电机组的汽轮机组连接，即一部分高温主蒸汽通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后返回锅炉的一次再热系统进行一次再热升温，一部分一次再热蒸汽也通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后返回锅炉的二次再热系统进行二次再热升温，一部分二次再热蒸汽同样通过熔盐吸热器3与低温熔盐进行能量交换并加热低温熔盐，放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽经减压后进入汽轮机组的下级汽缸继续做功并最后排入凝汽器。同时，火电机组的锅炉通过主蒸汽管道4、一次再热蒸汽管道11和二次再热蒸汽管道13与火电机组的汽轮机组连接，则大部分高温主蒸汽、大部分一次再热蒸汽和大部分二次再热蒸汽直接进入汽轮机组做功并进行发电。

放热后的低温过热蒸汽或饱和蒸汽重新回至火电机组中，不管是进入锅炉再热系统还是直接进入下级汽缸继续做功，其所需压力均要求较低，因此本实用新型通过设置减压装置对蒸汽进行减压处理，每股汽源需对应一套减压装置。根据本实用新型的一个实施例，主蒸汽放热回路管道8、一次再热蒸汽放热回路管道9和二次再热蒸汽放热回路管道10上均设置有蒸汽减压器7。

并且，高温过热蒸汽的汽源不同，对应的系统参数也不同，可以根据需要设置多台熔盐吸热器3，可同时用于多股汽源与熔盐的换热需要。具体地，当火电机组为无再热系统的机组时，熔盐吸热器3的数量为至少1台；当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，熔盐吸热器的数量为至少2台；当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，熔盐吸热器的数量为至少3台。

升温后的高温熔盐存储于高温熔盐储罐2中，当火电机组需要时，将高温熔盐从高温熔盐储罐2中抽出，通过熔盐放热器6加热锅炉给水提高入口水温，将深度调峰阶段储存的热量返还至火电机组，从而实现能量的迁移。放热后的低温熔盐重新返回至低温熔盐储罐1。其中，熔盐放热器6布置于锅炉与高压加热器之间并与高压加热器串联，由此能够对锅炉给水进行加热并将储存的能量返给至火电机组。

下面结合具体实施例对本实用新型适用于火电机组深度调峰的液态储能系统作进一步说明。

以电功率为1000MWe的超超临界二次再热机组为例进行方案说明，其中汽轮机组额定工况下的进汽参数为35MPa/615℃/630℃/630℃，液态储能系统与机组的连接结构如图1所示。

在满足锅炉最低安全运行负荷30％的工况下，汽轮机组的发电机组以20％THA工况运行，锅炉与汽轮机组之间的10％热负荷通过抽取部分高温过热蒸汽加热熔盐的方式加以储存。其中，熔盐采用常规的二元熔盐(60wt％NaNO₃+40wt％KNO₃)，使用温度区间为290℃～565℃。

1)储存能量过程

30％THA工况与20％THA工况下火电机组对应的主蒸汽、一次再热蒸汽、二次再热蒸汽等参数如下表1所示。

表1 30％THA工况与20％THA工况下火电机组对应的蒸汽参数

根据深度调峰需求，为满了足汽轮机组20％的负荷输出，高温过热蒸汽需分别从火电机组的不同位置抽出，通过三台熔盐吸热器对熔盐进行加热升温，熔盐由低温290℃吸热升温至565℃后将热量加以储存。其中，290℃的低温熔盐存储于低温熔盐储罐1中，565℃的高温熔盐存储于高温熔盐储罐2中。放热后的过热蒸汽在经过蒸汽减压器7后重新返还至火电机组进行再次吸热或直接进行后续做功。比如，一部分高温主蒸汽放热减压后回至锅炉的一次再热系统重新吸热，一部分一次再热蒸汽放热减压后回至锅炉的二次再热系统重新吸热，一部分二次再热蒸汽放热减压后进入排汽低压缸持续做功，最后全部排入凝汽器。

通过热平衡计算，需分别抽取的主蒸汽、一次再热蒸汽、二次再热蒸汽量(以30％汽机热平衡图对应参数为基准)与占比以及放热后的蒸汽参数如下表2所示。

表2分别抽取的主蒸汽、一次再热蒸汽、二次再热蒸汽量与占比以及放热后的蒸汽参数

上表为锅炉以30％THA工况运行时对应汽机以20％THA工况运行，多出来的热量用于熔盐储存时各段所需要的过热蒸汽抽汽量及占比。

若每次火电机组深度调峰持续时间为2h，则整个储存能量过程需要的熔盐量如表3所示。

表3火电机组深度调峰时储存能量过程所需的熔盐量

上表为在深度调峰期间，各段抽汽加热熔盐进行储热所需要的熔盐量及熔盐总需求量。

2)释放能量过程

升温后的高温熔盐储存于高温熔盐储罐2中，当火电机组需要时，将高温熔盐从高温熔盐储罐2中抽出，通过熔盐放热器6加热给水提高入口水温，放热后的低温熔盐返回至低温熔盐储罐1中。

分别以75％THA工况与50％THA工况为基准，对给水进行升温计算。给水升高温度不同，则可以获取不同的熔盐放热升温时间，具体计算结果如表4和表5所示。

表4 75％THA工况下的参数列表

在75％THA工况下，正常给水温度为310.2℃，经过熔盐放热器后，出口给水温度提高不同值时所对应的熔盐放热器工作时间不同。比如：当给水温度提高至315℃时，熔盐放热器可工作约10h。

表5 50％THA工况下的参数列表

在50％THA工况下，正常给水温度为283.6℃，经过熔盐放热器后，出口给水温度提高不同值时所对应的熔盐放热器工作时间不同。比如：当给水温度提高至290℃时，熔盐放热器可工作15h。

整体而言，该方案技术难度及风险相对较小、新增设备量小且运行维护简单，对原有机组不需要进行太多改动。

综上所述，本实用新型通过采用液态熔盐储能的方式来配合常规火电机组进行变负荷运行，在保证锅炉最低安全负荷运行的前提下，满足电网对机组低负荷上网的需求。在深度调峰阶段，利用富余的高温过热蒸汽将低温熔盐加热为高温熔盐进行能量的储存；该阶段结束后，再通过高温熔盐加热给水的方式将储存的能量返回至机组，从而实现了能量的有效迁移；再者，通过加热给水提高锅炉入口温度，一定程度上也降低了锅炉煤耗。综上，本实用新型的适用于火电机组深度调峰的液态储能系统有效地实现了能量的迁移并节约能源。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，所述液态储能系统包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐吸热器、熔盐放热器、蒸汽减压器及连接管道，其中，

低温熔盐储罐通过低温熔盐吸热管道与熔盐吸热器连接，所述熔盐吸热器通过高温熔盐吸热管道与高温熔盐储罐连接，所述高温熔盐储罐通过高温熔盐放热管道与熔盐放热器连接，所述熔盐放热器通过低温熔盐放热管道与低温熔盐储罐连接；

所述熔盐吸热器通过蒸汽旁路管道和蒸汽放热回路管道与火电机组的锅炉和汽轮机组相连接，所述汽轮机组和凝汽器与火电机组的高压加热器和低压加热器连接，所述熔盐放热器设置在锅炉与高压加热器之间并与高压加热器串联，所述蒸汽减压器设置在所述蒸汽放热回路管道上。

2.根据权利要求1所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，所述液态储能系统与火电机组配合进行深度调峰，其中，通过来自于火电机组的汽源加热低温熔盐实现能量的储存，并通过高温熔盐加热来自于高压加热器的给水实现能量的释放，其中，所述汽源为高温过热蒸汽。

3.根据权利要求2所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，当火电机组为无再热系统的机组时，所述汽源为高温主蒸汽；当火电机组为有再热系统的火电机组时，所述汽源为高温主蒸汽和/或再热蒸汽，其中，所述再热蒸汽为一次再热蒸汽和/或二次再热蒸汽。

4.根据权利要求2所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，放热后的高温过热蒸汽参数降低变为低温过热蒸汽或饱和蒸汽，经减压后进入锅炉再热或进入汽轮机组继续做功。

5.根据权利要求3所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，当火电机组为无再热系统的机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道和主蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接；当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道、主蒸汽放热回路管道和/或一次再热蒸汽旁路管道、一次再热蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接；当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，所述熔盐吸热器通过主蒸汽旁路管道、主蒸汽放热回路管道和/或一次再热蒸汽旁路管道、一次再热蒸汽放热回路管道、二次再热蒸汽旁路管道和二次再热蒸汽放热回路管道与锅炉和汽轮机组相连接。

6.根据权利要求5所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，所述主蒸汽放热回路管道、一次再热蒸汽放热回路管道和二次再热蒸汽放热回路管道上均设置有蒸汽减压器。

7.根据权利要求1所述适用于火电机组深度调峰的液态储能系统，其特征在于，当火电机组为无再热系统的机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少1台；当火电机组为有再热系统的一次再热机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少2台；当火电机组为有再热系统的二次再热机组时，所述熔盐吸热器的数量为至少3台。