一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统及其性能分析方法与流程

本发明涉及储能，尤其是涉及一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统及其性能分析方法。

背景技术：

1、全球可再生能源装机量不断增长，根据国际能源署的预测，到2050年，可再生能源将占世界新增电容量的95％，其中太阳能和风能新增装机容量占90％。然而太阳能和风能等可再生能源存在间歇性和不确定性，这对电网的稳定性和可靠性提出了重大挑战。我国全国发电总装机容量25.6亿千瓦，火电13.3亿千瓦，其中煤电机组装机占比43.8％，提供了60％以上的发电量和70％的调峰任务。随着可再生能源装机的不断增长，我国构建新型电力系统不断推进，燃煤机组需要满足更高的灵活性要求，特别需要具备低负荷运行的能力，实现大规模消纳可再生能源。

2、现有熔盐储能耦合燃煤机组技术主要为电加热熔盐方式，此方式系统较为简单，仅需发电机端引出电能，电加热熔盐储能即可。且储能系统性能分析较为简单，储释能过程为电到热再到电的过程，系统效率和引出电能多少相关。若存在多种热源加热熔盐储能系统，系统会更复杂，同时也需提出一种新的系统性能分析方法。

3、为了解决以上问题，专利号为cn115199996a的中国发明专利提出一种基于燃煤机组的高温熔盐储能热电联供系统及方法，包括电锅炉、热盐罐、热盐泵、冷盐罐、蒸汽发生系统、汽轮机、凝汽器、循环水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器和冷盐泵；通过将燃煤机组改造为熔盐储能热电联供系统可替代煤炭，具备类似储存煤和锅炉的瞬态燃烧产生可调可控蒸汽参数的特性。利用可再生能源所产生的的绿电，大幅度降低炭排放。同时可利用已有的汽轮发电机组和锅炉煤场等场地，为煤电厂和人员提供继续发展路径，可为新能源发电的储能调峰，发、用量和时间两者均不一致提供解决方案，可提供电、热、冷等产品，热用户可以是采暖或工业蒸汽等，适于推广应用。

4、该一种基于燃煤机组的高温熔盐储能热电联供系统及方法通过将燃煤机组改造为熔盐储能热电联供系统，具备类似储存煤和锅炉的瞬态燃烧产生可调可控蒸汽参数的特性，主要目的是可替代煤炭，利用可再生能源所产生的的绿电，大幅度降低炭排放，并未同时考虑蒸汽加热和电加热作为能源，且未进行性能分析和配置优化。

技术实现思路

1、本发明主要是解决现有技术中没有一种蒸汽和电作为热源的熔盐储能系统性能分析方法，无法具体指导系统配置方案的问题，提供了一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统及其性能分析方法。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，包括汽水系统和连接在汽水系统上的发电机，其特征在于，汽水系统上接有熔盐储能模块和熔盐释能模块。

4、作为一种优选方案，汽水系统包括锅炉、连接在锅炉出口端的汽轮机和连接在锅炉入口端的加热器模块，加热器模块包括依次连接的凝汽器、低压加热器、除氧器和高压加热器。

5、作为一种优选方案，熔盐储能模块包括电加热器、连接在锅炉出口端的显热换热器、连接在显热换热器出口端的冷凝器和连接在冷凝器出口端的过冷器，熔盐释能模块包括熔盐给水换热器。

6、作为一种优选方案，发电机的输出端连接电加热器，过冷器的出口端连接除氧器，除氧器的出口端连接熔盐给水换热器，熔盐给水换热器的出口端连接锅炉。

7、作为一种优选方案，锅炉的出口端连接汽轮机，汽轮机包括依次连接的低压缸、中压缸和高压缸，高压缸的出口端连接锅炉。

8、一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、配置因子变量；

9、s2、计算来自机组提取的热能；

10、s3、计算熔盐的质量流量；

11、s4、计算性能指标。

12、作为一种优选方案，配置的因子变量包括主蒸汽的蒸汽抽取比和发电机发电量分流比，蒸汽抽取比可以表示为

13、

14、式中：αs为蒸汽抽取比，ms，ex为从主蒸汽中抽取蒸汽的质量流量，单位为kg/s；ms为主蒸汽的质量流量，单位为kg/s，发电量分流比可以表示为

15、

16、式中：αe为发电量分流比，pe，ex为从发电机端引出电能功率，单位为kw；pe为发电机发电功率，单位为kw。

17、作为一种优选方案，机组提取的热能是根据蒸汽提取比和发电量分流比来计算

18、qs＝αsms，0(hs-hw)

19、qe＝λαepe，0

20、式中：qs是从主蒸汽提取的热能，单位为kw；ms，0是锅炉产生的主蒸汽的质量流量，单位为kg/s；hs为主蒸汽的焓值，单位为kj/kg；hw为过冷水的焓值，单位为kj/kg；qe是从发电机端引出的电转化为的热能，单位为kw；λ为电热转化效率；pe，0为发电机发电功率，单位为kw。

21、作为一种优选方案，当熔盐从tc加热到th时，熔盐的质量流量计算如下

22、

23、式中：mms，s和mms，e分别是流入熔盐蒸汽换热系统和熔盐电加热器的质量流量，单位为kg/s；cp是熔盐的比热容，单位为j/kgk；tc，ms和th，ms分别是冷热熔盐的温度，单位为℃。

24、作为一种优选方案，在步骤s4中，所述性能指标包括评估灵活性影响的输出功率变化比和储能系统性能、储能释能过程效率的等效往返效率。

25、因此，本发明的优点是：

26、本发明专利提出了一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，储存锅炉产生的蒸汽热能和发电机发出的电能，并进一步提出了一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，研究热能和电能的协同利用效应，在灵活性和效率方面，煤电机组熔盐调峰系统的性能可得到较好的评估。

技术特征：

1.一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，包括汽水系统和连接在汽水系统上的发电机，其特征在于，汽水系统上接有熔盐储能模块和熔盐释能模块，汽水系统包括锅炉、连接在锅炉出口端的汽轮机和连接在锅炉入口端的加热器模块。

2.根据权利要求1所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，其特征在于，熔盐储能模块包括电加热器、连接在锅炉出口端的显热换热器、连接在显热换热器出口端的冷凝器和连接在冷凝器出口端的过冷器，熔盐释能模块包括熔盐给水换热器。

3.根据权利要求2所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，其特征在于，发电机的输出端连接电加热器，过冷器的出口端连接除氧器，除氧器的出口端连接熔盐给水换热器，熔盐给水换热器的出口端连接锅炉。

4.根据权利要求1所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，其特征在于，汽轮机包括低压缸、与低压缸连接的中压缸和与中压缸连接的高压缸，高压缸的出口端连接锅炉。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统，其特征在于，加热器模块包括依次连接的凝汽器、低压加热器、除氧器和高压加热器。

6.一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，配置的因子变量包括主蒸汽的蒸汽抽取比和发电机发电量分流比，蒸汽抽取比可以表示为

8.根据权利要求7所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，机组提取的热能是根据蒸汽提取比和发电量分流比来计算

9.根据权利要求6或7或8所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，当熔盐从tc加热到th时，熔盐的质量流量计算为

10.根据权利要求6所述的一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统的性能分析方法，其特征在于，在步骤s4中，所述性能指标包括评估灵活性影响的输出功率变化比和储能系统性能、储能释能过程效率的等效往返效率。

技术总结本发明为了解决现有技术中没有一种蒸汽和电作为热源的煤电机组熔盐调峰系统性能分析方法，无法具体指导系统配置方案的问题，提供了一种主蒸汽耦合电加热的熔盐调峰系统及其性能分析方法，系统包括汽水系统和连接在汽水系统上的发电机，汽水系统上接有熔盐储能模块和熔盐释能模块，方法包括配置因子变量、计算来自机组提取的热能、计算熔盐的质量流量和计算性能指标四个步骤。本发明研究热能和电能的协同利用效应，在灵活性和效率方面，煤电机组熔盐调峰系统的性能可得到较好的评估。技术研发人员：俞李斌,郑成航,王伊凡,高翔,刘盛辉,戴中林,孙士恩,李文俊,杨旭东受保护的技术使用者：浙江省白马湖实验室有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/12