CN209163886U - 一种单罐蓄热式储能热电联供系统 - Google Patents

Abstract

一种单罐蓄热式储能热电联供系统，涉及热电供应技术领域，为解决丧失电源系统无法运行、双罐储能设备材料用量大成本高、电网非“高峰”时段且汽轮发电机组不运行时热储能电站无法供热及热储能电站系统效率低的问题；包括介质储罐、冷介质泵、热介质泵、电加热器、燃气加热器、蒸汽发生器、电伴热棒Ⅰ、电伴热棒Ⅱ、汽轮机高压缸、再热器、汽轮机中低压缸、发电机、凝汽器、凝水泵、加热器Ⅰ、除氧器、给水泵、加热器Ⅱ、冷却塔、热用户组和供热侧储能装置；本实用新型增加一个能量的来源，可靠性提高了100％；单介质储罐用量成本降低了40％左右，占地面积减小了30％左右；用途为供热及供电。

Description

一种单罐蓄热式储能热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及热电供应技术领域，更具体的说是一种单罐蓄热式储能热电联供技术。

背景技术

热电联供，也叫做热电联产。是指热力发电厂通过一定的方法，在向用户输出电能的同时，也向用户输出热能。热电联产可以大大提高热电厂的热效率。因为，一般的凝汽式机组，汽轮机的排汽损失是很大的。而热电联产机组，通过一些方法。把一部分或者全部蒸气通过汽轮机做功后，再对热用户输出。使排汽损失减小。并且，热电联产解决了城市集中供热的问题，取代了遍地开花的小锅炉。又从另一个方面提高了社会整体能源利用率。

目前已有公开的与本专利类似的文献《独立熔盐蓄热电站技术及其评价》，此文献为解决可再生能源发电的间歇性、不稳定性及电网“低谷电”问题，通过将过剩电能转为热能加热熔盐并储热的优势，把低品质电力转化为高品质电力，实现对过剩电能的消纳。

此文献技术的缺陷在于：1.若电源供电或电加热相关设备出现故障将导致系统无法储热，发电的可靠性无法保障；2.双罐储能材料用量大，成本高，占地面积大，不利于布置；3.若在电网“低谷”时段储热，“高峰”时段放热进行热电联供，文献中的系统配置只能维持电网用电高峰时段8小时的供热，在电网“低谷”和“平”时段的16小时汽轮发电机组不运行无法供热，无法满足供暖季节24小时不间断的集中供热需求或其它形式热用户的持续性用热需求；4.热储能电站系统效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在为解决丧失电源系统无法运行可靠性低、双罐储能设备材料用量大成本高、电网非“高峰”时段且汽轮发电机组不运行时热储能电站无法供热及热储能电站系统效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单罐蓄热式储能热电联供系统，该单罐蓄热式储能热电联供系统包括介质储罐1、冷介质泵2、热介质泵3、电加热器4、燃气加热器5、蒸汽发生器6、电伴热棒Ⅰ7、电伴热棒Ⅱ8、汽轮机高压缸9、再热器10、汽轮机中低压缸11、发电机12、凝汽器13、凝水泵14、加热器Ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器Ⅱ18、冷却塔19、热用户组20和供热侧储能装置21；

所述的电加热器4设置有电源4-1，电源4-1的电源输出端与电加热器4的电源输入端连接；所述的燃气加热器5设置有燃气供应装置5-1，燃气供应装置5-1的能量输出端与燃气加热器4的能量输入端连接；

所述的介质储罐1包括热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3，所述的热介质1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3依次垂直分布于介质储罐1的内部，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3将介质储罐1的内部填满，所述的热介质层1-1设置有电伴热棒Ⅱ8，所述的冷介质层1-3设置有电伴热棒Ⅰ7，所述的冷介质层1-3的输出端与冷介质泵2的输入端连接，电加热器4和燃气加热器5的输入端同时与冷介质泵2的输出端连接，电加热器4和燃气加热器5的输出端同时与热介质层1-1的输入端连接，热介质层1-1的输出端与热介质泵3的输入端连接；

蒸汽发生器6的一个输入端和再热器10的一个输入端同时与热介质泵3的输出端连接，蒸汽发生器6的一个输出端和再热器10的一个输出端同时与冷介质层1-3的输入端连接；

蒸汽发生器6的另一个输入端与汽轮机高压缸9的输入端连接，汽轮机高压缸9的两个输出端分别与加热器Ⅱ18一个输入端和再热器10的另一个输入端连接，再热器10的另一个输出端与汽轮机中低压缸11的蒸汽输入端连接，发电机12的输入端与汽轮机中低压缸11的输出端连接，汽轮机中低压缸11的四个输出端分别与凝汽器13的一个输入端、加热器Ⅰ15的一个输入端、除氧器16的一个输入端和冷却塔19的输入端连接，冷却塔19的输入端、热用户组20的连接端和供热侧储能装置21的输入端同时与凝汽器13的一个输出端与连接，冷却塔19的输出端、热用户组20的连接端和供热侧储能装置21的输出端同时与凝汽器13的另一个输入端连接，凝汽器13的另一个输出端与凝水泵14的输入端连接，凝水泵14的输出端与加热器Ⅰ15的另一个输入端连接，加热器Ⅰ15的输出端与除氧器16的另一个输入端连接，除氧器16的输出端与给水泵17的输入端连接，给水泵17的输出端与加热器Ⅱ18的另一个输入端连接，加热器Ⅱ18的输出端与蒸汽发生器6的另一个输入端连接。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的介质储罐1为单罐斜温层储能罐。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的电伴热棒Ⅰ7为低温电伴热棒。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的电伴热棒Ⅱ8为高温电伴热棒。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的加热器Ⅰ15为低压加热器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的加热器Ⅱ18为高压加热器。

本实用新型为解决丧失电源系统无法运行的问题，通过配置与电加热器并联的燃气加热器，当电源供电或电加热相关设备出现故障时，可切换使用燃气加热器，从而保障能量来源的多样性，保障发电和供热的可靠性，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障供电和供热的可靠性。

本实用新型为解决双罐储能设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过配置单罐式储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低，成本降低了40％左右，同时占地面积减小了30％左右，使得占地面积小便于布置。

从本实用新型为解决在电网非“高峰”时段且汽轮发电机组不运行时热储能电站无法供热的问题，需将“热电解耦”，即汽轮发电机组不运行仍可保证供热。通过在系统供热端配置供热侧储能装置，在储能电站放热过程中，供热侧储能装置可吸收过剩的供热能量，在电网负荷处于“低谷”和“平”时段的16小时期间，汽轮发电机组不运行没有热量供热时，供热侧储能装置释放热量，确保满足用户持续的用热需求。

本实用新型为提升热储能电站系统效率，通过配置储热介质及蒸汽再热器，用储热介质加热汽轮机高压缸排汽后进入低压缸，从而提升了汽轮机朗肯循环效率，总能量转换效率达到了85％以上。

附图说明

图1为本实用新型的一种单罐蓄热式储能热电联供系统的结构示意图。

图中：1.介质储罐；1-1.热介质层；1-2.斜温层；1-3.冷介质层；2.冷介质泵；3.热介质泵；4.电加热器；4-1.电源；5.燃气加热器；5-1.燃气供应装置；6.蒸汽发生器；7.电伴热棒Ⅰ；8.电伴热棒Ⅱ；9.汽轮机高压缸；10.再热器；11.汽轮机中低压缸；12.发电机；13.凝汽器；14.凝水泵；15.加热器Ⅰ；16.除氧器；17.给水泵；18.加热器Ⅱ；19.冷却塔；20.热用户组；21.供热侧储能装置。

具体实施方式

具体实施方式一、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型旨在为解决丧失电源系统无法运行可靠性低、双罐储能设备材料用量大成本高、电网非“高峰”时段且汽轮发电机组不运行时热储能电站无法供热及热储能电站系统效率低的问题；

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单罐蓄热式储能热电联供系统，该单罐蓄热式储能热电联供系统包括介质储罐1、冷介质泵2、热介质泵3、电加热器4、燃气加热器5、蒸汽发生器6、电伴热棒Ⅰ7、电伴热棒Ⅱ8、汽轮机高压缸9、再热器10、汽轮机中低压缸11、发电机12、凝汽器13、凝水泵14、加热器Ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器Ⅱ18、冷却塔19、热用户组20和供热侧储能装置21；

所述的电加热器4设置有电源4-1，电源4-1的电源输出端与电加热器4的电源输入端连接；所述的燃气加热器5设置有燃气供应装置5-1，燃气供应装置5-1的能量输出端与燃气加热器4的能量输入端连接；

所述的介质储罐1包括热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3，所述的热介质1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3依次垂直分布于介质储罐1的内部，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3将介质储罐1的内部填满，所述的热介质层1-1设置有电伴热棒Ⅱ8，所述的冷介质层1-3设置有电伴热棒Ⅰ7，所述的冷介质层1-3的输出端与冷介质泵2的输入端连接，电加热器4和燃气加热器5的输入端同时与冷介质泵2的输出端连接，电加热器4和燃气加热器5的输出端同时与热介质层1-1的输入端连接，热介质层1-1的输出端与热介质泵3的输入端连接；

蒸汽发生器6的一个输入端和再热器10的一个输入端同时与热介质泵3的输出端连接，蒸汽发生器6的一个输出端和再热器10的一个输出端同时与冷介质层1-3的输入端连接；

蒸汽发生器6的另一个输入端与汽轮机高压缸9的输入端连接，汽轮机高压缸9的两个输出端分别与加热器Ⅱ18一个输入端和再热器10的另一个输入端连接，再热器10的另一个输出端与汽轮机中低压缸11的蒸汽输入端连接，发电机12的输入端与汽轮机中低压缸11的输出端连接，汽轮机中低压缸11的四个输出端分别与凝汽器13的一个输入端、加热器Ⅰ15的一个输入端、除氧器16的一个输入端和冷却塔19的输入端连接，冷却塔19的输入端、热用户组20的连接端和供热侧储能装置21的输入端同时与凝汽器13的一个输出端与连接，冷却塔19的输出端、热用户组20的连接端和供热侧储能装置21的输出端同时与凝汽器13的另一个输入端连接，凝汽器13的另一个输出端与凝水泵14的输入端连接，凝水泵14的输出端与加热器Ⅰ15的另一个输入端连接，加热器Ⅰ15的输出端与除氧器16的另一个输入端连接，除氧器16的输出端与给水泵17的输入端连接，给水泵17的输出端与加热器Ⅱ18的另一个输入端连接，加热器Ⅱ18的输出端与蒸汽发生器6的另一个输入端连接。

现有技术若电源供电相关设备出现故障将导致系统无法发电和供热，发电和供热的可靠性无法保障。本实用新型通过配置与电加热器4并联的燃气加热器5，当电源4-1供电相关设备出现故障时，可切换使用燃气加热器5，从而实现能量来源的多样性，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障供电和供热的可靠性。

本系统中的结构的功能：当电源供电或电加热相关设备出现故障时，通过燃气加热器5进行补燃保障发电和供热的稳定性；采用介质储罐1利用冷热介质密度不同自然分层原理，温度较高的热储能介质(下述简称热介质)位于介质储罐1的罐体上部的热介质层1-1，温度较低的冷储能介质(下述简称冷介质)位于罐体下部的冷介质层1-3，冷热介质间自然形成隔离边界层，称为“斜温层”即斜温层1-2；储能时冷介质泵2从介质储罐1斜温层1-2的下部抽取冷介质经电加热器4加热至高温后进入介质储罐1上部热介质层1-1；放热时储能时热介质泵3从介质储罐1斜温层1-2上部的热介质层1-1抽取热储能介质经蒸汽发生器6换热后进入介质储罐1下部冷介质层1-3；为避免介质储罐1的低温储热介质和高温储热介质的散热温度降低，在介质储罐1上部热介质层1-1和冷介质层1-3分别配置电伴热棒Ⅱ8和电伴热棒Ⅰ7，电伴热棒的电加热部分浸没入介质储罐1储罐低温储热介质和高温储热介质中，当介质温度下降时启动进行加热至额定温度；采用介质储罐1的好处有：相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，同时占地面积较小便于布置；供热侧储能装置21与热用户组20并联，当储能电站放能时，供热侧储能装置21可吸收过剩的供热能量，当储能电站储能供热能力不足时，供热侧储能装置21释放热量，确保满足热用户组20的用热需求。从而解决了热电联供“以热定电”的问题，在电网负荷处于“低谷”和“平”时段的16小时期间，汽轮发电机组不运行没有热量供热时也可利用供热侧储能装置21放热进行供热，从而解除了供热发电的相互关联性，实现热电解耦。

储能过程：当电源4-1侧电力过剩时如风电、光伏存在电网难以消纳的弃电以及电网“低谷”时段，储能电站开始储能，冷介质泵2从冷介质层1-3抽取低温储热介质流经电加热器4或者燃气加热器5，通过电加热器4将来自电源4-1侧的过剩电能转化为热能，将冷介质层1-3的低温储热介质加热至高温，然后将高温储热介质储存在热介质层1-1中，热介质层1-1和冷介质层1-3之间设置有，此过程实现了电能向热能的转化；

供热过程：汽轮机中低压缸11排汽进入凝汽器13凝结为水，再依次经过凝水泵14、加热器Ⅰ15、除氧器16、给水泵17、电伴热棒Ⅱ8后进入蒸汽发生器6从而完成循环。热用户组20得到供热，供热侧储能装置21得以储能，与此同时，通过凝汽器13将汽轮机排汽余热使得冷却塔19带走；

发电过程：当电力用户电网或直供电用户有电力需求时如电网用电“高峰”时段，本装置开始放能，热介质泵3抽取热介质层1-1中的高温储热介质流经蒸汽发生器6加热来自给水泵17的给水从而产生蒸汽，蒸汽发生器6产生的蒸汽进入汽轮机高压缸9做功，汽轮机高压缸9排汽进入再热器10，被来自热介质层1-1的高温储热介质加热后，蒸汽进入汽轮机中低压缸11作功驱动发电机12发电；

当热储能电站在电源丧失或电加热器出现故障时，切换使用与电加热器并联的燃气加热器6补燃，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，从而提高热储能电站的供电和供热的可靠性。

具体实施方式二、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的介质储罐1为单罐斜温层储能罐；该装置利用冷热介质密度不同自然分层原理，热介质位于介质储罐1的罐体上部，温度较低的冷介质位于介质储罐1的罐体下部的冷介质层1-3，冷热介质间自然形成隔离边界层，称为“斜温层”即斜温层1-2，将冷热介质进行分层，

为避免热介质层1-1、冷介质层1-3散热温度降低，分别配置电伴热棒Ⅰ7和伴热棒Ⅱ8，电伴热棒的电加热部分浸没入介质储罐1的热、冷介质中，当储热介质温度下降时启动进行加热至额定温度；采用介质储罐1的好处有：相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，同时占地面积较小便于布置，成本降低了40％左右，同时占地面积减小了30％左右，使得占地面积小便于布置。

具体实施方式三、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的电伴热棒Ⅰ7为低温电伴热棒。

具体实施方式四、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的电伴热棒Ⅱ8为高温电伴热棒。

具体实施方式五、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的加热器Ⅰ15为低压加热器。

具体实施方式六、下面结合图1说明本实施方式，本实用新型一种单罐蓄热式储能热电联供系统，所述的加热器Ⅱ18为高压加热器。

工作原理及过程：

当电源侧电力过剩时(如风电、光伏存在电网难以消纳的弃电以及电网“低谷”时段)，储能电站开始储能，冷介质泵2从介质储罐1下部冷介质层1-3抽取低温储热介质流经电加热器4，通过电加热器4将来自电源侧的过剩电能转化为热能，加热来自介质储罐1下部冷介质层1-3的低温储热介质至高温，然后将高温储热介质储存在介质储罐1上部热介质层1-1中，此过程实现了电能向热能的转化。

当电力用户(电网或直供电用户)有电力需求时(如电网用电“高峰”时段)，熔盐储能电站开始放能，热介质泵3抽取介质储罐1上部热介质区域的高温储热介质流经蒸汽发生器6加热来自给水泵17的给水从而产生蒸汽，蒸汽发生器6产生的蒸汽进入汽轮机高压缸9做功，汽轮机高压缸9排汽进入再热器10，被来自介质储罐1上部热介质区域的高温储热介质加热后，蒸汽进入汽轮机中低压缸11作功驱动发电机12发电，汽轮机中低压缸11排汽进入凝汽器13凝结为水，再依次经过凝水泵14、加热器Ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器Ⅱ18后进入蒸汽发生器6从而完成循环；汽轮机排汽余热通过凝汽器13换热由冷却塔19带走。通过凝汽器13将汽轮机排汽余热向热用户组20供热，同时通过汽轮机抽汽加热凝汽器供热侧出口水至供热温度。上述过程实现了热能向电能和热能形式的转化，即热电联供。供热侧储能装置21与热用户组20并联，当储能电站放能时，供热侧储能装置21可吸收过剩的供热能量，当储能电站储能供热能力不足时，供热侧储能装置21释放热量，确保满足热用户组20的用热需求。从而解决了热电联供“以热定电”的问题，在汽轮机不运行或低负荷运行时也可利用供热侧储能装置21放热进行供热，从而解除了供热供电的相互关联性，实现热电解耦。

在非供暖期，当热用户组20无需热量时，汽轮机排汽余热可由与热用户组20并联的冷却塔19带走。

当热储能电站在电源丧失或电加热器出现故障时，可手动切换使用与电加热器并联的燃气加热器5补燃，从而提高热储能电站的供电可靠性。

为避免介质储罐1中的低温储热介质和高温储热介质的散热温度降低，在介质储罐1上部热介质区域和下部冷介质区域分别配置伴热棒Ⅱ8和电伴热棒Ⅰ7，电伴热棒的电加热部分浸没入介质储罐1的储罐高温储热介质和低温储热介质中，当介质温度下降时启动进行加热至额定温度。

本实用新型为解决丧失电源系统无法运行的问题，通过配置与电加热器并联的燃气加热器，当电源供电或电加热相关设备出现故障时，可切换使用燃气加热器，从而保障能量来源的多样性，保障发电和供热的可靠性，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障供电和供热的可靠性。

本实用新型为解决双罐储能设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过配置单罐式储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低，成本降低了40％左右，同时占地面积减小了30％左右，使得占地面积小便于布置。

本实用新型为解决在电网非“高峰”时段且汽轮发电机组不运行时热储能电站无法供热的问题，需将“热电解耦”，即汽轮发电机组不运行仍可保证供热。通过在系统供热端配置供热侧储能装置，在储能电站放热过程中，供热侧储能装置可吸收过剩的供热能量，在电网负荷处于“低谷”和“平”时段的16小时期间，汽轮发电机组不运行没有热量供热时，供热侧储能装置释放热量，确保满足用户持续的用热需求。

本实用新型为提升热储能电站系统效率，通过配置储热介质及蒸汽再热器，用储热介质加热汽轮机高压缸排汽后进入低压缸，从而提升了汽轮机朗肯循环效率，总能量转换效率达到了85％以上。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种单罐蓄热式储能热电联供系统，其特征在于：该单罐蓄热式储能热电联供系统包括介质储罐(1)、冷介质泵(2)、热介质泵(3)、电加热器(4)、燃气加热器(5)、蒸汽发生器(6)、电伴热棒Ⅰ(7)、电伴热棒Ⅱ(8)、汽轮机高压缸(9)、再热器(10)、汽轮机中低压缸(11)、发电机(12)、凝汽器(13)、凝水泵(14)、加热器Ⅰ(15)、除氧器(16)、给水泵(17)、加热器Ⅱ(18)、冷却塔(19)、热用户组(20)和供热侧储能装置(21)；

所述的电加热器(4)设置有电源(4-1)，电源(4-1)的电源输出端与电加热器(4)的电源输入端连接；所述的燃气加热器(5)设置有燃气供应装置(5-1)，燃气供应装置(5-1)的能量输出端与燃气加热器(4)的能量输入端连接；

所述的介质储罐(1)包括热介质层(1-1)、斜温层(1-2)和冷介质层(1-3)，所述的热介质层(1-1)、斜温层(1-2)和冷介质层(1-3)依次垂直分布于介质储罐(1)的内部，所述的热介质层(1-1)、斜温层(1-2)和冷介质层(1-3)将介质储罐(1)的内部填满，所述的热介质层(1-1)设置有电伴热棒Ⅱ(8)，所述的冷介质层(1-3)设置有电伴热棒Ⅰ(7)，所述的冷介质层(1-3)的输出端与冷介质泵(2)的输入端连接，电加热器(4)和燃气加热器(5)的输入端同时与冷介质泵(2)的输出端连接，电加热器(4)和燃气加热器(5)的输出端同时与热介质层(1-1)的输入端连接，热介质层(1-1)的输出端与热介质泵(3)的输入端连接；

蒸汽发生器(6)的一个输入端和再热器(10)的一个输入端同时与热介质泵(3)的输出端连接，蒸汽发生器(6)的一个输出端和再热器(10)的一个输出端同时与冷介质层(1-3)的输入端连接；

蒸汽发生器(6)的另一个输入端与汽轮机高压缸(9)的输入端连接，汽轮机高压缸(9)的两个输出端分别与加热器Ⅱ(18)一个输入端和再热器(10)的另一个输入端连接，再热器(10)的另一个输出端与汽轮机中低压缸(11)的蒸汽输入端连接，发电机(12)的输入端与汽轮机中低压缸(11)的输出端连接，汽轮机中低压缸(11)的四个输出端分别与凝汽器(13)的一个输入端、加热器Ⅰ(15)的一个输入端、除氧器(16)的一个输入端和冷却塔(19)的输入端连接，冷却塔(19)的输入端、热用户组(20)的连接端和供热侧储能装置(21)的输入端同时与凝汽器(13)的一个输出端与连接，冷却塔(19)的输出端、热用户组(20)的连接端和供热侧储能装置(21)的输出端同时与凝汽器(13)的另一个输入端连接，凝汽器(13)的另一个输出端与凝水泵(14)的输入端连接，凝水泵(14)的输出端与加热器Ⅰ(15)的另一个输入端连接，加热器Ⅰ(15)的输出端与除氧器(16)的另一个输入端连接，除氧器(16)的输出端与给水泵(17)的输入端连接，给水泵(17)的输出端与加热器Ⅱ(18)的另一个输入端连接，加热器Ⅱ(18)的输出端与蒸汽发生器(6)的另一个输入端连接；

所述的介质储罐(1)为单罐斜温层储能罐；

所述的电伴热棒Ⅰ(7)为低温电伴热棒；

所述的加热器Ⅱ(18)为高压加热器。