CN220628889U - 一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，所述火电厂包括火电机组和厂用电系统，所述火电机组分别接入厂用电系统和电网系统进行供电；所述综合能源调峰调频系统包括分别连接厂用电系统的光伏系统、储能系统及电解水制氢系统；所述光伏系统与所述厂用电系统单向连接，用于向所述厂用电系统输电；所述储能系统与所述厂用电系统双向连接，用于进行电能存储或输出；所述电解水制氢系统与所述厂用电系统单向连接，用于产出氧气和氢气，所述氧气通向所述火电机组进行富氧燃烧，所述氢气被收集利用。本实用新型能够有效降低化石燃料的消耗及污染物排放，并且能够大幅提高火电厂的调节能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种火电厂调峰调频系统，尤其是一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，属于电力系统调频技术领域。
背景技术
目前，大型火电机组长期承担繁重的调峰调频任务，会造成机组煤耗率提高、锅炉承受大幅温度变化等问题，同时火电机组的实际运行较自动增益控制(AGC)指令有明显的滞后现象，机组的调节速率较慢，调节精度较低。随着电网对大型火电机组的调节性能的要求越来越高，火电机组难以适应，因此带来了诸多不利影响。例如，火电机组适用于大幅度、连续、单向的升降负荷，而电力系统的调节任务尤其是调频任务往往是小幅度、频繁、折返的调节。火电机组的调频性能较差，响应时滞长、机组爬坡速率低，不适合短时调频，调频精度不高，有时甚至会造成反向调频。主要是由于能量转换时间较长(磨煤、燃烧)、机组具有调速不灵敏区。参与调峰调频，加剧了机组磨损而损害机组寿命，增加了燃料消耗，提升了运营成本，增加了废物排放和系统的热备用容量。
同时，为应对环保要求，现今的火电厂进行了除尘、脱硫、脱硝等的大量环保改造工作，给辅机运行带来了新的不平衡，机组严重偏离设计要求运行，给锅炉的安全性、经济性带来了不确定性。
综上，要求火电厂根据实际情况，加强运行优化调整，完善设备检修维护管理手段，运用科技创新手段实施节能技术改造。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，该系统能够有效降低化石燃料的消耗及污染物排放，并且能够大幅提高火电厂的调节能力。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：
一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，所述火电厂包括火电机组和厂用电系统，所述火电机组分别接入厂用电系统和电网系统进行供电；所述综合能源调峰调频系统包括分别连接厂用电系统的光伏系统、储能系统及电解水制氢系统；所述光伏系统与所述厂用电系统单向连接，用于向所述厂用电系统输电；所述储能系统与所述厂用电系统双向连接，用于进行电能存储或输出；所述电解水制氢系统与所述厂用电系统单向连接，用于产出氧气和氢气，所述氧气通向所述火电机组进行富氧燃烧，所述氢气被收集利用。
可选的，所述厂用电系统包括厂用电母线，所述厂用电母线上连接有无功补偿装置。
可选的，所述火电机组包括相连接的锅炉、汽轮机、发电机及发电控制模组，锅炉的输出端连接汽轮机的输入端，汽轮机的输出端又与发电机的输入端连接，发电机的输出端再分别通过主变压器和高压厂用变压器连接至电网系统和厂用电母线；
所述发电控制模组又包括EMS单元、DCS单元和RTU单元，所述RTU单元用于分别向EMS单元和DCS单元发送AGC指令，所述DCS单元用于接收发电机的功率信号并将功率控制信号传送给汽轮机，所述发电机与所述储能系统的功率合并信号传送至电网系统。
可选的，所述光伏系统包括光伏组件，所述光伏组件依次通过第一DC/AC逆变器和第一升压变压器连接至厂用电母线。
可选的，所述光伏组件包括相连接的太阳能电池板和蓄电池，所述第一DC/AC逆变器一体化还连接有光伏控制器，所述光伏控制器用于控制光伏组件的直流输入以及第一DC/AC逆变器的交流输出。
可选的，所述储能系统包括至少一个储能电池，每个储能电池均依次通过储能变流器和储能升压变压器连接至厂用电母线。
可选的，所述电解水制氢系统包括具有出氧口和出氢口的电解水制氢装置，所述电解水制氢装置依次通过第二DC/AC逆变器和第二升压变压器连接至厂用电母线；所述氧气由出氧口通过输氧管道连通至锅炉的燃烧器；所述氢气由出氢口通过输氢管道连通至加氢站或天然气管道。
相比现有技术中，大型火电机组长期承担繁重的调峰调频任务，带来机组煤耗率升高、锅炉承受大幅温度变化等问题，同时，机组实际运行较自动增益控制(AGC)指令有明显滞后现象，导致调节速率较慢，调节精度较低的问题。本实用新型的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，借助上述技术方案，至少能够实现以下的技术优势：
本实用新型的综合能源调峰调频系统，一是利用储能系统、光伏系统或者电解水制氢系统的快速功率调节能力，能够提高电厂的综合性能指标；二是利用空地建设光伏系统来发电，供应厂内用电设备的部分负荷，能够降低厂用电率，提高清洁能源发电份额，光伏系统在夜间不发电期间又能够提供无功补偿；三是利用电解水制氢系统产生的氧气，供锅炉富氧燃烧，能够进一步降低油耗，提高锅炉点火稳燃能力，降低污染物排放，且能够实现机组超低负荷灵活性调峰；四是将电解水制氢系统产生的氢气用于交通、工业园区等商业化利用，能够拓展电厂收入，经济效益显著。
此外，本实用新型中的各个系统均接入厂用电系统，且相互独立，可以根据实际情况分步实施，同时，各系统间可通过上层优化控制系统相互协调，在时间上具有互补性，增加或删减某个系统只需对控制系统进行改造即可，工程可实施性极高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型一个实施例综合能源调峰调频系统的组成框图。
图2是本实用新型一个实施例综合能源调峰调频系统的结构示意图。
图中附图标记说明书：
1-火电机组；11-锅炉；12-汽轮机；13-发电机；131-主变压器；132-高压厂用变压器；14-发电控制模组；141-EMS单元；142-DCS单元；143-RTU单元；
2-厂用电系统；21-厂用电母线；22-无功补偿装置；
3-电网系统；
4-光伏系统；41-光伏组件；42-第一DC/AC逆变器；421-光伏控制器；43-第一升压变压器；
5-储能系统；51-储能电池；52-储能变流器；53-储能升压变压器；
6-电解水制氢系统；61-电解水制氢装置；62-第二DC/AC逆变器；63-第二升压变压器；64-加氢站；65-天然气管道。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，所述火电厂包括火电机组1和厂用电系统2，所述火电机组1分别接入厂用电系统2和电网系统3进行供电；所述综合能源调峰调频系统包括分别连接厂用电系统2的光伏系统4、储能系统5及电解水制氢系统6；所述光伏系统4与所述厂用电系统2单向连接，用于向所述厂用电系统2输电；所述储能系统5与所述厂用电系统2双向连接，用于进行电能存储或输出；所述电解水制氢系统6与所述厂用电系统2单向连接，用于产出氧气和氢气，所述氧气通向所述火电机组1进行富氧燃烧，所述氢气被收集利用。
光伏系统4既可以单纯发电，通过与储能系统5的电量交互，响应电网调峰调频，恰好能利用起火电厂大片的灰场空地，技术成熟，结构简单。储能系统5的电化学储能响应速度最快，可在毫秒级时间范围内满功率输出，具有双向调节能力，充电过程表现为负荷，放电过程表现为电源，提高电厂综合性能指标的效果显著，且结构简单，控制策略简单，商业模式成熟。电解水制氢系统6接入厂用电系统2，电解水制氢系统6产出的氧气用于火电机组1的富氧燃烧，被收集起来的氢气用于销售或其他工业用途；电解水系统也可参与调峰调频，其氧气产品与机组低负荷稳燃、深度调峰高度契合，经济性好，需对燃烧器进行改造；氢气产品符合当前燃料电池和掺氢天然气的发展趋势，长远考虑，电解水技术发展潜力巨大。从而，本实施例的综合能源调峰调频系统能够满足电网对优质调频调峰电源的迫切需求，解决调峰、发电计划考核费用高的问题，且能合理利用火电厂大面积空地。
继而，图2示出了本实用新型一个较佳的实施例的结构示意图，图2中的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统是在图1综合能源调峰调频系统的基础上进一步的具化方案。
参照图2，在本具体实施方式中，所述厂用电系统2包括厂用电母线21，所述厂用电母线21上连接有无功补偿装置22。在具体实施中，光伏系统4、储能系统5及电解水制氢系统6均接入厂用电母线21。更具体的，所述无功补偿装置22为厂用电母线21上原有设备，与厂用电母线21直接连接，是一种由电容器和各种类型的电抗器组成的具有无功补偿功能的装置。
参照图2，在本具体实施方式中，所述火电机组1包括相连接的锅炉11、汽轮机12、发电机13及发电控制模组14，锅炉11的输出端连接汽轮机12的输入端，汽轮机12的输出端又与发电机13的输入端连接，发电机13的输出端再分别通过主变压器131和高压厂用变压器132连接至电网系统3和厂用电母线21；
所述发电控制模组14又包括EMS单元141、DCS单元142和RTU单元143，其中的DCS单元和RTU单元属于火电机组1的原有装置模块，所述RTU单元143用于分别向EMS单元141和DCS单元142发送AGC指令，所述DCS单元142用于接收发电机13的功率信号并将功率控制信号传送给汽轮机12，所述发电机13与所述储能系统5的功率合并信号传送至电网系统3。
参照图2，在本具体实施方式中，所述光伏系统4包括光伏组件41，所述光伏组件41依次通过第一DC/AC逆变器42和第一升压变压器43连接至厂用电母线21。
光伏系统4通过第一DC/AC逆变器42及和第一升压变压器43接入厂用电母线，并且加入光伏控制器421实现对光伏出力的控制。
参照图2，在本具体实施方式中，所述光伏组件41包括相连接的太阳能电池板和蓄电池，所述第一DC/AC逆变器42一体化还连接有光伏控制器421，具体的，所述光伏控制器421通过第一DC/AC逆变器42与蓄电池相关联，从而所述光伏控制器421用于控制光伏组件41的直流输入以及第一DC/AC逆变器42的交流输出。
参照图2，在本具体实施方式中，所述储能系统5包括至少一个储能电池51，每个储能电池51均依次通过储能变流器52和储能升压变压器53连接至厂用电母线21。
多个储能电池51组成了储能系统5的储能电池系统，储能电池系统连接储能变流器52(英文缩写PSC)，经升压变压器接入厂用电母线21，储能系统5关联EMS单元，利用EMS单元不仅能够控制储能电池系统的充放电，还能够控制整个厂用电母线21上光伏系统4和电解水制氢系统6的工作过程。
参照图2，在本具体实施方式中，所述电解水制氢系统6包括具有出氧口和出氢口的电解水制氢装置61，所述电解水制氢装置61依次通过第二DC/AC逆变器62和第二升压变压器63连接至厂用电母线21；所述氧气由出氧口通过输氧管道连通至锅炉11的燃烧器；所述氢气由出氢口通过输氢管道连通至加氢站64或天然气管道65。
电解水制氢系统6通过第二DC/AC逆变器62及和第二升压变压器63接入厂用电母线21。富氧燃烧系统(即锅炉11的富氧燃烧器)的氧气通道与电解水系统的出氧口相耦合，从而实现氧气的简单、廉价获取。
目前，现有技术大型火电机组1的固有属性是：火电厂参与地区性的电网辅助服务，通常以大型火电机组1作为主要调节电源，通过不断地调整机组出力来响应电网频率变化，火电厂将一次能源转换成电能需要经历一系列复杂的过程，机组对有功功率的调节响应速度较慢，与AGC指令吻合度较低。
导致，现有大型火电机组1不能满足电网对机组调节性能越来越高的要求。考核越来越严格，火电厂将要面临更多的困难和挑战。而本具体实施方式基于火电厂的综合能源调峰调频系统，基于图2所示构造，实现了下列调峰调频控制过程：
储能系统5接入后，RTU单元143的监控设备在向火电机组1发送AGC指令的同时，将AGC指令发送给EMS单元141。同时，储能系统5接入后将火电机组1的出力与储能系统5的出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网系统3，作为AGC考核依据。储能系统5可以根据机组运行状况实现自动投入或退出。储能系统5接入后，在厂内6.3KV段或机端新增接入点监控信号需要接入到DCS单元142，并可以在DCS新增相关画面，用于监控储能系统5接入点运行状态。
光伏系统4参与AGC向下调节任务，没有AGC调频任务的时段，光伏系统4启动MPPT，在最大功率点工作，当接收到AGC指令时，按照AGC指令与火电机组1的功率偏差值，光伏系统4迅速调整工作点，向下改变出力，随着火电机组1逐渐接近AGC指令，光伏系统4再慢慢恢复到最大功率点。AGC指令需要火电机组1向上调节时，光伏系统4不响应。
电解水系统也可参与调峰调频，电解水制氢系统6作为厂内负荷接入电力系统，响应时间为5-10s级，其可以作为储能模块,参与火电机组1的AGC调频，提高机组对于AGC不同调节深度和调节频率指令的调节能力。
富氧燃烧系统，是在锅炉11原有点火方式的基础上，对燃烧器引入氧气，提高其点燃煤粉的能力，从而实现进一步节约燃油、提高锅炉11燃烧稳定性。
进而，本具体实施方式基于火电厂的综合能源调峰调频系统产生以下有益效果：本系统有助于降低化石燃料的消耗，富氧燃烧有助于提高煤粉燃烬率及燃烧效率，储能系统5与电解水制氢系统6可合理利用机组变负荷时段，辅助机组稳定运行，提高设备的使用寿命，降低了设备检修频率及维护成本，各个系统运行均无粉尘、SO2、NOX等污染物排放。本系统还可以大幅提升火电厂的调节能力，为电网提供稳定高效的调峰调频资源，有利于电网接入和消纳可再生能源，助力能源结构转型。此外，氢能是公认的清洁能源，且具有较高的利用率，电解水制氢为氢能制备提供了新模式。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，所述火电厂包括火电机组和厂用电系统，所述火电机组分别接入厂用电系统和电网系统进行供电；其特征在于，所述综合能源调峰调频系统包括分别连接厂用电系统的光伏系统、储能系统及电解水制氢系统；所述光伏系统与所述厂用电系统单向连接，用于向所述厂用电系统输电；所述储能系统与所述厂用电系统双向连接，用于进行电能存储或输出；所述电解水制氢系统与所述厂用电系统单向连接，用于产出氧气和氢气，所述氧气通向所述火电机组进行富氧燃烧，所述氢气被收集利用。
2.根据权利要求1所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述厂用电系统包括厂用电母线，所述厂用电母线上连接有无功补偿装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述火电机组包括相连接的锅炉、汽轮机、发电机及发电控制模组，锅炉的输出端连接汽轮机的输入端，汽轮机的输出端又与发电机的输入端连接，发电机的输出端再分别通过主变压器和高压厂用变压器连接至电网系统和厂用电母线；
所述发电控制模组又包括EMS单元、DCS单元和RTU单元，所述RTU单元用于分别向EMS单元和DCS单元发送AGC指令，所述DCS单元用于接收发电机的功率信号并将功率控制信号传送给汽轮机，所述发电机与所述储能系统的功率合并信号传送至电网系统。
4.根据权利要求3所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述光伏系统包括光伏组件，所述光伏组件依次通过第一DC/AC逆变器和第一升压变压器连接至厂用电母线。
5.根据权利要求4所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述光伏组件包括相连接的太阳能电池板和蓄电池，所述第一DC/AC逆变器一体化还连接有光伏控制器，所述光伏控制器用于控制光伏组件的直流输入以及第一DC/AC逆变器的交流输出。
6.根据权利要求5所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述储能系统包括至少一个储能电池，每个储能电池均依次通过储能变流器和储能升压变压器连接至厂用电母线。
7.根据权利要求6所述的一种基于火电厂的综合能源调峰调频系统，其特征在于，所述电解水制氢系统包括具有出氧口和出氢口的电解水制氢装置，所述电解水制氢装置依次通过第二DC/AC逆变器和第二升压变压器连接至厂用电母线；所述氧气由出氧口通过输氧管道连通至锅炉的燃烧器；所述氢气由出氢口通过输氢管道连通至加氢站或天然气管道。
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-
2023
- 2023-08-17 CN CN202322217250.8U patent/CN220628889U/zh active Active
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