CN216844620U - 一种用于煤电机组调峰调频的储热系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于煤电机组调峰调频的储热系统，涉及煤电机组调峰调频技术领域。具体实现方案为：发电装置的输出端分别与对外供电线路、含水层储热装置连接；含水层储热装置与换热器的壳侧之间通过管路连接形成第一回路；换热器的管侧与发电装置通过管路连接形成第二回路。本申请实现了能量在机组热力循环和地下水热能之间的转移，有效提高了储能时长，提升了煤电机组的调峰调频能力。

Description

一种用于煤电机组调峰调频的储热系统

技术领域

本申请涉及煤电机组调峰调频技术领域，尤其涉及一种用于煤电机组调峰调频的储热系统。

背景技术

相关技术中，部分电厂通过“电锅炉+储热”的方式实现机组运行灵活性提升，利用电锅炉作为热源达到消耗电出力加大调峰深度的作用。但储热装置和电蓄热锅炉占地较大，且初投资较高。储热装置配置容量有限，只能满足小时级短时调峰储能，无法满足长时间调峰需求。同时，高温水罐也存在一定泄漏安全性风险。

发明内容

本申请提供了一种用于煤电机组调峰调频的储热系统。

根据本申请提出的一种用于煤电机组调峰调频的储热系统，包括发电装置、含水层储热装置、换热器，其中，

所述发电装置的输出端分别与对外供电线路、所述含水层储热装置连接；

所述含水层储热装置与所述换热器的壳侧之间通过管路连接形成第一回路；

所述换热器的管侧与所述发电装置通过管路连接形成第二回路；

其中，所述含水层储热装置用于在目标供电机组负荷值小于预设负荷值时，将所述发电装置产生的电能转化成热能，并存储所述热能；

所述含水层储热装置还用于在供电机组需要升负荷时，将存储的所述热能输入至所述发电装置中，以使所述热能转化为电能对外供电。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置包括汽轮机、发电机、热源，其中，

所述热源与所述汽轮机连接；

所述汽轮机的输出端与所述发电机连接；

所述汽轮机的出口与所述换热器的管侧入口连接；

所述换热器的管侧出口与所述热源的入口连接；

所述发电机的输出端分别与对外供电线路和含水层储热装置连接。

根据本申请的一个实施例，所述含水层储热装置包括电加热器、冷井、热井、冷井潜水泵、热井潜水泵，其中，

所述电加热器的供电端与所述发电机的输出端通过线路连接；

所述冷井的出口与所述电加热器的管侧入口之间连接所述冷井潜水泵；

所述电加热器的管侧出口与所述热井的入口连接；

所述热井的出口与所述换热器的壳侧入口之间连接所述热井潜水泵；

所述换热器的壳侧出口与所述冷井的入口连接。

根据本申请的一个实施例，还包括开关，其中，

所述电加热器的供电端与所述发电机的输出端之间的线路上连接所述开关。

根据本申请的一个实施例，所述汽轮机包括高压缸、中压缸、低压缸，其中，

所述热源的出口依次连接所述高压缸、所述中压缸和所述低压缸；

所述高压缸通过传动轴依次连接所述中压缸、所述低压缸和所述发电机；

所述低压缸的出口与所述换热器的管侧入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述高压缸的出口与所述热源的入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置还包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器、给水泵、高压加热器，其中，

所述汽轮机的出口依次连接所述凝汽器、所述凝结水泵、所述低压加热器、所述给水泵、所述高压加热器和所述热源的入口。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置还包括第一阀门，其中，

所述凝结水泵与所述低压加热器之间连接所述第一阀门。

根据本申请的一个实施例，还包括第二阀门，其中，

所述发电装置与所述换热器的管侧入口之间连接所述第二阀门。

根据本申请的技术方案，通过地下水储热装置将发电装置产生的多余电能转换成热能进行存储，在煤电机组需要快速升负荷时，发电装置将存储的热能转换成电能进行对外供电，实现了能量在机组热力循环和地下水热能之间的转移，有效提高了储能时长，解决了能源供需时空分布不平衡的问题，实现了机组快速升负荷，有效提升了煤电机组的调峰调频能力。并且，储能装置利用地下含水层，有效节省了占地面积，节约了成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请提出的一种用于煤电机组调峰调频的储热系统示意图。

附图标记

1、锅炉；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、发电机；6、凝汽器；7、凝结水泵；8、低压加热器组；9、给水泵；10、高压加热器组； 11、换热器；12、电加热器；13、热井；14、冷井；15、热井潜水泵；16、冷井潜水泵；17、开关；18、第一阀门；19、第二阀门。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

需要说明的是，相关技术中，部分电厂通过“电锅炉+储热”的方式实现机组运行灵活性提升，利用电锅炉作为热源达到消耗电出力加大调峰深度的作用。但储热装置和电蓄热锅炉占地较大，且初投资较高。储热装置配置容量有限，只能满足小时级短时调峰储能，无法满足长时间调峰需求。同时，高温水罐也存在一定泄漏安全性风险。

基于上述问题，本申请提出了一种用于煤电机组调峰调频的储热系统，可以实现通过储热装置将发电装置产生的多余电能转换成热能进行存储，在煤电机组需要快速升负荷时，发电装置将存储的热能转换成电能进行对外供电，实现了能量在机组热力循环和地下水热能之间的转移，有效提高了储能时长，解决了能源供需时空分布不平衡的问题，实现了机组快速升负荷，有效提升了煤电机组的调峰调频能力。并且，储能装置利用地下含水层，有效节省了占地面积，节约了成本。

图1是根据本申请提出的一种用于煤电机组调峰调频的储热系统示意图。如图1所示，一种用于煤电机组调峰调频的储热系统包括发电装置、含水层储热装置、换热器11。

发电装置的输出端分别与对外供电线路、含水层储热装置连接；含水层储热装置与换热器11的壳侧之间通过管路连接形成第一回路；换热器 11的管侧与发电装置通过管路连接形成第二回路。发电装置与换热器11 的管侧入口之间连接第二阀门19。

其中，在本申请实施例中，含水层储热装置用于在目标供电机组负荷值小于预设负荷值时，将发电装置产生的电能转化成热能，并存储热能；含水层储热装置还用于在供电机组需要升负荷时，将存储的热能输入至发电装置中，以使热能转化为电能对外供电。

需要说明的是，预设负荷值可以是发电装置中锅炉1的最低稳燃负荷值。

作为一种可能的示例，在目标供电机组负荷值小于预设负荷值时，发电装置将产生的电能一部分通过对外供电电路输出至电网进行供电，另一部分输入至含水层储热装置中，对含水层储热装置进行供电。在供电机组需要升负荷时，含水层储热装置通过换热器11加热发电装置的凝结水，从而排挤机组低压抽汽，使机组快速升负荷。

发电装置包括汽轮机、发电机5、热源，其中，热源与汽轮机连接，汽轮机的输出端和发电机5连接；汽轮机的出口与换热器11的管侧入口连接；换热器11的管侧出口与热源的入口连接；发电机5的输出端分别与对外供电线路和含水层储热装置连接。

可以理解的是，上述热源可以是锅炉1。上述管侧可以是设备中用于传输低温介质的一侧，壳侧可以是设备中用于传输高温介质的一侧。其中，低温介质可以是水。高温热介质可以是蒸汽，还可以是水。

作为一种可能的示例，锅炉1将水加热后形成蒸汽，蒸汽在汽轮机中做功后带动发电机5进行发电，发电机5将产生的电能分别用于对外供电、对含水层储热装置供电。

可选的，汽轮机可以包括高压缸2、中压缸3、低压缸4，其中，热源的出口依次连接高压缸2、中压缸3、低压缸4；高压缸2通过传动轴依次连接中压缸3、低压缸4和发电机5；低压缸4的出口与换热器11的管侧入口连接。高压缸3的出口与热源的入口连接。

作为一种可实施方式的示例，蒸汽由锅炉1输入至高压缸2中做功后，返回锅炉1进行二次加热，经过二次加热后的蒸汽依次经过中压缸3、低压缸4做功后带动发电机5发电。通过二次加热有效提高了蒸汽的做功效率。低压缸4排汽输入至换热器11中，与热井13中的地下水进行热交换。

发电装置还包括凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器、给水泵9、高压加热器，其中，所汽轮机的出口依次连接凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器、给水泵9、高压加热器和热源的入口。

可以理解的是，低压缸4输出的蒸汽依次经过凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器、给水泵9、高压加热器，最终输入至热源的入口，完成循环。

发电装置还包括第一阀门18，其中，凝结水泵7与低压加热器之间连接第一阀门18。

含水层储热装置包括电加热器12、冷井14、热井13、冷井14潜水泵 16、热井潜水泵15，其中，电加热器12的供电端与发电机5的输出端通过线路连接；冷井14的出口与电加热器12的管侧入口之间连接冷井14 潜水泵16；电加热器12的管侧出口与热井13的入口连接；热井13的出口与换热器11的壳侧入口之间连接热井潜水泵15；换热器11的壳侧出口与冷井14的入口连接。

电加热器12的供电端与发电机5的输出端之间的线路上连接开关17。可以根据实际需求控制开关17的打开和关闭，以控制电加热器12加热地下水。

可以理解的是，冷井14、热井13设置在地表以下的含水层中。

作为一种可能的示例，冷井潜水泵16将冷井14中的地下水输入至电加热器12中，电加热器12利用发电机5产生的电能对地下水加热，将加热后的地下水输入至热井13中。发电机5需要升负荷时，热井潜水泵15 将热井13中的地下水输入至换热器11中，热井地下水在换热器11中与凝结水进行换热，从而实现对凝结水的加热。将换热后的地下水输入至冷井14中，换热后的凝结水输入至锅炉1中。

举例来说，当电网对机组负荷指令小于锅炉1最低稳燃负荷时，闭合开关17，发电机5出口部分电量用于电加热器12，加热从含水层中抽取的地下水。冷井潜水泵16抽取含水层冷井14中的地下水进入电加热器12 中，加热升温成为高温水后回灌进入含水层热井13中。从而将机组多余电量通过电加热器12转换为地下水的热能，并存储于含水层热井13中。

当机组需要快速升负荷时，通过热井潜水泵15将含水层热井13中的地下水抽取出来，进入换热器11，将热量传递给机组凝结水后回灌入含水层冷井14中。关闭第一阀门18，打开第二阀门19，旁路掉原低压加热器组8，通过从含水层热井13抽取出来的高温地下水加热机组凝结水，从而排挤机组低压抽汽，增加低压缸4中蒸汽做功的量，使机组负荷增加，实现机组快速升负荷，响应电网调峰及一次调频需求。

根据本申请实施例的一种用于煤电机组调峰调频的储热系统，通过发电装置与含水层储热装置的有机耦合，实现能量在机组热力循环和地下水热能之间的转移，有效提高了储能时长，解决了能源供需时空分布不平衡的问题。并且，储能装置利用地下含水层，有效节省了占地面积，节约了成本。当电网对机组需求的目标负荷值小于锅炉最低稳燃负荷值时，利用电加热器加热地下水，以达到消耗电出力，加大调峰深度的作用，将电能转化为地下水热能并存储起来。当机组需要快速升负荷时，抽取高温地下水用于加热机组凝结水，从而排挤机组低压抽汽，实现机组快速升负荷。有效提升了煤电机组的调峰调频能力，使机组更好地响应电网AGC (Automatic Genneration Control,能量管理系统)及一次调频需求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于煤电机组调峰调频的储热系统，其特征在于，包括发电装置、含水层储热装置、换热器，其中，

所述发电装置的输出端分别与对外供电线路、所述含水层储热装置连接；

所述含水层储热装置与所述换热器的壳侧之间通过管路连接形成第一回路；

所述换热器的管侧与所述发电装置通过管路连接形成第二回路；

其中，所述含水层储热装置用于在目标供电机组负荷值小于预设负荷值时，将所述发电装置产生的电能转化成热能，并存储所述热能；

所述含水层储热装置还用于在供电机组需要升负荷时，将存储的所述热能输入至所述发电装置中，以使所述热能转化为电能对外供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电装置包括汽轮机、发电机、热源，其中，

所述热源与所述汽轮机连接；

所述汽轮机的输出端与所述发电机连接；

所述汽轮机的出口与所述换热器的管侧入口连接；

所述换热器的管侧出口与所述热源的入口连接；

所述发电机的输出端分别与对外供电线路和含水层储热装置连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述含水层储热装置包括电加热器、冷井、热井、冷井潜水泵、热井潜水泵，其中，

所述电加热器的供电端与所述发电机的输出端通过线路连接；

所述冷井的出口与所述电加热器的管侧入口之间连接所述冷井潜水泵；

所述电加热器的管侧出口与所述热井的入口连接；

所述热井的出口与所述换热器的壳侧入口之间连接所述热井潜水泵；

所述换热器的壳侧出口与所述冷井的入口连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括开关，其中，

所述电加热器的供电端与所述发电机的输出端之间的线路上连接所述开关。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述汽轮机包括高压缸、中压缸、低压缸，其中，

所述热源的出口依次连接所述高压缸、所述中压缸和所述低压缸；

所述高压缸通过传动轴依次连接所述中压缸、所述低压缸和所述发电机；

所述低压缸的出口与所述换热器的管侧入口连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述高压缸的出口与所述热源的入口连接。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发电装置还包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器、给水泵、高压加热器，其中，

所述汽轮机的出口依次连接所述凝汽器、所述凝结水泵、所述低压加热器、所述给水泵、所述高压加热器和所述热源的入口。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发电装置还包括第一阀门，其中，

所述凝结水泵与所述低压加热器之间连接所述第一阀门。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二阀门，其中，

所述发电装置与所述换热器的管侧入口之间连接所述第二阀门。

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