CN217107132U - 综合储热增容调峰装置及电网 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种综合储热增容调峰装置及电网，其特征在于，包括：机组模块(100)，所述机组模块(100)包括多个火电机组(110)，所述火电机组(110)用于火力发电；增容模块(200)，所述增容模块(200)包括多个换热单元(210)，所述增容模块(200)用于向所述机组模块(100)提供储存的热量；其中，所述多个换热单元(210)与所述多个火电机组(110)一一对应连接。本申请通过建设一台储能装置同时供多台火电机组顶峰增容的方式，实现了储能模块在多台火电机组同时放热，实现了增容模块(200)的最大化资源共享，大大降低了投资成本，提高了用能效率。

Description

综合储热增容调峰装置及电网

技术领域

本发明属于发电技术领域，尤其涉及一种综合储热增容调峰装置及电网。

背景技术

目前，全国煤电装机容量约11亿千瓦，是我国电力系统的支撑性和基础性电源。在碳达峰的目标下，碳排放约束日益收紧，煤电装机发展空间十分有限。与此同时，我国电力需求仍维持中速增长的态势，每年新增电量超过3000亿千瓦时、新增用电负荷超过5000万千瓦。由于风电和光伏等新能源的间歇性和波动性，无法实现电力稳定供应，可信容量低。2020 年以来，许多地区在高峰用电时段出现电力供给不足，产生了“限电”问题，影响经济社会的正常运行。与此同时，受我国产业结构的调整和城镇化影响，用电峰谷差进一步加大，造成煤电机组调峰运行的压力日益增大，除少数的高峰用电时段外，煤电机组多数时间处于低负荷运行。因此，有必要利用储能装置对存量煤电机组进行增容，将用电低谷时段的发电能力“搬移”到用电高峰时段，提升煤电机组调峰的能力，满足新增电力负荷的需要，提高既有煤电机组利用率。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种提升煤电机组调峰的能力，满足新增电力负荷的需要，同时提高既有煤电机组利用率的综合储热增容调峰装置及电网。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种综合储热增容调峰装置，其特征在于，包括：机组模块，所述机组模块包括多个火电机组，所述火电机组用于火力发电；增容模块，所述增容模块包括多个换热单元，所述增容模块用于向所述机组模块提供储存的热量；其中，所述多个换热单元与所述多个火电机组一一对应连接。

进一步地，所述增容模块还包括：低温储罐和高温储罐，所述低温储罐和所述高温储罐中分别具有储热介质，所述低温储罐和所述高温储罐分别与所述多个换热单元连通，所述多个换热单元位于所述高温储罐和所述低温储罐之间。

进一步地，所述多个换热单元之间串联连接，串联的所述多个换热单元一端连接所述高温储罐，另一端连接所述低温储罐。

进一步地，所述多个换热单元之间并联连接，并联的所述多个换热单元一端连接所述高温储罐，另一端连接所述低温储罐。

进一步地，所述增容模块还包括：第一加热部件，与所述低温储罐连通，用于所述火电机组的高温蒸汽对所述低温储罐的低温换热介质加热，形成高温储热介质。

进一步地，所述增容模块还包括：低温储热介质循环泵，所述低温储热介质循环泵设置于所述低温储罐与所述第一加热部件连接的管路上，用于调节低温换热介质的流动速度或换热速度。

进一步地，所述增容模块还包括：高温储热介质循环泵，所述高温储热介质循环泵设置于高温储罐与所述换热单元连接的管路上，用于调节高温换热介质的流动速度或换热速度。

进一步地，所述火电机组包括：热源，用于对凝结水进行加热，生成蒸汽；汽轮机，与所述热源的蒸汽出口连通，用于通过蒸汽进行发电；凝汽装置，与所述汽轮机的蒸汽出口连通，用于将蒸汽凝结成凝结水；第二加热部件，分别与所述热源的蒸汽出口、所述汽轮机的蒸汽出口、所述凝汽装置的凝结水出口和所述热源的凝结水入口连通，用于通过蒸汽对凝结水进行加热，并将加热后的凝结水输送至所述热源；所述换热单元分别与所述凝汽装置的凝结水出口和所述热源的凝结水入口连通，用于通过所述高温换热介质的热量对凝结水进行加热，并接加热后的凝结水输送给所述热源。

根据本发明的另一个方面提供了一种电网，包括上述的综合储热增容调峰装置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本申请通过建设一台储能装置同时供多台火电机组顶峰增容的方式，实现储能模块在多台火电机组储热的最大化资源共享，大大降低了投资成本，提高了用能效率。

附图说明

图1是根据本申请实施例一种综合储热增容调峰装置及电网的结构示意图；

图2是根据本申请实施例一种综合储热增容调峰装置及电网的串联储热结构示意图；

图3是根据本申请实施例一种综合储热增容调峰装置及电网的并联储热结构示意图；

图4是根据本申请实施例一种综合储热增容调峰装置及电网的单一储热结构示意图。

附图标记：

100：机组模块；110：火电机组；111：热源；112a：汽轮机高压缸； 112b：汽轮机中压缸；112c：汽轮机低压缸；113：凝气装置；114a：低压加热部件；114b：高压加热部件；115：除气器；116：水阀门；117：抽气阀；118：给水泵；114：第二加热部件；

200：增容模块；210：换热单元；220：低温储罐；230：高温储罐；211：第一并联换热器；212：第二并联换热器；213：第三并联换热器； 214：第一串联换热器；215：第二串联换热器；216：第三串联换热器； 250：第一加热部件；260：低温储热介质循环泵；270：高温储热介质循环泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种综合储热增容调峰装置，其特征在于，包括：机组模块100，机组模块100包括多个火电机组110，火电机组110用于火力发电；增容模块200，增容模块200包括多个换热单元210，所述增容模块200用于向机组模块100提供储存的热量；其中，多个换热单元210与多个火电机组110一一对应连接。在一些实施例中，增容模块200既可以用于储存机组模块100的剩余热量，同时又可以用于向机组模块100提供储存的热量，即增容模块200 可以同时具有储热和放热的功能。当机组模块100处于用电低谷时，增容模块200用于储存机组模块100的剩余热量，此过程即为储热过程。当机组模块100处于用电高峰时，增容模块200用于向机组模块100提供储存的热量，此过程即为放热过程。本申请实施例中，通过建设一台储能装置 (即本申请的储能模块200)同时供多台火电机组(即本申请的机组模块 100)顶峰增容的方式，实现储能模块在多台火电机组储热的最大化资源共享，大幅提高了用电高峰时的电量供应，无需大面积布局设备，克服了上述相关实施例中存在的技术问题。本申请实施例大大降低了投资成本，提高了用能效率。

在一相关实施例中，煤电机组的增容和扩容通过挖掘既有煤电机组的潜力，在几乎不增加新增设备的基础上，通过对汽机改造，提升机组超负荷能力。通常通过减少低压加热器和高压加热器的抽汽的方式，提升汽轮机的功率输出。本实施例中，由于减少了低压或高压加热器的热输入，造成凝结水和给水温度下降，偏离正常运行范围，影响汽水系统和锅炉运行的安全稳定性。并且，由于减少了低压加热器或高压加热器的抽汽，造成汽轮机效率的整体降低，煤耗上升。

在另一相关实施例中，通过增加电化学储能设备，在煤电机组低负荷时段储存能量，在用电高峰时段释放能量，实现增容。同时，电化学装置还可以配合火电机组参与二次调频，改善火电机组的调频能力。在本实施例中，电化学储能的技术路线，存在价格高昂、能量密度低、安全性差等因素，因此只能进行小规模的示范。

在又一相关实施例中，通过增加热储能装备，在低负荷时段，将汽轮机蒸汽抽出用于加热熔盐并进行存储；在用电高峰时段，将高温熔盐送入蒸汽发生器，产生蒸汽，推动小汽轮机发电做功。在本实施例中，该技术路线熔盐产生的蒸汽温度显著低于主蒸汽，造成小汽轮机效率偏低，系统整体效率不高。而且，由于需要新增大量新装置，造成占地面积偏大，不适合空间有限的火电厂。

如图1和图4所示，本申请实施例可以实现在电负荷需求低需要火电机组降负荷调峰时，用热源111(或锅炉)产生的主蒸汽及再热后的再热蒸汽通过蒸汽熔盐换热器将热量储存在熔盐储热装置中，降低机组负荷，进行深度调峰。在电负荷需求高峰期，需要火电机组顶峰时，增容模块200 中的热量通过换热器加热机组的凝结水、给水，减少机组高低压加热器的抽汽，增加机组的负荷，进行机组的顶峰增容。本申请实施例从一台机组抽汽储热，参与深度调峰，储热装置可以同时向多台机组放热，进行多台机组的顶峰增容。

在一些实施例中，增容模块200还包括：低温储罐220和高温储罐230，低温储罐220和高温储罐230中分别具有储热介质，低温储罐220和高温储罐230分别与多个换热单元210连通，多个换热单元210位于高温储罐 230和低温储罐220之间。其中，低温储罐220用于存储低温换热介质，高温储罐用于存储高温换热介质。放热时，储热介质由高温储罐230流经换热单元210进行热交换，高温状态的储热介质经过本过程放热成为低温状态的储热介质。当低温状态的储热介质放热后，再回到低温储罐220存储。

如图2所示，在一些实施例中，多个换热单元210之间串联连接，串联的多个换热单元210一端连接高温储罐230，另一端连接低温储罐220。其中，图2示出了三个串联的换热单元，分别为换热单元211、换热单元 212和换热单元213。本公开实施例实现了增容模块中的储热装置对多台火电机组换热器的串联运行，实现了火电机组的深度调峰，增容模块可以同时向多台机组放热，进行多台机组的顶峰增容。

如图3所示，在一些实施例中，多个换热单元210之间并联连接，并联的多个换热单元210一端连接所述高温储罐230，另一端连接所述低温储罐220。其中，图3示出了三个并联的换热单元，分别为换热单元214、换热单元215和换热单元216。本公开实施例实现了增容模块中的储热装置对多台火电机组换热器的并联运行，实现了火电机组的深度调峰，增容模块可以同时向多台机组放热，进行多台机组的顶峰增容。

在一些实施例中，增容模块200还包括：第一加热部件250，与低温储罐220连通，用于火电机组110的高温蒸汽对低温储罐220的低温换热介质加热，形成高温储热介质。在一些实施例中，换热单元210还包括蒸汽发生器；蒸汽发生器的蒸汽出口与第一加热部件250的蒸汽入口连通，用于通过高温换热介质对凝结水进行加热，生成蒸汽，并输送至第一加热部件250，为第一加热部件250中的凝结水进行加热。

在一些实施例中，增容模块200还包括：低温储热介质循环泵260，低温储热介质循环泵260设置于低温储罐220与第一加热部件250连接的管路上，用于调节低温换热介质的流动速度或换热速度。

在一些实施例中，其特征在于，增容模块200还包括：高温储热介质循环泵270，高温储热介质循环泵270设置于高温储罐230与换热单元210 连接的管路上，用于调节高温换热介质的流动速度或换热速度。

在一些实施例中，换热单元210为换热器。在一些实施例中，换热器为液液换热器，换热器的凝结水出口与热源111的凝结水入口连通，用于将加热后的凝结水输送至热源111。具体来说，换热器可以是管壳式热交换器，由壳体、换热管、管板、折流板和管箱等部件组成。管侧为凝结水，壳侧为高温换热介质。管侧承压按照给凝结水压力设计，壳侧承压按照高温换热介质压力设计。

在一些实施例中，火电机组110包括：热源111，用于对凝结水进行加热，生成蒸汽；汽轮机112a、112b、112c，包括：汽轮机高压缸112a、汽轮机中压缸112b和汽轮机低压缸112c，汽轮机112a、112b、112c与热源111的蒸汽出口连通，用于通过蒸汽进行发电；凝汽装置113，与汽轮机112a、112b、112c的蒸汽出口连通，用于将蒸汽凝结成凝结水；第二加热部件114，分别与热源111的蒸汽出口、汽轮机112a、112b、112c 的蒸汽出口、凝汽装置113的凝结水出口和热源111的凝结水入口连通，用于通过蒸汽对凝结水进行加热，并将加热后的凝结水输送至热源111；第二加热部件114分别与凝汽装置113的凝结水出口和热源111的凝结水入口连通，用于通过高温换热介质的热量对凝结水进行加热，并接加热后的凝结水输送给热源111。

在一些实施例中，多个火电机组还可分别包括：阀门，阀门设置于汽轮机112a、112b、112c和第二加热部件114之间、凝汽装置113和第二加热部件114之间，以及凝汽装置113和增容模块200之间，用于控制蒸汽或凝结水的流量。在一些实施例中，第二加热部件114包括：低压加热器，其凝结水入口与凝汽装置113的凝结水出口连通，低压加热器的蒸汽入口与中压缸112b的蒸汽出口和/或低压缸112c的蒸汽出口连通；高压加热器112a，其凝结水入口与低压加热器的凝结水出口连通，高压加热器的蒸汽入口与高压缸112a的蒸汽出口和/或中压缸112b的蒸汽出口连通。通过低压加热器和高压加热器为凝结水分级加热，以使回流到热源111的凝结水达到指定温度范围，本实施例中低压加热器和高压加热器的数量为 3个。

在一些实施例中，多个火电机组还可分别包括：除气器115，其凝结水入口与低压加热器的凝结水出口连通，除气器115的凝结水出口与高压加热器的凝结水入口连通，除气器115的蒸汽入口与中压缸112b的蒸汽出口连通。除气器115的作用是除去火电机组内凝结水中的溶解氧及其他气体，防止热力设备的腐蚀。其输入为凝结水以及高温蒸汽，输出为凝结水。

在一些实施例中，多个火电机组还可分别包括：给水泵118，用于将除气器115除气后的凝结水加压后输送至高压加热器和/或增容模块200。

根据本申请实施例的另一个方面提供了一种电网，包括上述的综合储热增容调峰装置。

本申请通过进一步挖掘火电机组自有的过负荷能力，通过为给水和凝结水增加旁路，在需要火电机组增加功率的时段，减少汽机至高压加热器或低压加热器的抽汽，实现汽轮机超额定负荷运行。同时，利用储热装置的热量，对旁路给水或凝结水进行加热，保证凝结水、给水系统和除氧器的主要节点的水温处于允许温度范围。用一套抽汽储能装置，可以同时为火电厂的多台机组提供顶峰增容的能力，某个火电厂实施本技术，其每台火电机组最大发电功率可以实现增容5％-10％，抽汽储能机组的深度调峰能力也大幅提升。在火电厂

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种综合储热增容调峰装置，其特征在于，包括：

机组模块(100)，所述机组模块(100)包括多个火电机组(110)，所述火电机组(110)用于火力发电；

增容模块(200)，所述增容模块(200)包括多个换热单元(210)，所述增容模块(200)用于向所述机组模块(100)提供储存的热量；

其中，所述多个换热单元(210)与所述多个火电机组(110)一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增容模块(200)还包括：低温储罐(220)和高温储罐(230)，所述低温储罐(220)和所述高温储罐(230)中分别具有储热介质，所述低温储罐(220)和所述高温储罐(230)分别与所述多个换热单元(210)与连通，所述多个换热单元(210)位于所述高温储罐(230)和所述低温储罐(220)之间。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个换热单元(210)之间串联连接，串联的多个换热单元(210)一端连接所述高温储罐(230)，另一端连接所述低温储罐(220)。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个换热单元(210)之间并联连接，并联的多个换热单元(210)一端连接所述高温储罐(230)，另一端连接所述低温储罐(220)。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述增容模块(200)还包括：

第一加热部件(250)，与所述低温储罐(220)连通，用于所述火电机组(110)的高温蒸汽对所述低温储罐(220)的低温换热介质加热，形成高温储热介质。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述增容模块(200)还包括：低温储热介质循环泵(260)，所述低温储热介质循环泵(260)设置于所述低温储罐(220)与所述第一加热部件(250)连接的管路上，用于调节低温换热介质的流动速度或换热速度。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述增容模块(200)还包括：高温储热介质循环泵(270)，所述高温储热介质循环泵(270)设置于高温储罐(230)与所述换热单元(210)连接的管路上，用于调节高温换热介质的流动速度或换热速度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述火电机组(110)包括：

热源(111)，用于对凝结水进行加热，生成蒸汽；

汽轮机(112a、112b、112c)，与所述热源(111)的蒸汽出口连通，用于通过蒸汽进行发电；

凝汽装置(113)，与所述汽轮机(112a、112b、112c)的蒸汽出口连通，用于将蒸汽凝结成凝结水；

第二加热部件(114)，分别与所述热源(111)的蒸汽出口、所述汽轮机(112a、112b、112c)的蒸汽出口、所述凝汽装置(113)的凝结水出口和所述热源(111)的凝结水入口连通，用于通过蒸汽对凝结水进行加热，并将加热后的凝结水输送至所述热源(111)；

所述第二加热部件(114)分别与所述凝汽装置(113)的凝结水出口和所述热源(111)的凝结水入口连通，用于通过所述高温换热介质的热量对凝结水进行加热，并接加热后的凝结水输送给所述热源(111)。

9.一种电网，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的综合储热增容调峰装置。

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