一种混合能源蓄热锅炉节电系统及控制方法与流程

本发明涉及锅炉节能，具体涉及一种混合能源蓄热锅炉节电系统及控制方法。

背景技术：

1、太阳能是一种十分丰富的自然能源和清洁能源，有利于实现我国节能减排的总体目标。尽管太阳能辐射到地球大气层的能量仅占其总辐射能的22亿分之一，但总能量已经非常高了，每秒辐射到地球的总能量相当于500万吨的标准煤。其中我国有2/3的国土年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过6000gj/m2。太阳能资源丰富、清洁利用等优点使得太阳能得到了广泛应用，太阳能利用主要包括光伏发电技术和太阳能集热技术。

2、但是，太阳能资源受天气和气候因素影响比较大，具有一定的间歇性和随机性，为延长系统运行时间，通常增设储热装置或蓄能装置，但储热效率低，发电成本增加，究其原因，主要是现有的多种能源互补的发电方式，能量生产和能量消耗之间相关性较小，未形成优势互补，举个热电厂的例子，太阳能电池板可以单独发电并且将电量并入市网，电网中多余的电能无法以某种形式存储，未被热电厂锅炉有效利而白白浪费掉；另一方面，现有的热电厂中园区面积较大，多设置于市郊或乡镇中，多利用传统的化石能源进行发电和供热，由于厂区开阔，太阳辐射量大，太阳能资源很丰富，却未被合理利用。

3、因此，如何实现太阳能与传统的化石燃料发电互补，最大程度地发挥节能优势，增强能量生产和能量消耗之间的稳定性，维持电网负荷的稳定，成为本领域普通技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了更好地解决上述背景技术中的技术难题，本发明提出了一种混合能源蓄热锅炉节电系统及控制方法，其具体方案如下：

2、一种混合能源蓄热锅炉节电系统，包括常规锅炉、蒸汽轮机、发电机、光伏逆变单元、太阳能光电板、太阳能集热器、储热水箱、蓄热锅炉，其中，所述常规锅炉与蒸汽轮机气路连接，所述蒸汽轮机与发电机机械连接，所述蒸汽轮机带动所述发电机发电，所述发电机与市网（即市政电网）电连接，所述市网的另一端与光伏逆变单元电连接，所述光伏逆变单元与多个太阳能光电板连接；所述蒸汽轮机通过回水管与储热水箱水路连接，所述储热水箱又与太阳能集热器水路连接，所述储热水箱的出水口通过出水管与蓄热锅炉连接，所述蓄热锅炉中具有蓄热体，从出水管流入的高温水在蓄热体内进行储热，通过所述蓄热体加热的后产生的蒸汽，进入蒸汽管中，所述蒸汽管与蒸汽轮机气路连接。

3、所述常规锅炉与所述蓄热锅炉并联，所述常规锅炉可采用燃气锅炉、燃油锅炉或电锅炉，在白天用电高峰期，所述太阳能光电板接收太阳能，将光能转化为电能，并通过光伏逆变单元转化为符合市网电力要求的交流电，并入市电电网；同时，所述太阳能集热器将光热能转化为热能，将热水源源不断地储存在储热水箱中，加热所述蓄热锅炉中的蓄热体，使得蓄热体温度升高，所述蓄热体采用相变材料；在夜间用电低峰期，利用材料高温相变时释放的相变潜热热量加热蓄热锅炉中的水，是高温水快速汽化，转变为高温高压的水蒸气，同时，接入市网的水泵、控制单元可以利用白天太阳能产生的电量，进而，通过白天燃气+太阳能发电，晚上耗费部分太阳能发电，维持全天市电电网负荷的稳定性，不仅实现了对公用电力系统“削峰填谷”的目的，而且相对于单纯运行常规锅炉，其节能效果更加显著。

4、优选地，所述蓄热锅炉内还设置有多个电加热板，每个所述电加热板均与蓄热体间隔设置，所述电加热板通过输电线与市网连接。

5、回水管上设置有循环水泵，用于驱动水在蒸汽管、回水管、循环水泵、出水管等管路之间进行水路循环。

6、在太阳能资源较弱的地区，通过电能辅助加热，将高温水转换成水蒸气；由于太阳能光电板可以并网发电，发出的电能充入市网中，根据能量守恒的关系，除去电网热损耗，太阳能光电板发出的绝大部分电能绝大部分用来给电加热板、水泵以及控制单元供电，相对于单纯使用普通的以化石燃料燃烧的供热锅炉，不仅有利于节约能耗，还有利于维持电网负荷的稳定性，实现电力系统“削峰填谷”。

7、优选地，所述太阳能光电板、太阳能集热器、储热水箱设置在热电厂建筑物的上方，进而充分的利用太阳能进行发电和供热，更好地实现可再生能源的热电联产。

8、所述蓄热锅炉内设置有多个温度传感器，多个所述温度传感器通过导线与蓄热锅炉外部的控制单元连接，并均匀设置在蓄热锅炉的蓄热室的上方，所述控制单元与触屏显示单元、存储器连接，通过所述触屏显示单元设置预设温度阈值和预设运行时间段，所述预设温度和预设时间数据存储在存储器中，所述预设运行时间段包括第一预设运行时间段和第一预设运行时间段。

9、在上述混合能源蓄热锅炉节电系统的基础上，本发明又进一步提出了一种用于混合能源蓄热锅炉节电系统的控制方法，所述控制方法包含如下步骤：

10、ss1：通过触屏显示单元设定预设温度阈值[tset1，tset2]、第一预设运行时间段δh1和第二预设时间段δh2，其中tset1＜tset2，且tset1大于等于水的汽化温度tr；

11、上述第一预设运行时间段δh1指混合能源蓄热锅炉节电系统的运行时间，第二预设运行时间段δh2指循环水泵运行时的运行时间。

12、ss2：当时间点处于预设运行时间段δh1时，控制所述常规锅炉启动，驱动所述蒸汽轮机、发电机发电，电路接通太阳能光电板；

13、ss3：在步骤ss2的基础上，当时间点处于预设运行时间段δh2时，启动所述循环水泵，实时监测n个温度传感器测量的温度t1、t2……、tn，并求出蓄热锅炉内的温度均值tavg，其中，tavg=（t1+t2……+tn）/n；

14、ss4：当检测在80%δh2时间段内，tavg仍然小于tset1，则启动所述电加热板加热；

15、ss5：当tavg在[tset1，tset2]范围之内时，减小所述常规锅炉的蒸汽供汽量，增大所述蓄热锅炉的蒸汽供汽量；

16、蒸汽供汽量可通过管道上的阀门进行调节。

17、ss6：当tavg>tset2时，停止所述常规锅炉运行，使系统全部依靠蓄热锅炉所述供汽。

18、综上所述，本发明提出的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，与现有技术相比，其优点在于：

19、（1）相对于传统的只采用石燃料燃烧的供热锅炉，混合能源蓄热锅炉节电系统，其节电效果显著；

20、（2）保持市电电网负荷的稳定性，有利于电力系统的“削峰填谷”总目标的实现；

21、（3）电能和热能均可以通过蓄热锅炉实现存储，充分地利用了电网和太阳能发电各自的优势，既避免了太阳能并网发电未被及时利用而浪费掉，也有利于电网负荷的稳定性；

22、（4）太阳能光电板和太阳能集热器可设置在热电厂建筑物的顶部，蓄热锅炉温度可自动调控，进而有效结合了燃气发电和太阳能储热系统发电，且使两者可以有效衔接，防止两种供气汽方式衔接不当，给机组造成损失。

技术特征：

1.一种混合能源蓄热锅炉节电系统，包括：常规锅炉、蒸汽轮机、发电机、光伏逆变单元、太阳能光电板、太阳能集热器、储热水箱、蓄热锅炉，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述常规锅炉与所述蓄热锅炉并联，所述常规锅炉采用燃气锅炉、燃油锅炉或电锅炉三者任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述蓄热锅炉中具有蓄热体，所述蓄热体采用高温相变材料。

4.根据权利要求1所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述蓄热锅炉内还设置有多个电加热板，每个所述电加热板均与蓄热体间隔设置，所述电加热板通过输电线与市网连接。

5.根据权利要求1所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述回水管上设置有循环水泵，循环水泵用于驱动水在蒸汽管、回水管、循环水泵、出水管等管路之间进行水路循环。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述蓄热锅炉内设置有多个温度传感器，多个所述温度传感器通过导线与蓄热锅炉外部的控制单元连接，并均匀设置在蓄热锅炉的蓄热室的上方，所述控制单元与触屏显示单元、存储器连接，通过所述触屏显示单元设置预设温度阈值[tset1，tset2]和预设运行时间段，所述预设温度阈值[tset1，tset2]和预设时间数据存储在存储器中，所述预设运行时间段包括第一预设运行时间段δh1和第一预设运行时间段δh2；

7.一种用于混合能源蓄热锅炉节电系统的控制方法，基于权利要求6所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于，所述控制方法包含如下步骤：

8.根据权利要求1所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述常规锅炉和蓄热锅炉之间通过供气管连接。

9.根据权利要求8所述的一种混合能源蓄热锅炉节电系统，其特征在于：所述蓄热锅炉的一端连接燃烧器，所述燃烧器与供气管连接，所述蓄热锅炉内部设置有密封的隔板，通过所述隔板将蓄热锅炉的内部分隔为下部的燃烧室和上部的蓄热室，所述蓄热室内嵌设有多个蓄热体。

技术总结本发明涉及一种混合能源蓄热锅炉节电系统及控制方法，包括互相连接的常规锅炉、蒸汽轮机、发电机、光伏逆变单元、太阳能光电板、太阳能集热器、储热水箱、蓄热锅炉，与现有的热电厂锅炉系统相比，其节电效果显著，实现电力系统“削峰填谷”的目的；电能和热能均可以通过蓄热锅炉实现存储，充分利用了电网和太阳能发电各自的优势，既避免了太阳能并网发电未被及时利用而浪费掉，也有利于电网负荷的稳定性；此外，太阳能光电板和太阳能集热器可设置在热电厂建筑物的顶部，蓄热锅炉温度可自动调控，进而有效结合了燃气发电和太阳能储热系统发电，且使两者可以有效衔接，防止两种供气汽方式衔接不当，给机组造成损失。技术研发人员：高鹏展受保护的技术使用者：高鹏展技术研发日：技术公布日：2024/1/13