CN217935102U - 一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，该调峰调频系统包括热储能系统、电储能系统、火电机组、发电机、DCS系统、联合调峰调频控制器和AGC系统，联合调峰调频控制器接收AGC系统的指令；联合调峰调频控制器将指令发送至DCS系统、电储能系统、热储能系统；AGC系统将指令发送至DCS系统；DCS系统将指令发送至联合调峰调频控制器；联合调峰调频控制器将指令再分配后发送至火电机组、电储能系统、热储能系统，从而提升了储能参与调峰调频的灵活性，有助于火电机组快速准确完成调峰调频任务。

Description

一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统

技术领域

本申请涉及火力发电技术领域，更具体地，涉及一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，电网峰谷差扩大，用电负荷的随机性增强，电网调峰容量的需求随之增大。另外，随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，太阳能发电、风力发电等新能源发电技术迅速发展，但因其输出的不确定性和波动性，大规模并网将对电网造成较大的冲击，影响电网安全稳定运行水平，加大电网调频压力。

储能技术在理论上具有改善新能源发电质量、减轻电网压力、参与电力市场提供辅助服务等多重应用价值，近年来，储能参与调峰调频逐渐成为热点。

一方面，随着储能技术的不断发展，储能投资成本不断降低，为其有效的“削峰填谷”以及助力新能源发电的消纳创造了条件。另一方面，相关政策的不断出台，进一步推动了储能技术的发展，在市场需求和政策的双重推动之下，储能的装机量在未来会逐步提升。

在电源结构方面，火电是我国最主要的发电电源，且在当前调峰电源比例较低的现状下，需要承担调峰调频的主要任务。在发电侧建设储能项目，对大范围的解决调峰调频资源不足的问题具有重要意义。

在储能技术类型方面，电力储能技术主要可分为抽水蓄能、电化学储能、熔融盐储能、飞轮储能、压缩空气储能。电化学储能是当前应用范围最广、发展潜力最大的电力储能技术，其响应速度快，适合参与调节较短时间尺度的快速负荷波动；熔融盐储能相较其他储热技术热稳定性好，比热容大，相较电化学储能的最大特点在于其储能容量大，单位储能成本低，但其存在一定的惯性，灵活性显然不如电化学储能，适合参与调节较长时间尺度的大幅负荷变化。

因此，如何提供一种将电化学储能和熔融盐储能相结合的调峰调频系统，提升火电机组调峰调频的能力，是目前有待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型公开了一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，用以解决现有技术中火电机组调峰调频的灵活性差的技术问题，该调峰调频系统包括：

热储能系统，用于根据联合调峰调频控制器的指令从火电机组回收热量或向所述火电机组释放热量；

电储能系统，用于根据所述联合调峰调频控制器的指令进行充放电动作；

所述火电机组，用于根据DCS系统的指令驱动发电机进行发电，并将热量回收至所述热储能系统或接收所述热储能系统释放的热量；

所述发电机，用于向电网系统送电和向所述电储能系统供电；

所述DCS系统，用于根据所述联合调峰调频控制器的指令和AGC系统的指令对所述火电机组进行控制，以及将所述AGC系统的指令发送到所述联合调峰调频控制器；

所述联合调峰调频控制器，用于根据所述AGC系统的指令对所述DCS系统、所述热储能系统和所述电储能系统进行控制；

所述AGC系统，用于对所述DCS系统和所述联合调峰调频控制器进行控制。

在本申请一些实施例中，所述热储能系统包括熔融盐储热罐、熔融盐高温泵、熔融盐低温泵、换热器、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，其中，

所述熔融盐储热罐的高温侧输出端经所述熔融盐高温泵和所述第一阀门连接所述换热器的熔融盐侧高温输入端，所述换热器的熔融盐侧高温输入端经所述第二阀门连接熔融盐储热罐的高温侧输入端，所述熔融盐储热罐的低温侧输出端经所述熔融盐低温泵和所述第三阀门连接所述换热器的熔融盐侧低温输入端，所述换热器的熔融盐侧低温输入端经所述第四阀门连接所述熔融盐储热罐的低温侧输入端。

在本申请一些实施例中，所述火电机组包括锅炉、汽轮机、除氧器、加热器、给水泵、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，其中，

从所述锅炉引出的热段再热蒸汽管道的一路经所述第五阀门连接汽轮机的中压缸的输入端，从所述锅炉引出的热段再热蒸汽管道的另一路经所述第六阀门连接所述换热器的工质侧输入端，所述除氧器的水侧输出端的一路经所述第七阀门连接所述加热器的低温测输入端，所述除氧器的水侧输出端的另一路经所述第八阀门连接所述换热器的工质侧输入端，所述换热器的工质侧输出端连接所述加热器的高温测输入端，所述加热器的输出端经所述给水泵连接所述锅炉。

在本申请一些实施例中，所述火电机组还包括凝汽器，从所述锅炉引出的过热蒸汽管道连接所述汽轮机的高压缸的输入端，所述高压缸的输出端经冷段再热管道进入所述锅炉，所述中压缸的输出端分别连接所述汽轮机的低压缸的输入端和所述除氧器的汽侧输入端，所述低压缸的输出端经所述凝汽器连接所述除氧器的水侧输入端。

在本申请一些实施例中，所述调峰调频系统还包括第一变压器、第二变压器、第三变压器和整流器，其中，

所述发电机分别连接至所述第一变压器的低压侧和所述第二变压器的高压侧，所述第一变压器的高压侧连接电网系统，所述第二变压器的低压侧连接所述第三变压器的高压侧，所述第三变压器的低压侧经所述整流器连接所述电储能系统。

在本申请一些实施例中，所述联合调峰调频控制器具体用于：

接收所述AGC系统的指令，并将所述AGC系统的指令按频率分解为高频指令、中频指令和低频指令，并基于所述高频指令控制所述电储能系统，基于所述中频指令控制所述热储能系统，基于所述低频指令控制所述DCS系统。

在本申请一些实施例中，所述电储能系统包括锂离子电池、或铅蓄电池、或液流电池。

在本申请一些实施例中，所述熔融盐储热罐中的熔融盐种类包括硝基型二元熔融盐或硝基型三元熔融盐。

通过应用以上技术方案，耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统包括热储能系统、电储能系统、火电机组、发电机、DCS系统、联合调峰调频控制器和AGC系统，联合调峰调频控制器接收AGC系统的指令；联合调峰调频控制器将指令发送至DCS系统、电储能系统、热储能系统；AGC系统将指令发送至DCS系统；DCS系统将指令发送至联合调峰调频控制器；联合调峰调频控制器将指令再分配后发送至火电机组、电储能系统、热储能系统，从而提升了储能参与调峰调频的灵活性，有助于火电机组快速准确完成调峰调频任务。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例提出的一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例中热储能系统和火电机组结构示意图。

图1和图2中，1、AGC系统；2、DCS系统；3、火电机组；4、热储能系统；5、发电机；6、第一变压器；7、电网系统；8、第二变压器；9、第三变压器；10、整流器；11、电储能系统；12、联合调峰调频控制器；13、锅炉；14、高压缸；15、中压缸；16、低压缸；17、凝汽器；18、除氧器；19、加热器；20、给水泵；21、熔融盐储热罐；22、熔融盐高温泵；23、熔融盐低温泵；24、换热器；25、第一阀门；26、第二阀门；27、第三阀门；28、第四阀门；29、第五阀门；30、第六阀门；31、第七阀门；32、第八阀门。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，如图1所示，调峰调频系统包括：

热储能系统4，用于根据联合调峰调频控制器12的指令从火电机组3回收热量或向火电机组3释放热量；

电储能系统11，用于根据联合调峰调频控制器12的指令进行充放电动作；

火电机组3，用于根据DCS系统2的指令驱动发电机5进行发电，并将热量回收至热储能系统4或接收热储能系统4释放的热量；

发电机5，用于向电网系统7送电和向电储能系统11供电；

DCS系统2，用于根据联合调峰调频控制器12的指令和AGC系统1的指令对火电机组3进行控制，以及将AGC系统1的指令发送到联合调峰调频控制器12；

联合调峰调频控制器12，用于根据AGC系统1的指令对DCS系统2、热储能系统4和电储能系统11进行控制；

AGC系统1，用于对DCS系统2和联合调峰调频控制器12进行控制。

为了保证热储能系统4的可靠性，在本申请一些实施例中，如图2所示，热储能系统4包括熔融盐储热罐21、熔融盐高温泵22、熔融盐低温泵23、换热器24、第一阀门25、第二阀门26、第三阀门27和第四阀门28，其中，

熔融盐储热罐21的高温侧输出端经熔融盐高温泵22和第一阀门25连接换热器24的熔融盐侧高温输入端，换热器24的熔融盐侧高温输入端经第二阀门26连接熔融盐储热罐21的高温侧输入端，熔融盐储热罐21的低温侧输出端经熔融盐低温泵23和第三阀门27连接换热器24的熔融盐侧低温输入端，换热器24的熔融盐侧低温输入端经第四阀门28连接熔融盐储热罐21的低温侧输入端。

为了保证火电机组3的可靠性，在本申请一些实施例中，如图2所示，火电机组3包括锅炉13、汽轮机(包括高压缸14、中压缸15和低压缸16)、除氧器18、加热器19、给水泵20、第五阀门29、第六阀门30、第七阀门31和第八阀门32，其中，

从锅炉13引出的热段再热蒸汽管道的一路经第五阀门29连接汽轮机的中压缸15的输入端，从锅炉13引出的热段再热蒸汽管道的另一路经第六阀门30连接换热器24的工质侧输入端，除氧器18的水侧输出端的一路经第七阀门31连接加热器19的低温测输入端，除氧器18的水侧输出端的另一路经第八阀门32连接换热器24的工质侧输入端，换热器24的工质侧输出端连接加热器19的高温测输入端，加热器19的输出端经给水泵20连接锅炉13。

为了保证火电机组3的可靠性，在本申请一些实施例中，如图2所示，火电机组3还包括凝汽器17，从锅炉13引出的过热蒸汽管道连接汽轮机的高压缸14的输入端，高压缸14的输出端经冷段再热管道进入锅炉13，中压缸15的输出端分别连接汽轮机的低压缸16的输入端和除氧器18的汽侧输入端，低压缸16的输出端经凝汽器17连接除氧器18的水侧输入端。

为了保证发电机5正常向电网系统7送电和向电储能系统11供电，如图1所示，调峰调频系统还包括第一变压器6、第二变压器8、第三变压器9和整流器10，其中，

发电机5分别连接至第一变压器6的低压侧和第二变压器8的高压侧，第一变压器6的高压侧连接电网系统7，第二变压器8的低压侧连接第三变压器9的高压侧，第三变压器9的低压侧经整流器10连接电储能系统11。

为了提高系统的可靠性，在本申请一些实施例中，联合调峰调频控制器12具体用于：

接收AGC系统1的指令，并将AGC系统1的指令按频率分解为高频指令、中频指令和低频指令，并基于高频指令控制电储能系统11，基于中频指令控制热储能系统4，基于低频指令控制DCS系统2。

本实施例中，联合调峰调频控制器12接收AGC系统1的指令，将指令按频率不同分解为高频指令、中频指令和低频指令，分别发送至电储能系统11、热储能系统4以及DCS系统2，DCS系统2再将低频指令送至火电机组3，从而使得火电机组3、热储能系统4、电储能系统11协调配合，控制相应的储能系统出力大小，充分发挥了热储能系统容量大响应慢以及电储能系统响应快容量小的特点，快速准确完成调峰调频任务。

为了保证电储能系统11的可靠性，在本申请一些实施例中，电储能系统11包括锂离子电池、或铅蓄电池、或液流电池。

本领域技术人员可根据实际需要采用其他的电储能技术，这并不影响本申请的保护范围。

为了保证热储能系统4的可靠性，在本申请一些实施例中，熔融盐储热罐21中的熔融盐种类包括硝基型二元熔融盐或硝基型三元熔融盐。

本实施例中，熔融盐储热罐21中，高温熔融盐储存在上部，低温熔融盐储存在下部，高温熔融盐和低温熔融盐之间存在一个温度梯度很大且很薄的自然分层，即斜温层，熔融盐在不同温度下的密度差形成的浮力维持热分层并分离高低温熔融盐区域。

可根据高温熔融盐和低温熔融盐的实际工作温度选择硝基型二元熔融盐或硝基型三元熔融盐，例如，硝基型二元熔融盐为40％KNO₃+60％NaNO₃或55％KNO₃+45％NaNO₂，硝基型三元熔融盐为53％KNO₃+7％NaNO₃+40％NaNO₂。

本领域技术人员可根据实际需要采用其他种类的熔融盐，这并不影响本申请的保护范围。

通过应用以上技术方案，耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统包括热储能系统、电储能系统、火电机组、发电机、DCS系统、联合调峰调频控制器和AGC系统，联合调峰调频控制器接收AGC系统的指令；联合调峰调频控制器将指令发送至DCS系统、电储能系统、热储能系统；AGC系统将指令发送至DCS系统；DCS系统将指令发送至联合调峰调频控制器；联合调峰调频控制器将指令再分配后发送至火电机组、电储能系统、热储能系统，从而提升了储能参与调峰调频的灵活性，有助于火电机组快速准确完成调峰调频任务。

本实用新型的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统的工作原理是：

联合调峰调频控制器12接收AGC系统1的指令，将指令按频率不同分解为高、中、低频指令，分别发送至电储能系统11、热储能系统4以及DCS系统2，DCS系统2再将低频指令送至火电机组3，从而使得火电机组3、热储能系统4、电储能系统11协调配合，快速准确完成调峰调频任务。

电储能系统11接收到联合调峰调频控制器12传来的包括应发功率的指令后，首先将应发功率与当前最大充放电功率比较，若应发功率超过当前最大充放电功率，则按当前最大充放电功率进行充放电动作；若应发功率不超过当前最大充放电功率，则按应发功率进行相应的充放电动作。

热储能系统4接收到联合调峰调频控制器12传来的指令后，若需要热储能系统4回收热量，则运行熔融盐低温泵23，打开第二阀门26和第三阀门27，关闭第一阀门25和第四阀门28，以将熔融盐储热罐21下部的低温熔融盐送入换热器24，换热后进入熔融盐储热罐21上部，同时DCS系统2接收到联合调峰调频控制器12传来的指令后，再将相应的指令发送至火电机组3，调节第五阀门29和第六阀门30的开度，关闭第八阀门32，以使热段再热蒸汽的一部分抽汽进入换热器24，换热后的抽汽进入加热器19，同除氧器18来的给水混合加热后通过给水泵20进入锅炉13，再进入汽轮机的高压缸14做功。

同理，若需要热储能系统4释放热量，则运行熔融盐高温泵21，打开第一阀门25和第四阀门28，关闭第二阀门26和第三阀门27，以将熔融盐储热罐21上部的高温熔融盐送入换热器24，换热后进入熔融盐储热罐21的下部，与此同时，DCS系统2接收到联合调峰调频控制器12传来的指令后，再将相应的指令发送至火电机组3，调节第七阀门31和第八阀门32的开度，关闭第六阀门30，以使给水的一部分进入换热器24，换热后的高温给水进入加热器19，同除氧器18来的另一部分给水混合加热后通过给水泵20进入锅炉13，再进入汽轮机的高压缸14做功。

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一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“进入”、“相连”、“连接”、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一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述调峰调频系统包括：

热储能系统，用于根据联合调峰调频控制器的指令从火电机组回收热量或向所述火电机组释放热量；

电储能系统，用于根据所述联合调峰调频控制器的指令进行充放电动作；

所述火电机组，用于根据DCS系统的指令驱动发电机进行发电，并将热量回收至所述热储能系统或接收所述热储能系统释放的热量；

所述发电机，用于向电网系统送电和向所述电储能系统供电；

所述DCS系统，用于根据所述联合调峰调频控制器的指令和AGC系统的指令对所述火电机组进行控制，以及将所述AGC系统的指令发送到所述联合调峰调频控制器；

所述联合调峰调频控制器，用于根据所述AGC系统的指令对所述DCS系统、所述热储能系统和所述电储能系统进行控制；

所述AGC系统，用于对所述DCS系统和所述联合调峰调频控制器进行控制。

2.如权利要求1所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述热储能系统包括熔融盐储热罐、熔融盐高温泵、熔融盐低温泵、换热器、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，其中，

所述熔融盐储热罐的高温侧输出端经所述熔融盐高温泵和所述第一阀门连接所述换热器的熔融盐侧高温输入端，所述换热器的熔融盐侧高温输入端经所述第二阀门连接熔融盐储热罐的高温侧输入端，所述熔融盐储热罐的低温侧输出端经所述熔融盐低温泵和所述第三阀门连接所述换热器的熔融盐侧低温输入端，所述换热器的熔融盐侧低温输入端经所述第四阀门连接所述熔融盐储热罐的低温侧输入端。

3.如权利要求2所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述火电机组包括锅炉、汽轮机、除氧器、加热器、给水泵、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，其中，

从所述锅炉引出的热段再热蒸汽管道的一路经所述第五阀门连接汽轮机的中压缸的输入端，从所述锅炉引出的热段再热蒸汽管道的另一路经所述第六阀门连接所述换热器的工质侧输入端，所述除氧器的水侧输出端的一路经所述第七阀门连接所述加热器的低温测输入端，所述除氧器的水侧输出端的另一路经所述第八阀门连接所述换热器的工质侧输入端，所述换热器的工质侧输出端连接所述加热器的高温测输入端，所述加热器的输出端经所述给水泵连接所述锅炉。

4.如权利要求3所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述火电机组还包括凝汽器，从所述锅炉引出的过热蒸汽管道连接所述汽轮机的高压缸的输入端，所述高压缸的输出端经冷段再热管道进入所述锅炉，所述中压缸的输出端分别连接所述汽轮机的低压缸的输入端和所述除氧器的汽侧输入端，所述低压缸的输出端经所述凝汽器连接所述除氧器的水侧输入端。

5.如权利要求1所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述调峰调频系统还包括第一变压器、第二变压器、第三变压器和整流器，其中，

所述发电机分别连接至所述第一变压器的低压侧和所述第二变压器的高压侧，所述第一变压器的高压侧连接电网系统，所述第二变压器的低压侧连接所述第三变压器的高压侧，所述第三变压器的低压侧经所述整流器连接所述电储能系统。

6.如权利要求1所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述联合调峰调频控制器具体用于：

接收所述AGC系统的指令，并将所述AGC系统的指令按频率分解为高频指令、中频指令和低频指令，并基于所述高频指令控制所述电储能系统，基于所述中频指令控制所述热储能系统，基于所述低频指令控制所述DCS系统。

7.如权利要求1所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述电储能系统包括锂离子电池、或铅蓄电池、或液流电池。

8.如权利要求2所述的耦合蓄电和蓄热的调峰调频系统，其特征在于，所述熔融盐储热罐中的熔融盐种类包括硝基型二元熔融盐或硝基型三元熔融盐。

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