CN215292598U - 一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统 - Google Patents

Abstract

一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统，它包括有风力发电场或光伏发电场，两组固体蓄热装置A和B，A连接饱和蒸汽发生器，B连接过热蒸汽发生器，其技术要点是：所述的固体蓄热装置A和B在电网用电低估时段或弃风、弃光时段，将电能转化成热能储存在固体蓄热体中，A所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽，B所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽；过热蒸汽驱动凝汽式汽轮机组来带动发电机进行发电，并输入到电网进行并网；凝汽式汽轮机组经过凝器设备组形成的凝结水再通过凝结水回水管道作为给水输入到饱和蒸汽发生器。

Description

一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用固体材料蓄热技术结合汽轮机来发电的生产技术领域，具体地说是一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统。

背景技术

随着国家2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的环保目标，以及化石能源的不可再生性，利用燃煤、燃气等化石能源发电会受到越来越大的限制，因此风电、光电、核电等清洁可再生能源将在电能生产中占比逐渐加大，成为主要发电方式。但是，风电、光电却存在一种无法人为控制的不稳定性，甚至存在发电与用电不同步的现象，为了提高清洁能源的最大利用率、提高风力发电场或光伏发电场的发电量，因此国家能源局在审批电场的建设时，要求要具备储能能力；一般电场往往建设蓄电池储电站，但是蓄电池储电站存在一些缺点，如建设成本过高、维护成本高、蓄电池使用寿命短、存在一定安全隐患；因此一种安全稳定且建设成本、维护成本低的蓄能技术成为风力发电场或光伏发电场配套建设的迫切需求。一种利用固体蓄热技术结合汽轮机发电的系统，其建设成本与维护成本均远远低于蓄电池储电站，且运行稳定、安全可靠。在弃风或弃光等用电低估时段，风力发电或光伏发电不再投切上网，而是将电能转化成热能储存在固体蓄热体中，在电网用电高峰时段或无风、无光时段，将固体蓄热体中的热能转化成高温蒸汽驱动汽轮机进行发电、并网运行。

目前应用蓄热来生产过热蒸汽的系统中，常规方式往往采用过热过程、饱和蒸发过程、预热过程相串联的模式，热源依次流经过热器、蒸发器、预热器，这样的模式其优点是可以采用一个蓄热设备作为热源来输出热能直接生产过热蒸汽，但其缺点是对蓄热装置的要求比较高，其介质最低输出温度以过热蒸汽为标准--比较高，这样对蓄热设备的架体使用材料、保温材料、加热材料等均要以高温标准为要求，导致建设投入较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统。

本实用新型目的是通过如下技术方案来实现的：一种利用固体蓄热技术结合汽轮机发电系统，它包括有风力发电场或光伏发电场，两组固体蓄热装置A和固体蓄热装置B，固体蓄热装置A连接饱和蒸汽发生器，固体蓄热装置B连接过热蒸汽发生器，其特征在于：所述的固体蓄热装置A和B分别并接在风力发电场或光伏发电场的局域网上，固体蓄热装置A和B在电网用电低谷时段或弃风、弃光时段，将电能转化成热能储存在固体蓄热体中，固体蓄热装置A所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽，固体蓄热装置B所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽；饱和蒸汽发生器与过热蒸汽发生器通过饱和蒸汽管道相连接，过热蒸汽发生器与凝汽式汽轮机组通过过热蒸汽管道相连接，过热蒸汽驱动凝汽式汽轮机组来带动发电机进行发电，并输入到电网进行并网；凝汽式汽轮机组经过凝器设备组形成的凝结水再通过凝结水回水管道作为给水输入到饱和蒸汽发生器。

本实用新型包括所述的固体蓄热装置A存储能量多但温度低，所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽。

本实用新型还包括：所述的固体蓄热装置B存储能量少但温度高，所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽。

凝气式汽轮机带动发电机发电，其工作蒸汽一般为350℃左右的过热蒸汽，以3000kW凝气式汽轮机为例，其工作蒸汽约为2.5MPa/350℃左右，而2.5MPa的饱和蒸汽的温度为224℃、焓值为2800kJ，2.5MPa/350℃的过热蒸汽焓值为3128kJ，可以看出过热过程所需能量约为10.5%，蒸汽焓量主要来源于预热过程和饱和过程。过热过程在蒸汽生产的整体过程中所需能量一般不超过15%，占比较少。

工作机理：由于在过热蒸汽生产过程中，蒸汽能量主要来源于低温水预热过程和饱和蒸汽发生过程，能量占比85%以上，过热蒸汽加热过程所需能量一般不超过15%，因此，可以将热源分为两类，一个蓄热设备中的固体蓄热体最低工作温度高于所需饱和蒸汽温度100℃；一个蓄热设备中的固体蓄热体最低工作温度高于所需过热蒸汽温度100℃。以3000kW凝气式汽轮机所需的2.5MPa/350℃过热蒸汽为例，压力2.5MPa的饱和蒸汽温度是224℃，产生饱和蒸汽的固体蓄热体工作温度只要超过324℃就可以满足工作需要，若固体蓄热体的最高蓄热温度为700℃，固体蓄热体产生饱和蒸汽的工作温度区间是376℃；而另一台产生15%过热蒸汽的蓄热设备，若固体蓄热体的最高蓄热温度也为700℃时，固体蓄热体可以产生过热蒸汽的工作温度区间是700℃-450℃为250℃，虽然生产过热蒸汽的固体蓄热体利用率低，但占比只有15%。分成两蓄热设备后，通过提高承担85%输出饱和蒸汽固体蓄热体126℃温度利用率，可以节省设备投资。

本实用新型的优点是：根据过热蒸汽的焓值分析，在过热蒸汽生产过程中，蒸汽能量主要来源于预热过程和饱和过程，能量占85%以上，过热过程所需能量一般不超过15%。本实用新型系统将生产饱和蒸汽和生产过热蒸汽的热源进行分别建设，低温热源用于生产饱和蒸汽，高温热源用于过热过程；这样生产饱和蒸汽的蓄热设备以常规材料标准建设，生产过热蒸汽的蓄热设备以高温标准材料建设，可以大大降低建设投入。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意简图。

附图中主要部件说明如下：1、风力发电场或光伏发电场，2、电网，3、固体蓄热装置，4、饱和蒸汽发生器，5、固体蓄热装置，6、过热蒸汽发生器，7、凝汽式汽轮机组，8、发电机，9、饱和蒸汽管道，10、过热蒸汽管道，11、凝结水回水管道。

本附图仅仅是实用新型的一个实施案例的示意图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可根据这一附图获得其他的附图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作详细说明， 以下说明仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。

如图1所示，图中的1为风力发电场或光伏发电场，2为电网，3为固体蓄热装置，5为固体蓄热装置；所述的两个固体蓄热装置3和5分别并接在风力发电场或光伏发电场的局域网上，固体蓄热装置3和固体蓄热装置5在电网用电低谷时段或弃风、弃光时段，将电能转化成热能储存在固体蓄热材料中，固体蓄热装置3所存储的热能用于饱和蒸汽发生器4生成满足压力要求的饱和蒸汽，固体蓄热装置5所存储的热能用于过热蒸汽发生器6，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽；饱和蒸汽发生器4与过热蒸汽发生器6通过饱和蒸汽管道9相连接，过热蒸汽发生器6与凝汽式汽轮机组7通过过热蒸汽管道10相连接，过热蒸汽驱动凝汽式汽轮机组7来带动发电机8进行发电，并输入到电网2进行并网；凝汽式汽轮机组7经过凝器设备组形成的凝结水再通过凝结水回水管11作为给水输入到饱和蒸汽发生器4。

本系统中设置两组固体蓄热装置，其中固体蓄热装置3中的蓄热体最低工作温度高于所需饱和蒸汽温度100℃，所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽；固体蓄热装置5中的蓄热体最低工作温度高于所需过热蒸汽温度100℃，所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽。

在电网用电低估时段或弃风、弃光时段，风光发电场1所发电不再输送到电网2并网，而是输送到固体蓄热装置3和固体蓄热装置5中，将所发电量转化成热能储存在固体蓄热材料中。固体蓄热装置3连接饱和蒸汽发生器4，所存储的热能用于饱和蒸汽发生器4生成满足压力要求的饱和蒸汽，通过饱和蒸汽管道9输入到过热蒸汽发生器6中；固体蓄热装置5所存储的热能用于过热蒸汽发生器6，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽，再通过过热蒸汽管道10输送到凝汽式汽轮机组7中；过热蒸汽驱动凝汽式汽轮机组7来带动发电机8进行发电，并输入到电网2进行并网；凝汽式汽轮机组7经过凝器设备组形成的凝结水再通过凝结水回水管道11作为给水输入到饱和蒸汽发生器4中，循环工作。以生产2.5MPa/350℃过热蒸汽为例，压力2.5MPa的饱和蒸汽温度是224℃，产生饱和蒸汽的固体蓄热装置3工作温度只要超过324℃就可以满足工作需要，若固体蓄热装置3的最高蓄热温度为700℃，固体蓄热装置3产生饱和蒸汽的工作温度区间是376℃；而产生过热蒸汽的固体蓄热装置5的最高蓄热温度也为700℃时，可以产生过热蒸汽的工作温度区间是700℃-450℃为250℃。这样分成两组蓄热装置后，通过提高承担输出饱和蒸汽固体蓄热装置3温度利用率，可以节省设备投资。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统，它包括有风力发电场或光伏发电场，两组固体蓄热装置A和固体蓄热装置B，固体蓄热装置A连接饱和蒸汽发生器，固体蓄热装置B连接过热蒸汽发生器，其特征在于：所述的固体蓄热装置A和B分别并接在风力发电场或光伏发电场的局域网上，固体蓄热装置A和B在电网用电低谷时段或弃风、弃光时段，将电能转化成热能储存在固体蓄热体中，固体蓄热装置A所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽，固体蓄热装置B所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽；饱和蒸汽发生器与过热蒸汽发生器通过饱和蒸汽管道相连接，过热蒸汽发生器与凝汽式汽轮机组通过过热蒸汽管道相连接，过热蒸汽驱动凝汽式汽轮机组来带动发电机进行发电，并输入到电网进行并网；凝汽式汽轮机组经过凝器设备组形成的凝结水再通过凝结水回水管道作为给水输入到饱和蒸汽发生器。

2.根据权利要求1所述的利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统，其特征在于：所述的固体蓄热装置A所存储的热能用于饱和蒸汽发生器生成满足压力要求的饱和蒸汽。

3.根据权利要求1所述的利用固体蓄热与汽轮机相结合的发电系统，其特征在于：所述的固体蓄热装置B所存储的热能用于过热蒸汽发生器，将输入的饱和蒸汽再次加热生成满足温度要求的过热蒸汽。

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