多能互补调峰系统的制作方法

1.本发明涉及电力系统调峰技术领域，具体涉及一种多能互补调峰系统。


背景技术：

2.随着新能源发电装机容量不断扩大，电力系统必须有充足的调峰容量来平抑新能源电力的波动。同时，风力发电、太阳能发电的间歇性和波动性问题，导致用电低谷时的弃风、弃光现象，这就需要借助大规模储能技术。因此，先进的调峰和储能技术是当前电力系统的迫切需求。
3.为了满足可再生能源快速发展的需要，提高可再生能源的消纳能力，急需进一步提升电网的灵活性。其中负荷调整的灵活性包括：深度调峰(锅炉及汽机的低负荷运行)、机组快速启停、机组爬坡速率和热电联产机组的热电解耦几个方向。利用锅炉蓄热能力虽然能快速响应调度指令，但蓄热能力有限，只能短期增加机组出力，且造成主汽压力的大幅波动。
4.cn209569703u提供一种利用高温蒸汽转移固体储热体内热量的装置，采用电网负荷低谷时段电能加热该装置，但是该系统相比含有蓄放热装置的热电机组，仅涉及到一种可以加快固体储热体内热量释热的方法。未提及如何与热力系统相结合，且不含光伏、光热等可再生能源如何与热电机组相结合。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种多能互补调峰系统，采用该多能互补调峰系统，常规热电机组能够实现热电超强解耦，且能够与可再生能源相结合，可再生能源利用率高，大幅提高当前热电机组能效和调峰能力。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种多能互补调峰系统，该系统包括：
7.锅炉、汽轮机、发电机、前置汽轮机、储水箱、凝汽器、高温储放热装置、塔式光热系统；所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；
8.所述第一储热单元，用于将储存锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至高温储放热装置；
9.所述第二储热单元，用于将塔式光热系统中的热量储存至高温储放热装置；
10.所述放热单元，用于将高温储放热装置储存的热量转化为高温蒸汽，高温蒸汽输送至前置汽轮机用于做功发电或作为供工业蒸汽；
11.所述储水箱用于给所述高温储放热装置供水和/或存储循环流水；
12.所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连。
13.本发明所述的多能互补调峰系统，高温储放热装置第一储热单元、第二储热单元可分别采用锅炉的多余高温蒸汽和塔式光热系统的热量进行灵活储热。
14.高温储放热装置的放热单元提供高温蒸汽至前置汽轮机做功发电或向外界提供高温工业蒸汽。在用电高峰期，所述多能互补调峰系统可完全采用高温储放热装置放热单
元对外供热，减少汽轮机组的抽汽量，使机组可在高电负荷条件下运行，实现热电机组的超强解耦。
15.本发明所述的多能互补调峰系统，在热电厂现有的设备上增加塔式光热系统、高温储放热装置，通过高温储放热装置储存塔式光热系统中的热量，从而构成多能互补调峰系统。采用本发明所述的多能互补调峰系统，本发明所述的多能互补调峰系统可大幅提高可再生能源利用率以及热电机组的利用率，增加热电厂发电量与供热量，同时也提高了热电厂运行灵活性。
16.与现有技术相比，所述多能互补调峰系统具有以下优点：
17.1、采用塔式光热系统和锅炉余热作为储热系统的高温热源，高温储放热装置的最高储热温度可达到1200℃。
18.2、通过引入初温汽轮机，提高系统整体效率。
19.3、可实现锅炉与汽轮机独立运行，提高了热电机组启停灵活性，实现锅炉与汽轮机均在高效经济工况运行，采用高温储放热装置可实现直接对外供应工业用高温蒸汽，实现超强热电解耦，可将热电机组调峰范围由目前的40％～100％，扩大到0％～100％。
附图说明
20.图1是本发明一种优选实施方式提供的多能互补调峰系统示意图。
21.附图标记说明
22.1—第一阀门2—第二阀门3—第三阀门4—第四阀门5—第五阀门6—第六阀门7—第七阀门8—第八阀门
具体实施方式
23.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
24.本发明提供一种多能互补调峰系统，该系统包括：锅炉、汽轮机、发电机、前置汽轮机、储水箱、凝汽器、高温储放热装置、塔式光热系统；所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；
25.所述第一储热单元，用于将储存锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至高温储放热装置；
26.所述第二储热单元，用于将塔式光热系统中的热量储存至高温储放热装置；
27.所述放热单元，用于将高温储放热装置储存的热量转化为高温蒸汽，高温蒸汽输送至前置汽轮机用于做功发电或作为供工业蒸汽；
28.所述储水箱用于给所述高温储放热装置供水和/或存储循环流水；
29.所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连，前置汽轮机排出的蒸汽输送至汽轮机发电，使热电机组初温升高，提高系统效率。
30.根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供一种多能互补调峰系统，该系统包括：
31.锅炉、汽轮机、发电机、前置汽轮机、储水箱、凝汽器、高温储放热装置、塔式光热系统；
32.所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；
33.汽轮机主轴与发电机相连；汽轮机排气口与凝汽器入口管路相连；
34.锅炉出气口与所述第一储热单元入口管路、汽轮机抽汽口管路相连；
35.所述第一储热单元入口与汽轮机抽汽口管路相连；将锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至高温储放热装置；
36.所述第一储热单元出口与储水箱上部入口管路相连；所述放热单元入口与储水箱下部出水口管路相连，给所述高温储放热装置供水和/或存储循环流水；
37.所述放热单元出口与前置汽轮机抽汽口管路相连；
38.所述第二储热单元进出口分别与塔式光热系统熔融盐储罐进出口管路相连，用于将塔式光热系统的热量储存至高温储放热装置；
39.所述前置汽轮机排气口通过与汽轮机抽汽口管路相连；前置汽轮机排出的蒸汽输送至汽轮机发电，使热电机组初温升高，提高系统效率。
40.本发明所述的多能互补调峰系统，高温储放热装置第一储热单元、第二储热单元可分别采用锅炉的多余高温蒸汽和塔式光热系统的热量进行灵活储热。
41.高温储放热装置的放热单元提供高温蒸汽至前置汽轮机做功发电或向外界提供高温工业蒸汽。在用电高峰期，所述多能互补调峰系统可完全采用高温储放热装置放热单元对外供热，减少汽轮机组的抽汽量，使机组可在高电负荷条件下运行，实现热电机组的超强解耦。
42.根据本发明的一种优选实施方式，所述高温储放热装置中储热材料的耐高温温度不低于900℃；优选为不低于1800℃。
43.根据本发明的一种优选实施方式，所述高温储放热装置的中的储热材料的导热系数为50-200w/(m
·
℃)。
44.根据本发明的一种优选实施方式，所述高温储放热装置中的储热材料与传热介质换热温差不大于50℃。
45.根据本发明的一种优选实施方式，所述高温储放热装置中的储热材料包括鳞片石墨与液化沥青，前述储热材料耐高温温度不低于900℃，导热系数为50-200w/(m
·
℃)；优选地，鳞片石墨与液化沥青的重量比为60-80:20-40。
46.根据本发明的一种优选实施方式，所述放热单元设置有能够与供工业蒸汽管路连接的接口；所述多能互补调峰系统可完全采用高温储放热装置对外供热，实现热电机组的超强解耦。
47.根据本发明的一种优选实施方式，所述前置汽轮机入口材料耐高温温度不低于600℃，优选为耐高温温度为600-1600℃。本发明所述的高温储放热装置输出至前置汽轮机的高温蒸汽温度至少为600℃，使得前置汽轮机做功发电或向外界提供高温工业蒸汽。
48.根据本发明的一种优选实施方式，多能互补调峰系统还包括碳捕集装置，所述碳捕集装置的热解吸用热管路接口通过第五阀门(5)与第一储热单元出口管路相连接。
49.根据本发明的一种优选实施方式，在热电厂现有的设备上增加光伏发电系统，所述多能互补调峰系统还包括光伏发电系统；
50.所述光伏发电系统，与火力发电机组互补调峰，优先光伏电能上网，根据电网负荷情况，火力发电机组产生的电能作为补充，从而大幅提高可再生能源利用率。
51.根据本发明的一种优选实施方式，所述光伏发电系统中的散热系统进回水管路分别与凝汽器热井和凝结水管路相连接。
52.根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供一种多能互补调峰系统示意图，如图1所示。
53.图1所示的多能互补调峰系统包括锅炉、汽轮机、发电机、前置汽轮机、储水箱、凝汽器、高温储放热装置、塔式光热系统、碳捕集装置、光伏发电系统；
54.所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；
55.汽轮机主轴与发电机相连；汽轮机排气口与凝汽器入口管路相连；
56.锅炉出气口与所述第一储热单元入口管路相连，管路上设置有第二阀门2；锅炉出气口与汽轮机抽汽口管路相连，管路上设置有第三阀门3；
57.所述第一储热单元入口与汽轮机抽汽口管路相连，管路上设置有第四阀门4；
58.所述第一储热单元出口与储水箱上部入口管路相连；
59.所述放热单元出口与前置汽轮机入口管路相连；
60.所述放热单元还与供工业蒸汽管路相连，管路上设置有第八阀门8；
61.所述放热单元入口与储水箱下部出水口管路相连，管路上设置有第七阀门7；
62.所述第二储热单元进出口分别与塔式光热系统的熔融盐储罐进出口管路相连；
63.所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连，管路上设置有第一阀门1和第三阀门3；
64.所述碳捕集装置的热解吸用热管路接口与储热单元出口管路相连接，管路上设置有第五阀门5；
65.所述光伏发电系统，与火力发电机组互补调峰，优先光伏电能上网，根据电网负荷情况，火力发电机组产生的电能作为补充；
66.所述光伏发电系统中的背板散热进回水管路分别与凝汽器热井和凝结水管路相连接。
67.本发明提供一种所述多能互补调峰系统运行方法，该运行方式包括14种，如表1所示。
68.表1
[0069][0070][0071]
工况1，所述多能互补调峰系统运行方式为：停运锅炉，投运高温储放热装置，打开第八阀门8，打开第七阀门7，关闭第六阀门6，高温储放热装置产生的高温蒸汽由连接管路为热用户提供热量，运行方式1的系统循环完成。工况1的运行方式可以使锅炉和汽轮机停运，可实现锅炉与汽轮机独立运行的同时可以保证供热负荷，解除“以电定热”的限制，采用高温储放热装置可实现直接对外供应工业用高温蒸汽，实现超强热电解耦。
[0072]
工况1的运行方式一方面达到了热电解耦的目的，从而发挥出深度削峰填谷的功能，另一方面由于高温储放热装置通过管路与汽轮机连接，因此在电网高峰负荷到来前，可以通过调节第二阀门2、第三阀门3的开度，使得汽轮机处于热备用状态，大幅缩短启机时间，可将热电机组调峰范围由目前的40％～100％，扩大到0％～100％。
[0073]
运行工况1，运行方式为：停运锅炉，根据热负荷情况投运高温储放热装置，打开阀门8，打开阀门7，关闭阀门6，所述高温储放热装置产生的高温蒸汽由连接管路为热用户提供热量，至此运行工况1的系统循环完成。运行工况1的运行方式可以使锅炉和汽轮机停运，但可以保证供热负荷，解除“以电定热”的限制。
[0074]
该运行方式一方面达到了热电解耦的目的，从而发挥出深度削峰填谷的功能，另一方面由于高温储放热装置通过管路与汽轮机连接，因此在电网高峰负荷到来前，可以通过调节阀门开度，使得汽轮机处于热备用状态，大幅缩短启机时间。
[0075]
采用鳞片石墨与液化沥青(质量比为7:3)作为储热材料的高温储放热装置与熔盐储热材料和镁砖材料的储放热装置相比，对比结果如表2所示。
[0076]
表2
[0077][0078]
通过表2的结果可以看出，本发明采用鳞片石墨与液化沥青作为储热材料的高温储放热装置与熔盐作为储放热的装置相比，高温储放热装置最高储热温度高出500℃，蒸汽最高温度高出300℃，相同储热量下，以上参数直接影响系统理论效率，配置高温储热装置的多能互补调峰系统最高系统理论效率可达到55％。
[0079]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种多能互补调峰系统，其特征在于，该系统包括：锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、前置汽轮机、高温储放热装置、储水箱、塔式光热系统；所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；所述第一储热单元，用于将锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至高温储放热装置；所述第二储热单元，用于将塔式光热系统中的热量储存至高温储放热装置；所述放热单元，用于将高温储放热装置储存的热量转化为高温蒸汽，高温蒸汽输送至前置汽轮机用于做功发电或作为供工业蒸汽；所述储水箱用于给所述高温储放热装置供水和/或存储循环流水；所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连；凝汽器，用于冷凝并收集汽轮机中放出的蒸汽。2.根据权利要求1所述的多能互补调峰系统，其中，汽轮机主轴与发电机相连；汽轮机排气口与凝汽器入口管路相连；锅炉出气口与所述第一储热单元入口管路、汽轮机抽汽口管路相连；所述第一储热单元入口与汽轮机抽汽口管路相连；所述第一储热单元出口与储水箱上部入口管路相连；所述放热单元出口与前置汽轮机抽汽口管路相连；所述放热单元入口与储水箱下部出水口管路相连；所述第二储热单元进出口分别与塔式光热系统的熔融盐储罐进出口管路相连；所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连。3.根据权利要求1或2所述的多能互补调峰系统，其中，所述高温储放热装置中储热材料的耐高温温度不低于900℃，优选不低于1800℃。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，所述高温储放热装置的中的储热材料的导热系数为50-200w/(m
·
℃)；和/或所述高温储放热装置中的储热材料与传热介质换热温差不大于50℃。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，所述高温储放热装置中的储热材料包括鳞片石墨与液化沥青；优选地，鳞片石墨与液化沥青的重量比为60-80:20-40。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，所述放热单元设置有能够与供工业蒸汽管路连接的接口。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，所述前置汽轮机入口材料耐高温温度不低于600℃，优选为耐高温温度为600-1600℃。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，多能互补调峰系统还包括碳捕集装置，所述碳捕集装置的热解吸用热管路接口通过第五阀门(5)与第一储热单元出口管路相连接。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的多能互补调峰系统，其中，所述多能互补调峰系统还包括光伏发电系统；所述光伏发电系统，在用电高峰期，所发电能优先上网，在用电低谷时段，光伏发电系统的电能由多能互补调峰系统自身消纳。10.根据权利要求9所述的多能互补调峰系统，其中，所述光伏发电系统中的散热系统
进回水管路分别与凝汽器热井和凝结水管路相连接。

技术总结
本发明涉及一种多能互补调峰系统，该系统包括：锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、前置汽轮机、高温储放热装置、储水箱、塔式光热系统；所述高温储放热装置包括第一储热单元、第二储热单元和放热单元；所述第一储热单元，用于将锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至高温储放热装置；所述第二储热单元，用于将塔式光热系统中的热量储存至高温储放热装置；所述放热单元，用于将高温储放热装置储存的热量转化为高温蒸汽，高温蒸汽输送至前置汽轮机用于做功发电或作为供工业蒸汽；所述储水箱用于给所述高温储放热装置供水和/或存储循环流水；所述前置汽轮机排气口与汽轮机抽汽口管路相连；凝汽器，用于冷凝并收集汽轮机中放出的蒸汽。用于冷凝并收集汽轮机中放出的蒸汽。用于冷凝并收集汽轮机中放出的蒸汽。


技术研发人员：张宏伟 卫昶 梁文斌 刘均庆 苏志江 段春婷 高光辉
受保护的技术使用者：北京低碳清洁能源研究院
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2023/5/18