一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统及其运行方法

本发明涉及燃煤发电，具体涉及一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统及其运行方法。

背景技术：

1、随着世界范围内对环境保护和可持续发展的日益关注，能源行业正经历着一场深刻的变革。传统的火力发电作为主要能源供应方式，正逐步向以风能、太阳能等清洁能源为主的新体系过渡。可再生能源的广泛利用使得能源供应变得更加多样化，但也引发了新的问题。其中之一便是可再生能源的不稳定性和随机性，这意味着电力系统需要更灵活的调节措施来维持供需平衡。传统的火力发电机组在这一背景下需要进行改造，以适应这种新的运行模式。火电机组需灵活的变负荷来满足供需平衡。通过将储能技术与火电机组相结合，可以实现机组的灵活调峰，从而更好地应对可再生能源波动性带来的挑战。这种方法不仅可以提高系统的稳定性，还可以降低运行成本，并且有助于减少弃风弃光现象的发生，进一步推动区域的低碳转型。

2、可再生能源的增长需要灵活、低成本和高效的电力存储来平衡能源供需之间的不匹配。为了支撑区域内可再生能源的发展，燃煤机组需要在可再生能源负荷较高时能低负荷运行，以减少弃风弃光的发生，助力区域低碳。另一方面是用电高峰时期提高顶峰运行能力，昼夜发电差距过大，机组顶峰发电能力有限。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种梯级蓄放热系统的热电联产系统及运行方法，在传统燃煤发电系统中集成梯级蓄放热系统，根据实际需求，改变系统的运行方法，从而可以消纳弃风弃光时额外的电能，并转化为热能储存，也可在顶峰运行时将储存的热能转化为电能，缓解机组压力。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统，其特征在于，该系统包括汽轮机系统，梯级蓄放热系统；所述汽轮机系统的燃煤锅炉（14）过热器的蒸汽出口与同步阀（16）的一端连接，同步阀（16）的另两端分别与高压缸（18）的入口和过热器（8）的入口连接，高压缸（18）的出口与同步阀（17）的一端连接，同步阀（17）的另两端分别与燃煤锅炉（14）的再热器入口和再热器（15）的入口连接，再热器（15）的出口与同步阀（36）的一端连接，同步阀（36）的另两端分别与泵（34）的出口和同步阀（37）的一端连接，同步阀（37）的另两端分别与泵（34）的入口和同步阀（19）的一端连接，同步阀（19）另两端分别与燃煤锅炉（14）的再热器出口和中压缸（20）的入口连接，中压缸（20）的出口与分流阀（21）的入口连接，分流阀（21）的出口分别与低压缸（22）的入口和主热网加热器（12）的入口连接，低压缸（22）的出口与凝汽器（24）的入口连接，凝汽器（24）的出口与凝结水泵（25）的入口连接，除氧器（27）的入口分别与凝结水泵（25）的出口和主热网加热器（12）的出口和中压缸（20）的抽汽出口连接，热网回水与分流阀（26）的入口连接，分流阀（26）的出口分别与主热网加热器（12）的入口和辅热网加热器（11）的入口连接，混合阀（13）的两端分别与主热网加热器（12）的出口和辅热网加热器（11）的出口连接，混合阀（13）的一端与热网供水连接，除氧器（27）的出口与给水泵（28）的入口连接，同步阀（29）的两端分别与给水泵（28）的出口和预热器（10）的出口连接，同步阀（29）的另一端与燃煤锅炉（14）的预热器入口连接；

4、所述梯级蓄放热系统的低温储热罐（7）的出口与泵（32）的入口连接，泵（32）的出口与电动热泵（6）的入口连接，电动热泵（6）的出口与中温储热罐（5）的入口连接，中温储热罐（5）的出口与泵（40）的入口连接，泵（40）的出口与预热器（10）的入口连接，预热器（10）的出口与蒸发器（9）的入口连接，蒸发器（9）的出口分别与过热器（8）的入口和再热器（15）的入口连接，过热器（8）的出口与再热器（15）的出口混合后与同步阀（2）的一端连接，同步阀（2）的另两端与泵（35）的出口和同步阀（4）的一端连接，泵（35）的入口与高温储热罐（1）的出口连接，同步阀（4）的另两端分别与中温储热罐（5）的出口和泵（30）的入口连接，泵（30）的出口与电动热泵（3）的入口连接，电动热泵（3）的出口与高温储热罐（1）的入口连接，中温储热罐（5）的出口与泵（31）的入口连接，泵（31）的出口与辅热网加热器（11）的入口连接，辅热网加热器（11）的出口与低温储热罐的入口连接，同步阀（16）的一端与再热器（8）的入口连接，再热器（8）的出口与蒸发器（9）的入口连接，蒸发器（9）的出口与预热器（10）的入口连接，预热器（10）的出口与同步阀（38）的一端连接，同步阀（38）的另两端与泵（33）的入口和同步阀（39）的一端连接，同步阀（39）的另两端与泵（33）的出口和同步阀（29）的一端连接。

5、一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统的运行方法，其特征在于，所述梯级蓄放热系统有两种运行方法，充电循环和放电循环，充电循环时，有三种运行模式，运行模式一：低温储热罐（7）中的工质被泵（32）驱动，经过电动热泵（6）加热后进入中温储热罐（5）储存，运行模式二：部分主蒸汽通过同步阀（16）再依次过热器（8）、蒸发器（9）、预热器（10）放热，锅炉再热器出口的蒸汽经同步阀（19）分流和泵（34）加压后到再热器（15）放热，放热后到同步阀（17）再回到锅炉中。中温储热罐（5）的工质经泵（40）加压后依次经过预热器（10）、蒸发器（9）后同时经过过热器（8）和再热器（15）被蒸汽加热，加热后通过同步阀（5）混合中温储热罐（5）的部分工质通过电动热泵（3）直接加热到高温储热罐的温度要求，进入高温储热罐（1），运行模式三：运行模式一和运行模式二同时进行。如图二所示。

6、放电循环时，有三种运行模式，运行模式一：高温储热罐（1）中工质被泵（35）加压后通过同步阀（2）同时通过过热器（8）和再热器（15）放热后再依次经过蒸发器（9）和预热器（10）放热，进入中温储热罐（5）储存。除氧器（27）出口的循环水经泵（28）加压后到同步阀（29）分流，一部分进入到燃煤锅炉（14）的预热器中，一部分依次被预热器（10）、蒸发器（9）、过热器（8）梯级加热后经同步阀（16）进入高压缸（18）做功，做功后的蒸汽经同步阀（17）分流，一部分进入燃煤锅炉（14）的再热器中，一部分经再热器（15）加热，加热后的蒸汽到同步阀（19）与燃煤锅炉（14）再热器出口的蒸汽混合。运行模式二：中温储热罐（5）中的工质被泵（31）加压后经过辅热网加热器（11）加热热网供水，回到低温储热罐（7）中储存，运行模式三：运行模式一和二同时进行。如图三所示。

7、所述梯级蓄放热系统的高温储热罐（1）、中温储热罐（5）、低温储热罐（7）中所用工质可为太阳盐，是nano3 (60%) 和 kno3 (40%) 的混合物。

8、所述梯级蓄放热系统的充电循环中，驱动电动热泵（3）和电动热泵（6）的电力来自弃风弃光时多余的电力。

9、所述的一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统的运行方法，无论是哪种运行方法，三个储热罐中的工质温度需维持在230℃以上。

10、所述的一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统的运行方法，充电循环需要低温储热罐（7）和中温储热罐（5）中有工质，放电循环需要高温储热罐（1）和中温储热罐（5）中有工质。

11、本发明的积极有益效果：

12、本发明公开了一种集成梯级蓄放热系统的热电联产系统及其运行方法。建立三个储罐利用谷电，增大了能量储存密度，通过建立低温储热罐，扩大了工质储存温度，由于主蒸汽的温度限制，中温储热罐的温度维持在290℃以上，距工质的熔点还有60℃的可利用空间，因此增加低温储热罐。通过主蒸汽和电动热泵将太阳盐加热到不同的温度等级并储存，通过主蒸汽先预热，降低发电量的同时还降低了热泵处的换热损失。在弃风弃光量大时，也可直接将中温储热罐中的工质通过电动热泵加热。利用高温度等级的太阳盐对主蒸汽进行梯级加热，利用低温度等级的太阳盐加热热网水，降低换热损失。通过控制中温储热罐加热热网供水的质量流量，可以减少电网负荷或热网负荷，实现快速响应调峰。