一种火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的制作方法

本实用新型涉及能源利用领域，具体涉及一种火电厂固体蓄热发电调峰调频系统。

背景技术：

储能电站是我国可再生能源大规模接入的迫切要求。根据我国《可再生能源发展“十二五”规划》，到2015年，我国风电和太阳能并网装机分别达到1亿千瓦和1500万千瓦；到2020年，风电和太阳能并网装机分别达到2亿千瓦和5000万千瓦。但风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性和波动性对电网的冲击很大，导致我国风电和光伏发电未并网比例高，弃风/光严重。如2011年我国风电未并网率达到28％；光伏未并网率达到29％；三北地区平均弃风率约为16％，而2012年的全国总弃风量达200亿kw·h，为2011年的一倍，平均弃风率为20％，局部地区达40％。如果不解决风能和太阳能的大规模接入问题，到2015年和2020年，相当于每年将分别损失3300万吨和7000万吨标准煤。利用储能电站可以实现可再生能源平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等，使可再生能源发电稳定可控输出，满足可再生能源电力大规模接入并网的要求。

储能电站是提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的迫切需要。为了满足电力负荷的要求，当前的发电装机容量与电网容量是按最大需求建设，随着电网峰谷差日趋增大，必然导致非用电高峰时发电机组的停机或低负荷运行以及电网容量的浪费。2011年全国常规燃煤发电机组发电总负荷系数仅为51.8％，电网负荷利用系数也小于55％。利用储能电站储能可以大幅提高火电机组实际运行效率，增强电网的输电能力。以2011年为例，如果系统都提高到80％，则可减少2.1亿千瓦的火电装机建设和25％电网容量建设，相当于减少投资1.05万亿元，同时每年节约3000万吨标准煤。

近10年来，主要发达国家均启动了电力储能系统的国家级研究计划，包括美国、日本、英国、欧盟和澳大利亚等。预计到2050年，世界电力储能系统的容量将从现在占发电总量的3.0％(128gw)增加到10％～15％，甚至更高。截止2011年，我国储能装机为17gw，约占全国电力总装机的1.6％，远低于世界2.6％的平均水平；到2020年，我国电力储能装机容量需要达到70gw以上，占全国电力总装机容量的4.0％～5.0％。已有储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能(caes)、蓄热、蓄电池、超导、飞轮和超级电容器等，比较这些储能技术可以发现：除抽水蓄能、压缩空气储能和储热3种物理储能的单机容量可以达到或超过100mw规模外，其它储能技术均在10mw甚至1mw规模以下；也只有这3种物理储能技术成本较低，不超过100美元/kw·h，而且储能寿命较长。

常见的中高温蓄热材料有固体蓄热砖、蒸汽、水、导热油、液态金属、空气、熔融盐等，如果能够利用中高温固体蓄热砖，在用电高峰时段，产生高温蒸汽进入汽轮机增加发电量，在用电低谷时段，利用电加热器加热固体蓄热砖实现调峰调频蓄热，就可以实现火电厂的灵活的调峰调频等多种辅助服务。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种火电厂固体蓄热发电调峰调频系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种火电厂固体蓄热发电调峰调频系统，包括固体蓄热电锅炉及其供水管路和蒸汽联络管路、机组调峰控制单元；

所述固体蓄热电锅炉包括固体蓄热砖、调峰调频电加热器、耐高温风机、风水换热器；

所述调峰调频电加热器利用火电厂调峰或调频富余电力供电来加热所述固体蓄热砖；

所述耐高温风机将火电厂电站锅炉的空气抽入所述固体蓄热电锅炉与所述固体蓄热砖换热成为热空气；

所述供水管路连接火电厂除氧器或凝汽器，经过低压给水泵增压，将给水或凝结水送入所述风水换热器；

所述风水换热器将所述热空气热量传递给所述供水管路，使其供水蒸发成为过热蒸汽；

所述蒸汽联络管路将所述固体蓄热电锅炉产生的过热蒸汽送入汽轮机内做功带动发电机发电。

进一步的，所述固体蓄热电锅炉内布置的调峰调频电加热器的供电来自发电机出口母线、厂用电母线或升压站后的出厂母线，利用火电厂调峰或调频电力满足调峰调频电加热器的供电。

进一步的，所述调峰调频电加热器为布置在固体蓄热砖中的电加热片或电加热丝。

进一步的，所述固体蓄热电锅炉产生的过热蒸汽经过蒸汽联络管路送入蓄热小汽轮机，蓄热小汽轮机带动小发电机进行发电，或送入电站锅炉再热器入口、中压缸入口或低压缸入口的任一入口，利用所述固体蓄热电锅炉产生的过热蒸汽在汽轮机内做功带动发电机发电。

进一步的，所述蓄热小汽轮机的排汽进入蓄热小汽轮机凝汽器凝结或送入火电厂大凝汽器进行凝结。

进一步的，所述调峰调频系统参与火电厂调峰、调频、可中断负荷、黑启动等辅助服务中的任意一种或组合。

进一步的，所述固体蓄热电锅炉内还布置高温烟气换热器，连接电站锅炉烟气供回管路，抽取电站锅炉的高温烟气加热固体蓄热砖。

进一步的，所述固体蓄热电锅炉内布置有高温蒸汽换热器，连接高温蒸汽管路，利用高温蒸汽加热固体蓄热砖，所述高温蒸汽来自电站锅炉主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽中的任意一种。

进一步的，所述固体蓄热砖的蓄热材料包括混凝土、固体镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、沙子、土壤中的任意一种。

进一步的，所述固体蓄热电锅炉为单级、两级、三级或多级蓄热；所述单级固体蓄热电锅炉内温度为350度以上。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型的火电厂固体蓄热发电调峰调频系统中，固体蓄热电锅炉通过电加热器利用调峰调频电力实现蓄热，节约能源，可以在用电高峰负荷时段辅助增加火电厂发电量，在用电低谷时段可以将火电厂的多余电力储存在固体蓄热砖中，从而实现火电厂蓄热调峰调频。

2)火电厂固体蓄热发电调峰调频系统设置在火电厂中，充分利用现有火电机组设备，不用新建发电机组，投资节省巨大。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的总体示意图；

图2为本实用新型实施例2中的火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的示意图；

图3为本实用新型实施例3中的火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的示意图；

图4为本实用新型实施例4中的火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的工作方法的流程示意图。

附图标记

1-电站锅炉，2-大汽轮机，3-发电机，4-大凝汽器，5-低压加热器，6-除氧器，7-高压加热器，8-低压给水泵，9-固体蓄热电锅炉，10-调峰调频电加热器,11-蓄热小汽轮机，12-风水换热器,13-高温烟气换热器,14-高温蒸汽换热器,15-机组调峰调频控制单元，16-小发电机，17-耐高温风机，18-固体蓄热砖，19-供水管路，20-蒸汽联络管路，21-蓄热小汽轮机凝汽器。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

如图1所示，一种火电厂固体蓄热发电调峰调频系统，包括固体蓄热电锅炉9及其供水管路19、蒸汽联络管路20和机组调峰调频控制单元15。固体蓄热电锅炉包括固体蓄热砖18、调峰调频电加热器10、耐高温风机17和风水换热器12。火电厂固体蓄热发电调峰调频系统设置在火电厂内。火电厂内的电站锅炉1燃烧煤粉加热锅炉内的水，产生水蒸汽，驱动大汽轮机2运动产生动能，大汽轮机带动发电机3转子运动，切割磁力线产生电能。释放出热势能的蒸汽从大汽轮机2的排气口排出，送入凝汽器4冷却，重新凝结成水，凝结水由凝结水泵送入低压加热器5并最终回到除氧器6内。除氧器6中的水一部分送到高压加热器7，并回到电站锅炉中，一部分通过低压给水泵8将水送到固体蓄热电锅炉9内的供水管路19，再送入风水换热器12中进行换热。固体蓄热电锅炉内的耐高温风机17将电站锅炉1的空气抽入固体蓄热电锅炉9与固体蓄热砖18换热成为热空气，并送入风水换热器12中，风水换热器12接收热空气，将热空气热量传递给供水管路19输送的供水，使其蒸发成为过热蒸汽，过热蒸汽进入蒸汽联络管路20。

蒸汽联络管路20连接火电厂内的再热器(图中未画出)和蓄热小汽轮机11，再热器连接大汽轮机2，蓄热小汽轮机11连接小发电机16、蓄热小汽轮机凝汽器21和大凝汽器4。大汽轮机2和发电机3为火电厂现有机组，蓄热小汽轮机11和小发电机16可为新投资建设的火电机组，发电能力比火电厂的大汽轮机2和发电机3小。

固体蓄热电锅炉9包括固体蓄热砖18、调峰调频电加热器10、耐高温风机17和风水换热器12。固体蓄热砖为长方体，本实施例中使用的显热蓄热材料制作固体蓄热砖，显热蓄热材料包括混凝土、固体蓄热镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、耐高温导热油中的任意一种。优选的，本实施例中固体蓄热砖为固体蓄热镁砖，多层布置于固体蓄热电锅炉的炉体内，每层固体蓄热砖之间布置调峰调频电加热器10。调峰调频电加热器10为电加热片或电加热丝组成，电加热片或电加热丝由高压发热电阻制成。高压交流电通过电加热片或电加热丝后发热，加热固体蓄热砖从而实现蓄热。每个固体蓄热砖以及固体蓄热砖与固体蓄热电锅炉炉体之间留有空气通过的空隙。在用电低谷时期，机组调峰调频控制单元15用富余电力通过调峰调频电加热器10将固体蓄热砖加热至一定温度进行储能。

机组调峰调频控制单元15根据上级电网的电厂集中控制系统的调度指令，控制固体蓄热电锅炉9的充电。当电力供应有富余时，电厂集中控制系统控制机组调峰调频控制单元15，向固体蓄热电锅炉9进行充电蓄热。调峰调频电加热器10利用机组调峰调频控制单元15供电来加热固体蓄热砖18。固体蓄热电锅炉内布置的调峰调频电加热器10供电来自发电机出口母线、厂用电母线或升压站后的出厂母线，利用火电厂调峰调频电力满足电加热器供电。发电机出口母线为发电机机端电压母线，发电机出口母线经电抗器接到厂用电母线。

当电力供应紧张时，固体蓄热电锅炉9进行放热发电。火电厂内的低压加热器5连接除氧器或凝汽器，通过低压给水泵8将给水或凝结水通过供水管路19送入固体蓄热电锅炉内布置的风水换热器12，耐高温风机17推动空气经过风道流至固体蓄热砖18处，固体蓄热砖将流过的空气进行加热，升温后的空气流至风水换热器12的翅片管内，将翅片管内的液体加热后，再进入耐高温风机内继续循环，翅片管内的液体升温后产生的高温蒸汽进入蒸汽联络管路20中。过热蒸汽通过蒸汽联络管路20或送入蓄热小汽轮机11，做功发电，或送入火电机组再热器，将蒸汽温度进一步升高后，进入大汽轮机2的中压缸做功发电。蓄热小汽轮机11中的放热后的蒸汽进入蓄热小汽轮机凝汽器21进行冷却或进入大汽轮机2的大凝汽器4中冷却。

在一较佳实施例中，固体蓄热砖为多个空心通孔的长方体，电加热丝从空心通孔中穿过，对固体蓄热砖进行加热，提高加热效率。

固体蓄热电锅炉为单级、两级、三级或多级蓄热，单级蓄热装置内温度为300度以上。固体蓄热电锅炉为两级蓄热装置时，两级蓄热装置之间通过并联或串联方式连接。当固体蓄热电锅炉为三级蓄热或多级蓄热时，各级蓄热装置之间采用并联、串联或串并联的方式连接。

在本实施例中，风水换热器12为低压翅片管束换热器。耐高温风机17可循环高温空气。

在一较佳实施例中，固体蓄热电锅炉的炉体外部还包覆有保温层，减少热量的流失。

火电厂固体蓄热调峰调频系统可参与火电厂调峰、调频、可中断负荷、黑启动等辅助服务中的任意一种或组合。在火电厂需要降低上网电量时，将电能储存到固体蓄热电锅炉的固体蓄热砖中，在火电厂需要提高发电量时，将固体蓄热电锅炉的固体蓄热砖中储存的热能转化为电能，并入电网，从而实现电力调频、调峰等电网辅助服务。当停电事故发生后，本实用新型也能将固体蓄热电锅炉作为黑启动电源，此时固体蓄热电锅炉中固体蓄热砖中储存的热能加热冷却水产生高温蒸汽，送往蓄热小汽轮机11，小发电机16产生交流电，经过升压后输出至升压站母线，输电线路充电后，启动火电厂大型机组，被启动机组并网恢复发电能力，从而实现黑启动。当电力公司必须中断一定数量的负荷时，电网电力调度中心向机组调峰调频控制单元15发送调度指令，将一部分电力转化为热能储存到固体蓄热电锅炉中固体蓄热砖中，固体蓄热电锅炉中固体蓄热砖中的热能还能再转化为电能，可销售给用户，从而实现调峰电价调节供需关系,使市场有限资源优化再分配,实现社会效益最大化。

实施例2

如图2所示，本实施例中，固体蓄热电锅炉9内还布置高温烟气换热器13，连接火电厂电站锅炉1烟气供回管路。烟气供回管路包括烟气供气管路和烟气回气管路。烟气供气管路上设置进口阀，烟气回气管路上设置出口阀。当需要对固体蓄热砖蓄热时，打开烟气供气管路上的进口阀，耐高温风机17通过烟气供气管路抽取火电厂电站锅炉高温烟气加热固体蓄热砖，固体蓄热电锅炉内的固体蓄热砖吸收高温烟气的热量后，达到其蓄热温度。换热完成后的低温烟气从出口阀排出，通过烟气回气管路回电站锅炉1，并通过电站锅炉的排气管道排出。当需要固体蓄热砖释放热能发电时，耐高温风机17推动空气经过风道流至固体蓄热砖处，固体蓄热砖将流过的空气进行加热，升温后的空气流至风水换热器12的翅片管内，将翅片管内的液体加热后，再进入耐高温风机内继续循环，翅片管内的液体升温后产生的高温蒸汽进入蒸汽联络管路20中。高温蒸汽驱动大汽轮机2或蓄热小汽轮机转动发电，换热后的低温蒸汽送往大汽轮机2的凝汽器4或蓄热小汽机的蓄热小汽轮机凝汽器21中进行冷却。

实施例3

如图3所示，本实施例中，固体蓄热电锅炉内还布置有高温蒸汽换热器14，高温蒸汽换热器14连接高温蒸汽管路，高温蒸汽管路通过进口阀连接火电厂电站锅炉主蒸汽管路，再热器管路和汽轮机抽汽管路，抽取来自火电厂电站锅炉主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽中的任意一种高温蒸汽。固体蓄热电锅炉内的固体蓄热砖吸收高温蒸汽的热量后，达到其蓄热温度。当需要固体蓄热砖释放热能发电时，耐高温风机17推动空气经过风道流至固体蓄热砖处，固体蓄热砖将流过的空气进行加热，升温后的空气流至风水换热器12的翅片管内，将翅片管内的液体加热后，再进入耐高温风机内继续循环，翅片管内的液体升温后产生的高温蒸汽通过出口阀进入蒸汽联络管路20中。蒸汽联络管路20将高温蒸汽送往大汽轮机2或蓄热小汽轮机11。高温蒸汽驱动大汽轮机2或蓄热小汽轮机转动发电，换热后的低温蒸汽送往大汽轮机2的凝汽器4或蓄热小汽机的蓄热小汽轮机凝汽器21中进行冷却。

实施例4

如图4所示，本实施例提供一种如上所述的火电厂固体蓄热发电调峰调频系统的工作方法，包括如下步骤：

s1、根据火电厂内场地情况，设计选择最佳的固体蓄热电锅炉的固体蓄热材料，并设计蓄热级数和每级固体蓄热电锅炉的固体蓄热材料的蓄热温度工作范围；蓄热材料包括混凝土、固体镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、沙子、土壤中的任意一种。根据火电厂调峰调频能力，以及选择的固体蓄热电锅炉的固体蓄热材料及固体蓄热材料的蓄热温度工作范围，设计出固体蓄热电锅炉的蓄热级数。

s2、根据每级固体蓄热电锅炉9的固体蓄热材料温度，选择对应的蓄热热源，采用调峰调频电力驱动的调峰调频电加热器作为蓄热热源；或利用电站锅炉高温烟气、主蒸汽、再热蒸汽或大汽轮机抽汽作为蓄热热源；

s41、根据火电厂目前的运行状态，如果有富余的调峰调频电力可驱动调峰调频电加热器，则跳转执行步骤s42；如果电站锅炉容许抽取高温烟气用于加热固体蓄热砖18，则跳转执行步骤s43；如果火电厂有富余的主蒸汽、再热蒸汽或大汽轮机抽汽用于加热固体蓄热砖18，则跳转执行步骤s44；

s42、利用富余调峰调频电力为固体蓄热电锅炉的调峰调频电加热器供电，利用电加热方式使固体蓄热砖达到其蓄热温度；

s43、打开高温烟气换热器的加热烟进口阀，从电站锅炉引流过来的高温烟气进入高温烟气换热器放热后，从出口阀排出回到电站锅炉烟道；固体蓄热电锅炉内的固体蓄热砖吸收高温烟气的热量后，并达到其蓄热温度；

s44、打开高温蒸汽换热器的加热蒸汽进口阀和出口阀，从火电厂电站锅炉主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽引流过来的高温蒸汽进入高温蒸汽换热器放热后从出口阀排出回到火电厂热力系统；固体蓄热电锅炉内的固体蓄热砖吸收高温蒸汽的热量后，达到其蓄热温度；

s5、利用固体蓄热电锅炉加热产生的蒸汽，进入火电厂大汽轮机带动发电机增加发电量，从而增加火电厂电力需求高峰阶段的顶尖峰能力，减少其电站锅炉燃煤的使用量。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除