CN217953240U - 地层储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地层储能发电系统，所述地层储能发电系统包括：火力发电机组、电加热器、地层储热库和换热装置，火力发电机组与电加热器相连，电加热器与地层储热库相连，地层储热库与换热装置和火力发电机组的任一低压换热器的进水管和出水管相连。当火力发电机组参与调峰时，通过电加热器加热换热介质，以将火力发电机组的冗余电量以热的形式存储在地层储热库内。当电量需求增大时，将地层储热库的高温换热介质以及火力发电机组的部分凝结水输送至换热装置进行换热，提高给水温度，以将地层储热库储存的热能重新转换为电能，从而提高火力发电机组运行的灵活性，利用储能的方式实现火力发电机组深度调峰的能力。

Description

地层储能发电系统

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种地层储能发电系统。

背景技术

我国力争实现2030年前碳达峰和努力争取2060年前碳中和的目标，对优化能源结构和煤炭清洁高效利用提出了更高要求。煤电机组改造升级是提高电煤利用效率、减少电煤消耗、促进清洁能源消纳的重要手段，对推动碳达峰碳中和目标如期实现具有重要意义。

截至2020年底，全国发电装机容量22亿千瓦，火电以57％的装机容量占比发出了68％的电量，仍然是我国电源侧的中流砥柱。为推动碳达峰碳中和目标的实现，近年来我国风力、光伏发电发展迅速，装机容量逐年递增，消纳问题也日益突出，弃风、弃光造成了极大的能源浪费和经济损失。为了降低弃风、弃光比例，同时保证电网运行稳定性和安全性，对火电机组的深度调峰提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种地层储能发电系统，该系统具有运行稳定性高以及安全性高的特点。

本实用新型实施例的地层储能发电系统包括：火力发电机组、电加热器、地层储热库和换热装置，所述火力发电机组与所述电加热器相连以向所述电加热器输送电能，所述地层储热库可储存换热介质，所述电加热器经管路与所述地层储热库相连，所述电加热器用于利用电能加热所述地层储热库内的换热介质以生成高温换热介质，所述地层储热库经管路与所述换热装置相连以向所述换热装置输送高温换热介质，所述换热装置与所述火力发电机组的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

本实用新型实施例的地层储能发电系统，当火力发电机组参与调峰时，通过电加热器加热地层储热库输送的低温换热介质，加热后的高温换热介质输送回地层储热库进行储存，以将火力发电机组的冗余电量以热的形式存储起来。当火力发电机组非调峰阶段，电量需求增大时，将地层储热库的高温换热介质以及火力发电机组的部分凝结水输送至换热装置进行换热，提高给水温度，以将地层储热库储存的热能重新转换为电能，从而提高火力发电机组运行的灵活性，利用储能的方式实现火力发电机组深度调峰的能力。

在一些实施例中，还包括高厂变，所述火力发电机组与所述高厂变相连，所述高厂变与所述电加热器相连。

在一些实施例中，所述地层储热库具有低温介质出口和高温介质进口，所述低温介质出口经管路与所述电加热器的进口相连，所述高温介质进口经管路与所述电加热器的出口相连。

在一些实施例中，所述低温介质出口与所述电加热器的进口之间的管路上设有第一升压泵。

在一些实施例中，所述低温介质出口与所述电加热器的进口之间的管路上还设有第一阀门，所述高温介质进口与所述电加热器的出口之间的管路上设有第二阀门。

在一些实施例中，所述地层储热库还具有低温介质进口和高温介质出口，所述换热装置具有凝结水输入管、凝结水输出管、换热介质进口和换热介质出口；所述高温介质出口经管路与所述换热介质进口相连，所述换热介质出口经管路与所述低温介质进口相连，所述凝结水输入管和所述凝结水输出管分别与所述火力发电机组的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

在一些实施例中，所述高温介质出口与所述换热介质进口之间的管路上设有第二升压泵。

在一些实施例中，所述高温介质出口与所述换热介质进口之间的管路上还设有第三阀门，所述换热介质出口与所述低温介质进口之间的管路上还设有第四阀门。

在一些实施例中，所述凝结水输入管上设有第五阀门，所述凝结水输出管上设有第六阀门。

在一些实施例中，所述换热装置为管壳式换热器。

附图说明

图1是本实用新型实施例的地层储能发电系统的示意图。

图2是本实用新型实施例的地层储能发电系统的火力发电机组的示意图

附图标记：

火力发电机组1、锅炉101、高压缸102、中压缸103、低压缸104、发电机105、凝汽器106、第一级低压换热器107、第二级低压换热器108、第三级低压换热器109、第四级低压换热器110、除氧器111、高压换热器112、

电加热器2、

地层储热库3、第一升压泵301、第二升压泵302、第一阀门303、第二阀门304、第三阀门305、第四阀门306、

换热装置4、凝结水输入管401、凝结水输出管402、第五阀门403、第六阀门404、

高厂变5。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图描述本实用新型实施例的地层储能发电系统。

如图1至图2所示，本实用新型实施例的地层储能发电系统包括：火力发电机组1、电加热器2、地层储热库3和换热装置4。火力发电机组1与电加热器2相连，以向电加热器2输送电能。地层储热库3可储存换热介质，电加热器2经管路与地层储热库3相连，电加热器2用于利用电能加热地层储热库3内的换热介质以生成高温换热介质。地层储热库3经管路与换热装置4相连以向换热装置4输送高温换热介质，换热装置4与火力发电机组1的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

可以理解的是，如图2所示，火力发电机组1由锅炉101、高压缸102、中压缸103、低压缸104、发电机105、凝汽器106、低压换热器组、除氧器111以及高压换热器112组成。其中，低压换热器组包括依次相连的四个低压换热器，在从左到右的方向上将四个低压换热器依次定义为第一级低压换热器107、第二级低压换热器108、第三级低压换热器 109和第四级低压换热器110。每一级低压换热器与低压缸104的连接位置均不相同，也即是每一级低压换热器内部的换热温度均不相同。

凝汽器106的出水口经管路与第一级低压换热器107的进水口相连，第一级低压换热器107的出水口经管路与第二级低压换热器108的进水口相连，第二级低压换热器108的出水口经管路与第三级低压换热器109的进水口相连，第三级低压换热器109的出水口经管路与第四级低压换热器110的进水口相连，第四级低压换热器110的出水口经管路与除氧器111的进水口相连。

也即是，第一级低压换热器107的进水管为凝汽器106的出水口与第一级低压换热器 107的进水口之间的管路，第一级低压换热器107的出水管为第一级低压换热器107的出水口与第二级低压换热器108的进水口之间的管路。第二级低压换热器108的进水管为第一级低压换热器107的出水管，第二级低压换热器108的出水管为第二级低压换热器108 的出水口与第三级低压换热器109的进水口之间的管路。第三级低压换热器109的进水管为第二级低压换热器108的出水管，第三级低压换热器109的出水管为第三级低压换热器 109的出水口与第四级低压换热器110的进水口之间的管路。第四级低压换热器110的进水管为第三级低压换热器109的出水管，第四级低压换热器110的出水管为第四级低压换热器110的出水口与除氧器111的进水口之间的管路。

可选地，如图1所示，火力发电机组1的发电机105与电加热器2相连。当火力发电机组1参与调峰时，火力发电机组1将产生的部分电能输送至电加热器2，以供电加热器2使用。

可选地，地层储热库3建设于地下，地层储热库3内可储存水、导热油、矿物油等换热介质，地层储热库3的换热介质可根据地层储热库3的储热温度进行选择，电厂建设地区的地热温度决定地层储热库3的储热温度。如图1所示，地层储热库3经管路与电加热器2相连，以将地层储热库3内的低温换热介质输送至电加热器2中，电加热器2利用火力发电机组1调峰过程中输送至电加热器2的电能，以对流经电加热器2的低温换热介质进行加热，将其转换为高温换热介质并输送回地层储热库3内进行储存，利用地下的地热对高温换热介质进行保温，从而提高电厂建设地区的地热能的利用率。

可选地，如图1所示，换热装置4经管路与地层储热库3和火力发电机组1的任一低压换热器的进水管和出水管相连。由此，当火力发电机组1非调峰阶段，发电负荷上升时，将地层储热库3内储存的高温换热介质输送至换热装置4，以及低压换热器的进水管内的部分凝结水输送至换热装置4，以使两者在换热装置4内进行交换温度。高温换热介质温度降低至低温换热介质并输送回地层储热库3，凝结水温度升高并输送至低压换热器的出水管，从而提高火力发电机组1的给水温度，进而提高火力发电机组1的发电量。

此外，可根据地层储热库3储热温度的高低，以使换热装置4连接不同级的低压换热器。例如，当地层储热库3的储热温度在50℃以内时，换热装置4经管路与火力发电机组11的第一级低压换热器107的进水管和出水管相连。当地层储热库3的储热温度在50-70℃时，换热装置4经管路与火力发电机组1的第二级低压换热器108的进水管和出水管相连。当地层储热库3的储热温度为在70-100℃时，换热装置4经管路与火力发电机组1的第三级低压换热器109的进水管和出水管相连。当地层储热库3的储热温度在100℃以上时，换热装置4经管路与火力发电机组1的第四级低压换热器110的进水管和出水管相连。

本实用新型实施例的地层储能发电系统，当火力发电机组1参与调峰时，通过电加热器2加热地层储热库3输送的低温换热介质，加热后的高温换热介质输送回地层储热库3进行储存，以将火力发电机组1的冗余电量以热的形式存储起来。当火力发电机组1非调峰阶段，电量需求增大时，将地层储热库3的高温换热介质以及火力发电机组1的部分凝结水输送至换热装置4进行换热，提高给水温度，以将地层储热库3储存的热能重新转换为电能，从而提高火力发电机组1运行的灵活性，利用储能的方式实现火力发电机组 11深度调峰的能力。

在一些实施例中，如图1所示，还包括高厂变5，火力发电机组1与高厂变5相连，高厂变5与电加热器2相连。可以理解的是，高厂变5指的是接于发电机105出口的供本厂厂用电源的变压器。

可选地，如图1所示，高厂变5的输入端与火力发电机组1的发电机105相连，高厂变5的输出端与电加热器2相连。由此，当火力发电机组1参与调峰时，火力发电机组 11冗余电量经高厂变5变压后，再提供至电加热器2使用。

在一些实施例中，如图1所示，地层储热库3具有低温介质出口和高温介质进口，低温介质出口经管路与电加热器2的进口相连，高温介质进口经管路与电加热器2的出口相连。

可以理解的是，地层储热库3与电加热器2之间构成储能加热回路，地层储热库3内的低温换热介质通过地层储热库3内的低温介质出口输出，经管路并通过电加热器2的进口输送到电加热器2内，经过电加热器2加热后转换为高温换热介质。高温换热介质通过电加热器2的出口，经管路并通过地层储热库3的高温介质进口输送回地层储热库3内，由此，实现本实用新型实施例的地层储能发电系统的储能过程。

在一些实施例中，如图1所示，低温介质出口与电加热器2的进口之间的管路上设有第一升压泵301。可以理解的是，第一升压泵301用于抽取地层储热库3内的低温换热介质，并将其输送至电加热器2内。

在一些实施例中，如图1所示，低温介质出口与电加热器2的进口之间的管路上还设有第一阀门303，高温介质进口与电加热器2的出口之间的管路上设有第二阀门304。

可选地，第一阀门303和第二阀门304均为截止阀。第一阀门303用于控制地层储热库3的低温介质出口与电加热器2的进口之间管路的通断，第二阀门304用于控制地层储热库3的高温介质进口与电加热器2的出口之间管路的通断。

在一些实施例中，如图1所示，地层储热库3还具有低温介质进口和高温介质出口，换热装置4具有凝结水输入管401、凝结水输出管402、换热介质进口和换热介质出口。高温介质出口经管路与换热介质进口相连，换热介质出口经管路与低温介质进口相连，凝结水输入管401和凝结水输出管402分别与火力发电机组1的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

可选地，换热装置4为管壳式换热器。如图1所示，换热装置4的凝结水输入管401与第一级低压换热器107的进水管相连，换热装置4的凝结水输出管402与第一级低压换热器107的出水管相连。第一级低压换热器107的进水管内的凝结水通过凝结水输入管401 输送至换热装置4内，在换热装置4内进行换热升温后，通过凝结水输出管402输送至第一级低压换热器107的出水管。

可以理解的是，地层储热库3与换热装置4之间构成释能放热回路，地层储热库3内的高温换热介质通过地层储热库3内的高温介质出口输出，经管路并通过换热装置4的换热介质进口输送到换热装置4内，经过与火力发电机组1输送的凝结水换热后转换为低温换热介质。低温换热介质通过换热装置4的换热介质出口，经管路并通过地层储热库3的低温介质进口输送回地层储热库3内，由此，实现本实用新型实施例的地层储能发电系统的放热过程。

在一些实施例中，如图1所示，高温介质出口与换热介质进口之间的管路上设有第二升压泵302。可以理解的是，第二升压泵302用于抽取地层储热库3内的高温换热介质，并将其输送至换热装置4内。

在一些实施例中，如图1所示，高温介质出口与换热介质进口之间的管路上还设有第三阀门305，换热介质出口与低温介质进口之间的管路上还设有第四阀门306。

可选地，第三阀门305和第四阀门306均为截止阀。第三阀门305用于控制地层储热库3的高温介质出口与换热装置4的换热介质进口之间管路的通断，第四阀门306用于控制地层储热库3的低温介质进口与换热装置4的换热介质出口之间管路的通断。

在一些实施例中，如图1所示，凝结水输入管401上设有第五阀门403，凝结水输出管 402上设有第六阀门404。可选地，第五阀门403和第六阀门404均为截止阀。第五阀门403用于控制换热装置4的凝结水输入管401的通断，第六阀门404用于控制换热装置4 的凝结水输出管402的通断。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本实用新型中，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。

尽管已经示出和描述了上述实施例，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，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地层储能发电系统，其特征在于，包括：

火力发电机组；

电加热器，所述火力发电机组与所述电加热器相连以向所述电加热器输送电能；

地层储热库，所述地层储热库可储存换热介质，所述电加热器经管路与所述地层储热库相连，所述电加热器用于利用电能加热所述地层储热库内的换热介质以生成高温换热介质；

换热装置，所述地层储热库经管路与所述换热装置相连以向所述换热装置输送高温换热介质，所述换热装置与所述火力发电机组的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

2.根据权利要求1所述的地层储能发电系统，其特征在于，还包括高厂变，所述火力发电机组与所述高厂变相连，所述高厂变与所述电加热器相连。

3.根据权利要求1所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述地层储热库具有低温介质出口和高温介质进口，所述低温介质出口经管路与所述电加热器的进口相连，所述高温介质进口经管路与所述电加热器的出口相连。

4.根据权利要求3所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述低温介质出口与所述电加热器的进口之间的管路上设有第一升压泵。

5.根据权利要求4所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述低温介质出口与所述电加热器的进口之间的管路上还设有第一阀门，所述高温介质进口与所述电加热器的出口之间的管路上设有第二阀门。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述地层储热库还具有低温介质进口和高温介质出口，所述换热装置具有凝结水输入管、凝结水输出管、换热介质进口和换热介质出口；

所述高温介质出口经管路与所述换热介质进口相连，所述换热介质出口经管路与所述低温介质进口相连，所述凝结水输入管和所述凝结水输出管分别与所述火力发电机组的任一低压换热器的进水管和出水管相连。

7.根据权利要求6所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述高温介质出口与所述换热介质进口之间的管路上设有第二升压泵。

8.根据权利要求7所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述高温介质出口与所述换热介质进口之间的管路上还设有第三阀门，所述换热介质出口与所述低温介质进口之间的管路上还设有第四阀门。

9.根据权利要求6所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述凝结水输入管上设有第五阀门，所述凝结水输出管上设有第六阀门。

10.根据权利要求1所述的地层储能发电系统，其特征在于，所述换热装置为管壳式换热器。

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