CN217325591U - 一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统，该系统以现有抽水蓄能电站的技术供水系统为基础，通过设置热泵系统，提取机组运行中产生的低品质热量，并将其用于电站生活供热，实现了水电机组运行废热的充分利用，提高了抽水蓄能电站整体的能源利用率，并为偏远地区电站的供暖问题提供了更加经济的实施方案；本实用新型通过增设热泵，还将常规抽水蓄能电站的技术供水系统由开式供水转为闭式供水，从而基本避免了流域中的微生物、杂质等对机组技术供水系统的危害。

Description

一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统

技术领域

本实用新型涉及水电站机组技术供水系统领域，具体涉及一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统。

背景技术

抽水蓄能电站的技术供水系统主要为发电机空气冷却器、机组轴承冷却器、水冷式变压器冷却器等提供冷却用水。技术供水系统一般从尾水管内取水，吸收机组产生的热量后，最终被排回尾水管内。可见，机组产生的热量最终被释放到了环境(水体)中，并未得到有效利用。

受限于电站选址条件，抽水蓄能电站一般建设在偏僻地区，生活基础配套较弱，特别是对于北方和西部等地区，其冬季温度低、寒冷周期长，电站对供暖有着强烈需求，但城市的集中供暖系统通常无法惠及至电站，因此需要电站自行建设投资成本高，运行管理耗费大的供暖系统。

对于常规4x300MW抽水蓄能电站(即安装4台300MW机组)，其单机冷却水量大约为1000m³/h，经过机组各冷却器后的水流升温约为5℃，以此初步估算，向水体释放热量的热功率大约为5.8MW，热功率相当可观。

此外，抽水蓄能电站的进/出水口一般设置在靠近上、下库库底位置(一般具有40m左右的深度)。为此，冬季进入机组流道及尾水管内的水体温度将高于环境温度，已经投运的抽水蓄能电站运行情况显示(以江浙一带电站为例)，冬季进入尾水管内的水体温度就约有13℃。该温度条件下，采用水-水热泵已经能达到比较高的效率。对于北方或西部地区，冬季周期长，环境温度特别低，一般达-15℃左右，此时一般的空气源热泵已经无法使用，特殊的热泵虽然可以使用，但往往造价高、效率低、较为费电。而抽水蓄能电站工作时，进入到机组流道内的水体还具有约5℃的温度，考虑吸收机组本身的散热后，该部分水温可达到约10℃。此时仍可采用普通水-水热泵，并有较高的效率。

结合上述分析，取热泵COP为4，理论上可获得约7.2MW的热功率，对于一般抽水蓄能电站的生活区，其生活供暖面积约为3万m²，若热负荷指标按照50w/m²考虑，冬季的供暖负荷仅约1.5MW左右。所以，通过热泵提取的机组耗热量，用以满足电站生活区的供暖及供热是可行的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统，具体技术方案如下：

一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统，该系统包括尾水管取水阀、滤水器、技术供水泵、机组冷却单元进水阀、机组冷却单元、机组冷却单元出水阀、尾水管排水阀、热泵进水温度传感器、热泵进水阀、热泵、热泵出水阀、热泵出水温度传感器、回水阀、热泵旁通阀、机组冷却单元旁通阀、水泵水轮机尾水管、热水循环泵和电站供热用户；其中，热泵包含冷凝器和蒸发器；

技术供水泵的出口管路上沿水流方向依次设置有机组冷却单元进水阀、机组冷却单元、机组冷却单元出水阀、热泵进水阀、蒸发器、热泵出水阀；其中，机组冷却单元包括上导轴承冷却器、发电电动机空冷器、推力轴承冷却器等机组各散热部件，向水流释放热量，蒸发器从水流中吸收热量；最后，热泵出水阀出口和技术供水泵进口通过管路连通，并在连通管上设置有回水阀；至此，形成正常运行状态下的闭式水流循环；

机组冷却单元进水阀进口和机组冷却单元出水阀出口间设置有机组冷却单元旁通管，并在机组冷却单元旁通管上设置机组冷却单元旁通阀；热泵进水阀进口和热泵出水阀出口间设置有热泵旁通管，并在热泵旁通管上设置热泵旁通阀；

在热泵进水阀出口与蒸发器进口间的连通管上设有热泵进水温度传感器，用来监视进入蒸发器的水温；在蒸发器出口与热泵出水阀进口间的连通管上设有热泵出水温度传感器，用来监视排出蒸发器的水温；

在技术供水泵进口与回水阀出口的连通管上引出备用取水支路与水泵水轮机尾水管连通，且在备用取水支路上沿水流方向依次设置有尾水管取水阀和滤水器，从而实现从水泵水轮机尾水管处取水；同时，在热泵出水阀出口与回水阀进口之间的连通管上引出备用排水支路与水泵水轮机尾水管连通，并在备用排水支路上设置尾水管排水阀，从而实现向水泵水轮机尾水管排水；

冷凝器、电站供热用户、热水循环泵之间依次通过管路连通，形成闭式循环供热系统。

进一步地，所述热泵的容量需与机组冷却单元匹配，使得此循环中的水温需在35℃以下。

进一步地，所述热泵的容量还需与电站热用户的供热负荷匹配，使得此循环中的回水温度在40℃以上，满足供热国标。

进一步地，所述技术供水泵为变频泵；所述热泵为无级可调温型热泵。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型以现有抽水蓄能电站的技术供水系统为基础，通过设置热泵系统，提取机组运行中产生的低品质热量，并将其用于电站生活供热，实现了水电机组运行废热的充分利用，提高了抽水蓄能电站整体的能源利用率，并为偏远地区电站的供暖问题提供了更加经济的实施方案。

(2)此外，本实用新型通过增设热泵，还将常规抽水蓄能电站的技术供水系统由开式供水转为闭式供水，从而基本避免了流域中的微生物、杂质等对机组技术供水系统的危害。

附图说明

图1为本实用新型的技术供水系统正常运转流程示意图；

图2为本实用新型的技术供水系统在热泵故障时的运转流程示意图；

图3为本实用新型的技术供水系统在电站机组停机时的运转流程示意图；

图中，尾水管取水阀1、滤水器2、技术供水泵3、机组冷却单元进水阀4、机组冷却单元5、机组冷却单元出水阀6、尾水管排水阀7、热泵进水温度传感器8、热泵进水阀9、热泵10、热泵冷凝器10-1、热泵蒸发器10-2、热泵出水阀11、热泵出水温度传感器12、回水阀13、热泵旁通阀14、机组冷却单元旁通阀15、水泵水轮机尾水管16、热水循环泵17、电站供热用户18。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的技术供水系统包含尾水管取水阀1、滤水器2、技术供水泵3、机组冷却单元进水阀4、机组冷却单元5、机组冷却单元出水阀6、尾水管排水阀7、热泵进水温度传感器8、热泵进水阀9、热泵10、热泵出水阀11、热泵出水温度传感器12、回水阀13、热泵旁通阀14、机组冷却单元旁通阀15、水泵水轮机尾水管16、热水循环泵17和电站供热用户18。其中，热泵10包含冷凝器10-1和蒸发器10-2。

技术供水泵3的出口管路上沿水流方向依次设置有机组冷却单元进水阀4、机组冷却单元5、机组冷却单元出水阀6、热泵进水阀9、蒸发器10-2、热泵出水阀11。其中，机组冷却单元5包括上导轴承冷却器、发电电动机空冷器、推力轴承冷却器等机组各散热部件，向水流释放热量，蒸发器10-2从水流中吸收热量。最后，热泵出水阀11出口和技术供水泵3进口通过管路连通，并在连通管上设置有回水阀13。至此，便形成了正常运行状态下的闭式水流循环，即C-D-E-F-I-J-G-B-C。

此外，机组冷却单元进水阀4进口和机组冷却单元出水阀6出口间设置有机组冷却单元旁通管，并在机组冷却单元旁通管上设置机组冷却单元旁通阀15。热泵进水阀9进口和热泵出水阀11出口间设置有热泵旁通管，并在热泵旁通管上设置热泵旁通阀14。

为监测系统是否正常运行，在热泵进水阀9出口与蒸发器10-2进口间的连通管上设有热泵进水温度传感器8，用来监视进入蒸发器10-2的水温。在蒸发器10-2出口与热泵出水阀11进口间的连通管上设有热泵出水温度传感器12，用来监视排出蒸发器10-2的水温。

为了兼顾设备故障时的系统运行需求，在技术供水泵3进口与回水阀13出口的连通管上引出备用取水支路与水泵水轮机尾水管16连通，且在该取水支路上沿水流方向依次设置有尾水管取水阀1和滤水器2，从而实现从水泵水轮机尾水管16处取水。同时，在热泵出水阀11出口与回水阀13进口之间的连通管上引出备用排水支路与水泵水轮机尾水管16连通，并在该排水支路上设置尾水管排水阀7，从而实现向水泵水轮机尾水管16排水。

此外，冷凝器10-1、电站供热用户18、热水循环泵17之间依次通过管路连通，形成闭式循环供热系统，其水流循环路为a-b-c-d-a。

系统正常工作原理如下：在由技术供水泵3带动的闭式水流循环C-D-E-F-I-J-G-B-C中，当水流进入机组冷却单元5时，将从机组冷却单元5中吸收热量提升水温，以此维持电站发电机组正常运转；升温后的水流进入蒸发器10-2时，又将热量传递给蒸发器10-2中的有机工质，从而实现热量的回收，而降温后的水流则将再次进入机组冷却单元5中吸收热量。为保证发电机组正常运行，热泵10的容量需与机组冷却单元5匹配，使得此循环中的水温需在35℃以下。

对于闭式循环供热系统，热泵10中的有机工质在蒸发器10-2中吸收热量，随后经压缩形成高温工质后被将送入冷凝器10-1中。此时，从电站供热用户18排出的低温回水也将通过热水循环泵17被送入冷凝器10-1中。低温回水在冷凝器10-1内被高温工质加热升温后，将再次输送给电站热用户18使用。为保证用户的正常供热，热泵10的容量还需与电站热用户18的供热负荷匹配，使得此循环中的回水温度在40℃以上，满足供热国标。

本实用新型通过设置热泵进水温度传感器8和热泵出水温度传感器12可对热泵机组和电站机组是否发生异常进行初步判断。当热泵进水温度传感器8显示温度超过临界值，而热泵出水温度传感器12温度正常时，说明发电机组运行发生异常；当热泵进水温度传感器8和热泵出水温度传感器12显示温度逐渐升高，两者温差逐渐降低时，说明热泵10有异常。

为保证电站和供热的安全稳定运行，此系统设置有设备故障运行模式，具体如下：

(1)热泵机组故障。一般热泵10设置有备用机组，当主用机组出现故障时，只要切换到备用机组即可。当所有热泵10均出现故障时，系统的运转流程如图2所示：关闭热泵进水阀9和热泵出水阀11，将所有热泵10均与水流隔离，从而实现对热泵10的检修。此时，为保证机组正常运行，应开启尾水管取水阀1、热泵旁通阀14和尾水管排水阀7，同时关闭回水阀13，从而形成机组冷却供水流程A-B-C-D-E-F-G-H。

(2)电站发电机组故障或停机。当电站水轮机发电机组出现故障或进行例行停机时，系统的运转流程如图3所示：关闭机组冷却单元进水阀4和机组冷却单元出水阀6，将机组冷却单元5与水流隔离。此时，为保证供暖系统的正常运行，应开启尾水管取水阀1和尾水管排水阀7，同时关闭回水阀13，从而形成低温热源制热模式下的供水流程A-B-C-F-I-J-G-H。此时，热泵10从水泵水轮机尾水管16中取水，从而提取该水源中的热量用于用户供热，如背景技术中所言，该模式下热泵10仍可实现制热功能并具有较高的效率。

为了实现流量与发电机组、热泵的运行工况匹配，技术供水泵优选变频泵，热泵优选无级可调温型热泵。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为实用新型的优选实例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统，其特征在于，该系统包括尾水管取水阀、滤水器、技术供水泵、机组冷却单元进水阀、机组冷却单元、机组冷却单元出水阀、尾水管排水阀、热泵进水温度传感器、热泵进水阀、热泵、热泵出水阀、热泵出水温度传感器、回水阀、热泵旁通阀、机组冷却单元旁通阀、水泵水轮机尾水管、热水循环泵和电站供热用户；其中，热泵包含冷凝器和蒸发器；

技术供水泵的出口管路上沿水流方向依次设置有机组冷却单元进水阀、机组冷却单元、机组冷却单元出水阀、热泵进水阀、蒸发器、热泵出水阀；其中，机组冷却单元包括上导轴承冷却器、发电电动机空冷器、推力轴承冷却器等机组各散热部件，向水流释放热量，蒸发器从水流中吸收热量；最后，热泵出水阀出口和技术供水泵进口通过管路连通，并在连通管上设置有回水阀；至此，形成正常运行状态下的闭式水流循环；

机组冷却单元进水阀进口和机组冷却单元出水阀出口间设置有机组冷却单元旁通管，并在机组冷却单元旁通管上设置机组冷却单元旁通阀；热泵进水阀进口和热泵出水阀出口间设置有热泵旁通管，并在热泵旁通管上设置热泵旁通阀；

在热泵进水阀出口与蒸发器进口间的连通管上设有热泵进水温度传感器，用来监视进入蒸发器的水温；在蒸发器出口与热泵出水阀进口间的连通管上设有热泵出水温度传感器，用来监视排出蒸发器的水温；

在技术供水泵进口与回水阀出口的连通管上引出备用取水支路与水泵水轮机尾水管连通，且在备用取水支路上沿水流方向依次设置有尾水管取水阀和滤水器，从而实现从水泵水轮机尾水管处取水；同时，在热泵出水阀出口与回水阀进口之间的连通管上引出备用排水支路与水泵水轮机尾水管连通，并在备用排水支路上设置尾水管排水阀，从而实现向水泵水轮机尾水管排水；

冷凝器、电站供热用户、热水循环泵之间依次通过管路连通，形成闭式循环供热系统。

2.根据权利要求1所述的兼顾电站生活供热的抽水蓄能电站技术供水系统，其特征在于，所述技术供水泵为变频泵；所述热泵为无级可调温型热泵。

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