一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统的制作方法

1.本发明涉及配电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统。


背景技术：

2.化石燃料的有限性以及其自身的污染问题预示我们需要把重点放在可再生能源上，其中太阳能和风能都具有取材容易、分布范围广阔的优点，也是最有前景的可再生能源。但太阳能大规模利用的局限性在于太阳辐射的能流密度较低，最有效的解决办法就是利用高温储热技术进行储能。太阳能中最关键的储热介质熔融盐，而我国利用熔融盐储能开始时间较晚，水平较低，技术方面差距较大。
3.熔融盐储能是通过电极加热电流通过熔盐中的盐离子，使其产生摩尔离子运动和热运动，这些运动使熔盐中的离子和分子发生碰撞，进而产生热量。当熔盐被加热到一定温度后，将其流入高温罐中，实现热能的储存。在这个阶段，熔盐可以作为热能储存介质，将太阳能、电能等热能以热能的形式储存起来，为后续的放热过程提供能量在需要发电时，高温罐中的熔盐可以使用熔盐泵打出，与水换热产生蒸汽，蒸汽可以用于驱动汽轮机发电，实现热能-电能的转换。高温熔盐与水换热，产生水蒸汽，驱动涡轮机工作，从而对外发电，在这个过程中，熔盐起到了重要的作用，作为热能-电能转换的关键介质。但在用电尖峰时段，受到环境等因素的影响，系统不能通过熔盐换热将熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，从而无法提供稳定可靠的电力输出。
4.为了解决上述问题，现提供一种技术方案。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，通过蒸汽换热子系统预测蒸汽换热效率，通过熔盐储热子系统预测熔盐储热效率，再通过电极加热子系统预测电机的加热效率，随后配电模块综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略，有助于提给熔盐的热稳定性，能够在电力尖峰时段，利用熔盐换热系统实现对熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，提供稳定、可靠的电力输出，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，包括系统需求分析模块、蒸汽换热子系统、熔盐储热子系统、电极加热子系统、配电模块以及集成模块，蒸汽换热子系统用于预测蒸汽换热效率，熔盐储热子系统用于预测熔盐储热效率，电极加热子系统用于预测电机的加热效率，配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，其中，熔盐释热程度的预测公式为：；
式中：为熔盐释热程度，为蒸汽换热效率，为熔盐储热效率，为电机的加热效率。
7.作为本发明进一步的方案，各模块功能具体为：系统需求分析模块用于分析系统的设备性能以及工作环境；蒸汽换热子系统包括蒸汽入口、蒸汽出口、锅炉、再热器、除氧机以及蒸汽换热模块，蒸汽换热模块通过蒸汽与熔盐之间的换热面积、流速以及压降指标建立预测模型预测蒸汽换热效率；熔盐储热子系统包括熔盐电加热器、熔盐存储罐以及蒸汽发生模块，蒸汽发生模块通过熔盐存储罐容量、工作温度和环境指标建立预测模型预测熔盐储热效率，并针对熔盐的相变过程进行监测；电极加热子系统用于根据电极的材料合格指标、运行效率以及电加热器的功率、布局合理程度对电机的加热效率进行预测；配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略；集成模块用于根据熔盐释热程度实现熔盐加热、储能和放热过程的自动控制。
8.系统需求分析模块与蒸汽换热子系统相连接，蒸汽换热子系统与熔盐储热子系统相连接，熔盐储热子系统与电极加热子系统相连接，电极加热子系统与配电模块相连接，配电模块与集成模块相连接。
9.作为本发明进一步的方案，换热子系统的蒸汽入口与锅炉的主蒸汽出口相连接，换热子系统的蒸汽入口与锅炉再热器出口相连接，蒸汽出口与锅炉再热器入口相连接，蒸汽出口与除氧机入口相连接，蒸汽换热模块分别与锅炉出口、锅炉再热器出口以及除氧机出口相连接。
10.作为本发明进一步的方案，蒸汽换热效率的计算公式为：；式中：为蒸汽与熔盐之间的换热面积，为蒸汽与熔盐之间的流速，为蒸汽与熔盐之间的压降指标。
11.作为本发明进一步的方案，熔盐电加热器与熔盐存储罐相连接，熔盐存储罐出口与蒸汽发生模块入口相连接，蒸汽发生模块出口与熔盐存储罐入口相连接，熔融盐通过熔盐电加热器加热后进入熔盐储罐，再通过蒸汽发生模块进行放热后回到熔盐存储罐中。
12.作为本发明进一步的方案，熔盐储热效率的预测公式为：；式中：为熔盐储罐容量，为工作温度，为环境指标。
13.作为本发明进一步的方案，熔盐储热子系统的蒸汽发生模块针对熔盐的相变过程进行监测，监测的具体步骤为：
步骤一，收集熔盐的热性物参数：收集熔盐的熔点、比热容、热导率、密度以及粘度；步骤二，建立熔盐相变热量模型：通过温度法对熔盐的固相及液相分别建立熔盐相变热量模型，其中，固相熔盐相变热量模型以及液相熔盐相变热量模型的方程分别为：；；式中：为熔盐固相密度，为熔盐固相比热容，为熔盐固相温度，为时间，为梯度算子，为熔盐固相导热系数，为熔盐固相热源项，为熔盐液相密度，为熔盐液相比热容，为熔盐液相温度，为熔盐液相矢量，为熔盐液相导热系数，为熔盐液相热源项；步骤三，边界条件的限定：通过对熔盐固相以及液相的边界进行界定，熔盐两相边界的温度满足能量守恒，其中，两相边界能量守恒公式为：；；式中：为熔盐的相变潜热值，为熔盐液相速度，为温度，为熔盐固相饱和焓，为熔盐液相饱和焓。
14.作为本发明进一步的方案，电极加热子系统用于根据电极的材料合格指标、运行效率以及电加热器的功率、布局合理程度对电机的加热效率进行预测，电机的加热效率的预测公式为：；式中：为电极的材料合格指标，为电极的运行效率，为电加热器的功率，为电加热器的布局合理程度。
15.本发明一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统的技术效果和优点：1、本发明有助于提给熔盐的热稳定性，能够在电力尖峰时段，利用熔盐换热系统实现对熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，提供稳定、可靠的电力输出；2、本发明通过蒸汽换热耦合电极加热熔盐，能够有效利用电厂的余热和蒸汽，提高能源的利用效率；
3、本发明基于熔盐储热的配电系统能够实现多参数供热，满足不同工业用户的需求，同时减少高参数蒸汽的消耗量，具有良好的节能环保效果，有效减少能源浪费和污染物排放。
附图说明
16.图1为本发明一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
18.一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，包括系统需求分析模块、蒸汽换热子系统、熔盐储热子系统、电极加热子系统、配电模块以及集成模块，蒸汽换热子系统用于预测蒸汽换热效率，熔盐储热子系统用于预测熔盐储热效率，电极加热子系统用于预测电机的加热效率，配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，其中，熔盐释热程度的预测公式为：；式中：为熔盐释热程度，为蒸汽换热效率，为熔盐储热效率，为电机的加热效率。
19.其中，熔盐释热程度与蒸汽换热效率成三次方函数关系，与三倍的熔盐储热效率的对数成三次方函数关系，与两倍的电机的加热效率成正比函数关系，由函数关系反应熔盐释热程度受电机的加热效率的影响程度更大，受蒸汽换热效率以及熔盐储热效率的影响程度更小。
20.本发明实施例中的各模块功能具体为：系统需求分析模块用于分析系统的设备性能以及工作环境；蒸汽换热子系统包括蒸汽入口、蒸汽出口、锅炉、再热器、除氧机以及蒸汽换热模块，蒸汽换热模块通过蒸汽与熔盐之间的换热面积、流速以及压降指标建立预测模型预测蒸汽换热效率；熔盐储热子系统包括熔盐电加热器、熔盐存储罐以及蒸汽发生模块，蒸汽发生模块通过熔盐存储罐容量、工作温度和环境指标建立预测模型预测熔盐储热效率，并针对熔盐的相变过程进行监测；电极加热子系统用于根据电极的材料合格指标、运行效率以及电加热器的功率、布局合理程度对电机的加热效率进行预测；配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略；集成模块用于根据熔盐释热程度实现熔盐加热、储能和放热过程的自动控制。
21.系统需求分析模块与蒸汽换热子系统相连接，蒸汽换热子系统与熔盐储热子系统相连接，熔盐储热子系统与电极加热子系统相连接，电极加热子系统与配电模块相连接，配电模块与集成模块相连接。
22.通过蒸汽换热子系统预测蒸汽换热效率，通过熔盐储热子系统预测熔盐储热效率，再通过电极加热子系统预测电机的加热效率，随后配电模块综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略，有助于提给熔盐的热稳定性，能够在电力尖峰时段，利用熔盐换热系统实现对熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，提供稳定、可靠的电力输出。
23.本发明实施例中的蒸汽换热子系统的蒸汽入口与锅炉的主蒸汽出口相连接，换热子系统的蒸汽入口与锅炉再热器出口相连接，蒸汽出口与锅炉再热器入口相连接，蒸汽出口与除氧机入口相连接，蒸汽换热模块分别与锅炉出口、锅炉再热器出口以及除氧机出口相连接。
24.本发明实施例中的蒸汽换热效率的计算公式为：；式中：为蒸汽与熔盐之间的换热面积，为蒸汽与熔盐之间的流速，为蒸汽与熔盐之间的压降指标。
25.其中，蒸汽换热效率与十二倍的蒸汽与熔盐之间的换热面积的e的指数成正比函数关系，e为自然对数函数关系，与蒸汽与熔盐之间的流速成平方函数关系，与三倍的蒸汽与熔盐之间的压降指标成反比函数关系，由函数关系反映蒸汽与熔盐之间的流速的影响较大，受蒸汽与熔盐之间的换热面积以及蒸汽与熔盐之间的压降指标的影响较小。
26.本发明实施例中的熔盐电加热器与熔盐存储罐相连接，熔盐存储罐出口与蒸汽发生模块入口相连接，蒸汽发生模块出口与熔盐存储罐入口相连接，熔融盐通过熔盐电加热器加热后进入熔盐储罐，再通过蒸汽发生模块进行放热后回到熔盐存储罐中。
27.本发明实施例中的熔盐储热子系统的蒸汽发生模块通过熔盐储罐容量、工作温度和环境指标建立预测模型预测熔盐储热效率，熔盐储热效率的预测公式为：；式中：为熔盐储罐容量，为工作温度，为环境指标；其中，熔盐储热效率与四十七倍的熔盐储罐容量的对数成三次根函数关系，与工作温度的平方成三次根函数关系，与环境指标成正比函数关系，由函数关系反映熔盐储热效率受环境指标的影响较大，受熔盐储罐容量以及工作温度的影响较小。
28.本发明实施例中的熔盐储热子系统的蒸汽发生模块针对熔盐的相变过程进行监测，监测的具体步骤为：步骤一，收集熔盐的热性物参数：收集熔盐的熔点、比热容、热导率、密度以及粘度；
步骤二，建立熔盐相变热量模型：通过温度法对熔盐的固相及液相分别建立熔盐相变热量模型，其中，固相熔盐相变热量模型以及液相熔盐相变热量模型的方程分别为：；；式中：为熔盐固相密度，为熔盐固相比热容，为熔盐固相温度，为时间，为梯度算子，为熔盐固相导热系数，为熔盐固相热源项，为熔盐液相密度，为熔盐液相比热容，为熔盐液相温度，为熔盐液相矢量，为熔盐液相导热系数，为熔盐液相热源项。
29.步骤三，边界条件的限定：通过对熔盐固相以及液相的边界进行界定，熔盐两相边界的温度满足能量守恒，其中，两相边界能量守恒公式为：；；式中：为熔盐的相变潜热值，为熔盐液相速度，为温度，为熔盐固相饱和焓，为熔盐液相饱和焓。
30.通过建立熔盐相变热量模型对熔盐的相变过程进行监测，能够深入了解熔盐在相变过程中的热量传递和存储特性，有助于优化熔盐储能系统的设计和运行，提高熔盐热量传递和存储效率。通过对熔盐相变过程进行监测，能够更准确地了解熔盐在相变过程中的能量损失情况，优化熔盐储能系统的设计和运行，降低能量损失，提高系统效率。并能够预测和模拟熔盐储能系统在不同工况下的性能表现，有助于制定更合理的运行策略，实现熔盐储能系统的最优运行。
31.本发明实施例中的电机的加热效率的预测公式为：；式中：为电极的材料合格指标，为电极的运行效率，为电加热器的功率，为电加热器的布局合理程度；其中，电机的加热效率与电极的材料合格指标成正比函数关系，与电极的运行效率的对数成平方函数关系，与电加热器的功率成平方函数关系，与十七倍的布局合理程度成平方函数关系，由函数关系反映电机的加热效率受电加热器的功率以及布局合理程度的
影响程度较大，受电极的材料合格指标以及运行效率的影响程度较小。
32.本发明实施例的蒸汽换热子系统通过蒸汽与熔盐之间的换热面积、流速以及压降指标建立预测模型预测蒸汽换热效率。熔盐储热子系统通过熔盐存储罐容量、工作温度和环境指标建立预测模型预测熔盐储热效率，并针对熔盐的相变过程进行监测。电极加热子系统电极的材料合格指标、运行效率以及电加热器的功率、布局合理程度对电机的加热效率进行预测，随后配电模块综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略，有助于提给熔盐的热稳定性，能够在电力尖峰时段，利用熔盐换热系统实现对熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，提供稳定、可靠的电力输出，并能够满足不同工业用户的需求，同时减少高参数蒸汽的消耗量，具有良好的节能环保效果，有效减少能源浪费和污染物排放。
33.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
34.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，包括系统需求分析模块、蒸汽换热子系统、熔盐储热子系统、电极加热子系统、配电模块以及集成模块，其特征在于，蒸汽换热子系统用于预测蒸汽换热效率，熔盐储热子系统用于预测熔盐储热效率，电极加热子系统用于预测电机的加热效率，配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，其中，熔盐释热程度的预测公式为：；式中：为熔盐释热程度，为蒸汽换热效率，为熔盐储热效率，为电机的加热效率。2.根据权利要求1所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，系统需求分析模块用于分析系统的设备性能以及工作环境；蒸汽换热子系统包括蒸汽入口、蒸汽出口、锅炉、再热器、除氧机以及蒸汽换热模块，蒸汽换热模块通过蒸汽与熔盐之间的换热面积、流速以及压降指标建立预测模型预测蒸汽换热效率；熔盐储热子系统包括熔盐电加热器、熔盐存储罐以及蒸汽发生模块，蒸汽发生模块通过熔盐存储罐容量、工作温度和环境指标建立预测模型预测熔盐储热效率，并针对熔盐的相变过程进行监测；电极加热子系统用于根据电极的材料合格指标、运行效率以及电加热器的功率、布局合理程度对电机的加热效率进行预测；配电模块用于通过综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略；集成模块用于根据熔盐释热程度实现熔盐加热、储能和放热过程的自动控制。3.根据权利要求1所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，系统需求分析模块与蒸汽换热子系统相连接，蒸汽换热子系统与熔盐储热子系统相连接，熔盐储热子系统与电极加热子系统相连接，电极加热子系统与配电模块相连接，配电模块与集成模块相连接。4.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，换热子系统的蒸汽入口与锅炉的主蒸汽出口相连接，换热子系统的蒸汽入口与锅炉再热器出口相连接，蒸汽出口与锅炉再热器入口相连接，蒸汽出口与除氧机入口相连接，蒸汽换热模块分别与锅炉出口、锅炉再热器出口以及除氧机出口相连接。5.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，蒸汽换热效率的计算公式为：；式中：为蒸汽与熔盐之间的换热面积，为蒸汽与熔盐之间的流速，为蒸汽与熔盐之间的压降指标。
6.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，熔盐电加热器与熔盐存储罐相连接，熔盐存储罐出口与蒸汽发生模块入口相连接，蒸汽发生模块出口与熔盐存储罐入口相连接，熔融盐通过熔盐电加热器加热后进入熔盐储罐，再通过蒸汽发生模块进行放热后回到熔盐存储罐中。7.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，熔盐储热效率的预测公式为：；式中：为熔盐储罐容量，为工作温度，为环境指标。8.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，熔盐储热子系统的蒸汽发生模块针对熔盐的相变过程进行监测，监测的具体步骤为：步骤一，收集熔盐的热性物参数：收集熔盐的熔点、比热容、热导率、密度以及粘度；步骤二，建立熔盐相变热量模型：通过温度法对熔盐的固相及液相分别建立熔盐相变热量模型，其中，固相熔盐相变热量模型以及液相熔盐相变热量模型的方程分别为：；；式中：为熔盐固相密度，为熔盐固相比热容，为熔盐固相温度，为时间，为梯度算子，为熔盐固相导热系数，为熔盐固相热源项，为熔盐液相密度，为熔盐液相比热容，为熔盐液相温度，为熔盐液相矢量，为熔盐液相导热系数，为熔盐液相热源项；步骤三，边界条件的限定：通过对熔盐固相以及液相的边界进行界定，熔盐两相边界的温度满足能量守恒，其中，两相边界能量守恒公式为：；；式中：为熔盐的相变潜热值，为熔盐液相速度，为温度，为熔盐固相饱和焓，为熔盐液相饱和焓。9.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，其特征在于，电机的加热效率的预测公式为：
；式中：为电极的材料合格指标，为电极的运行效率，为电加热器的功率，为电加热器的布局合理程度。

技术总结
本发明涉及配电技术领域，具体公开了一种基于蒸汽换热耦合电极加热熔盐的配电系统，包括系统需求分析模块、蒸汽换热子系统、熔盐储热子系统、电极加热子系统、配电模块以及集成模块；本发明通过蒸汽换热子系统预测蒸汽换热效率，通过熔盐储热子系统预测熔盐储热效率，再通过电极加热子系统预测电机的加热效率，随后配电模块综合蒸汽换热效率、熔盐储热效率以及电机的加热效率预测熔盐释热程度，并根据熔盐的释热程度制定配电策略，有助于提给熔盐的热稳定性，能够在电力尖峰时段，利用熔盐换热系统实现对熔盐罐内的高温熔盐的快速释热，提供稳定、可靠的电力输出。可靠的电力输出。可靠的电力输出。


技术研发人员：张磊 邓燕飞 袁禄
受保护的技术使用者：山西中能天胜科技有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/6