一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法

技术领域

本发明属于汽轮机技术领域，涉及一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法。

背景技术

随着电力结构的调整，新能源发电机组装机容量逐年升高，但新能源机组受自然环境制约电力输出不稳定，电网无法消纳时弃风弃光现象经常出现，新能源发出的电力无法被充分利用，需要储能装置进行能量暂存才能更好的满足电网的需求。在新能源机组装机容量逐年增加的情况下，燃煤机组装机容量占比逐年下降，300MW及以下的燃煤机组已经逐步开始关停，但目前较多燃煤机组一直承担对外供热的任务，但新能源机组较少具备对外供热能力，无法满足供热需求。如果通过技术措施，能对关停的机组进行设备利旧使用，辅助新能源机组进行调峰，同时具备对外供汽的功能，则可以达到减少新能源机组的弃电量、延长关停机组的设备使用时间以及满足对外供热需求的功能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中新能源机组较少具备对外供热能力，无法满足供热需求的问题，提供一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法，本发明通过燃煤机组汽轮机设备利旧，达到对新能源发电机组储能进行发电及供热利用的目的。本发明能够增加新能源设备的发电量，将电网无法消纳的电量转换成热量进行存储，同时通过燃煤机组汽轮机设备利旧，将储能装置中的热量转换为电量和对外供热量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热系统，包括：

汽轮机组，所述汽轮机组的各级排汽及抽汽与换热装置相连，作为换热装置的热源；

换热装置，所述换热装置与储热装置相连，用于与储热装置内的工质进行换热；

储热装置，所述储热装置上连接有风力发电机组和太阳能发电机组，用于对储热装置内工质进行电加热。

上述系统进一步的改进在于：

所述汽轮机组包括依次同轴连接的汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸以及发电机；汽轮机高压缸的排汽进入换热装置进行换热，换热后进入汽轮机中压缸做功，做功后排汽进入汽轮机低压缸进行做功，做工后排汽依次进入凝汽器、凝结水泵、低压加热器以及除氧器；除氧器的出口一路通过给水泵与高压加热器相连，另一路通过增压泵进入换热装置进行换热，换热后通过供热调节阀对外供热；高压加热器出口的水进入换热装置进行换热，换热后返回汽轮机高压缸进行做功。

所述低压加热器的热源为汽轮机低压缸的抽汽，除氧器的热源为汽轮机中压缸的抽汽，高压加热器的热源为汽轮机高压缸的抽汽。

所述储热装置包括高温储热罐和低温储热罐，所述高温储热罐和低温储热罐内的工质为熔融盐，所述低温储热罐的入口连接换热装置的出口，高温储热罐的出口连接换热装置的入口；

所述低温储热罐的出口一路连接第一低温熔盐泵，另一路连接第二低温熔盐泵；第一低温熔盐泵出口依次连接第一熔盐电加热器和第一熔盐调节阀；第二低温熔盐泵出口依次连接第二熔盐电加热器和第二熔盐调节阀；第一熔盐调节阀和第二熔盐调节阀均连接高温储盐罐的入口。

所述第一熔盐电加热器与风力发电机组相连，第一熔盐电加热器的电源由风力发电机组提供；第二熔盐电加热器与太阳能发电机组相连，第二熔盐电加热器的电源由太阳能发电机组提供。

所述换热装置包括供热熔盐加热器、过热熔盐换热器、蒸发熔盐换热器、预热熔盐换热器以及再热熔盐换热器；

所述供热熔盐加热器的热侧入口、过热熔盐换热器的热侧入口和再热熔盐换热器的热侧入口均与储热装置的出口相连；过热熔盐换热器的热侧出口和再热熔盐换热器的热侧出口均连接至蒸发熔盐换热器的热侧入口；供热熔盐加热器的热侧出口和蒸发熔盐换热器热侧出口均连接至预热熔盐换热器的热侧入口，预热熔盐换热器的热侧出口与储热装置的入口；

所述汽轮机高压缸的排汽连接再热熔盐换热器的冷侧入口，再热熔盐换热器的冷侧出口连接汽轮机中压缸的进汽；所述增压泵的出口连接供热熔盐加热器的冷侧入口，供热熔盐加热器的冷侧出口连接供热调节阀；高压加热器的出口通过给水调节阀连接至预热熔盐换热器的冷侧入口，预热熔盐换热器的冷侧出口连接蒸发熔盐换热器的冷侧入口，蒸发熔盐换热器的冷侧出口连接过热熔盐换热器的冷侧入口，过热熔盐换热器的冷侧出口连接汽轮机高压缸的进汽。

所述储热装置的出口连接热熔岩泵，所述热熔岩泵出口分为三路，第一路连接供热熔盐加热器的热侧入口，第二路连接过热熔盐换热器的热侧入口，第三路连接再热熔岩调节阀，所述再热熔岩调节阀的出口连接再热熔盐换热器的热侧入口。

第二方面，一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热方法，包括以下步骤：

情况1：当需要参与低负荷调峰时，调节风力发电机组、太阳能发电机组的运行负荷至最大；

通过降低给水泵的转速以及关小给水调节阀的开度，并辅助调节热熔盐泵的流量，以降低利旧汽轮机主再热蒸汽流量，减少利旧汽轮机发电功率；

增加第一熔盐电加热器、第二熔盐电加热器的功率以及增加第一低温熔盐泵、第二低温熔盐泵的流量来减少风力发电机组、太阳能发电机组上网功率；高温储热罐的储热量增加，对外供热蒸汽能够借助储热装置所储备的热量提供蒸汽，能够满足电网的调峰要求，且同时能够存储及利用风能或太阳能；

情况2：当需要维持出力时，调节风力发电机组、太阳能发电机组运行负荷至最小或者暂时关闭；

利用高温储热罐中的热熔融盐来加热并生产汽轮机发电所需主蒸汽、再热蒸汽以及生产对外供热所需的蒸汽，通过调节增压泵的转速以及供热调节阀的开度来调节供热蒸汽的流量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过新增联合风电与太阳能发电的储能供热系统，可将风力发电机组、太阳能发电机组的电能转化为热能存储在储热罐中并用以发电或供热，可以使风力发电机组以及太阳能发电机组产生的电能被尽可能的利用，并通过熔盐电加热器负荷的调节，使风电机组以及太阳能发电机组也能够参与电网的调峰任务，提升了机组运行灵活性。

本发明可解决电网弃风电、弃光电的问题，并将太阳能以及风能转换为对外供热的热量，增加了新能源机组的使用率、提升了机组运行灵活性和电网运行的稳定性，同时可以稳定对外供热，满足了用户的供热需求，并充分利用了关停机组的汽轮机设备，减少了投资和资源浪费。

本发明的关键技术为设置高温储热罐、低温储热罐、熔盐电加热器、供热熔盐加热器、过热熔盐换热器、蒸发熔盐换热器、预热熔盐换热器、再热熔盐换热器以及供热调节阀等设备，并对关停机组的汽轮机设备进行利用，通过熔盐电加热器负荷的调节，可以实现提升机组运行灵活性、稳定对外供热的目的，并可以解决电网弃风电、弃光电所导致的风电以及太阳能发电机组无法最大程度发挥节能降碳效果的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-高温储热罐，2-低温储热罐，3-第一低温熔盐泵，4-第一熔盐电加热器，5-第一熔盐调节阀，6-风力发电机组，7-第二低温熔盐泵，8-第二熔盐电加热器，9-第二熔盐调节阀，10-太阳能发电机组，11-热熔盐泵，12-供热熔盐加热器，13-过热熔盐换热器，14-蒸发熔盐换热器，15-预热熔盐换热器，16-供热调节阀，17-再热熔盐调节阀，18-再热熔盐换热器，19-增压泵，20-给水调节阀，21-高压加热器，22-给水泵，23-除氧器，24-低压加热器，25-凝结水泵，26-凝汽器，27-汽轮机高压缸，28-汽轮机中压缸，29-汽轮机低压缸，30-发电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种与风、光联合的汽轮机储能发电及供热系统，包括高温储热罐1、低温储热罐2、第一低温熔盐泵3、第一熔盐电加热器4、第一熔盐调节阀5、风力发电机组6、第二低温熔盐泵7、第二熔盐电加热器8、第二熔盐调节阀9、太阳能发电机组10、热熔盐泵11、供热熔盐加热器12、过热熔盐换热器13、蒸发熔盐换热器14、预热熔盐换热器15、供热调节阀16、再热熔盐调节阀17、再热熔盐换热器18、增压泵19、给水调节阀20、高压加热器21、给水泵22、除氧器23、低压加热器24、凝结水泵25、凝汽器26、汽轮机高压缸27、汽轮机中压缸28、汽轮机低压缸29以及发电机30。

低温储热罐2的出口分别与第一低温熔盐泵3和第二低温熔盐泵7的入口相连，第一低温熔盐泵3将低温储热罐2中的低温熔融盐疏送至第一熔盐电加热器4中加热成为高温熔融盐，经由第一熔盐调节阀5后进入高温储热罐1中，第二低温熔盐泵7将低温储热罐2中的低温熔融盐疏送至第二熔盐电加热器8中加热成为高温熔融盐，经由第二熔盐调节阀9后进入高温储热罐1中，其中第一熔盐电加热器4的电源来自风力发电机组6，第二熔盐电加热器8的电源来自太阳能发电机组10。

高温储热罐1的出口热熔融盐由热熔盐泵11分别疏送至供热熔盐加热器12、过热熔盐换热器13以及经过再热熔盐调节阀17后进入再热熔盐换热器18中，再热熔盐换热器18的出口熔融盐与过热熔盐换热器13的出口熔融盐混合后进入蒸发熔盐换热器14，蒸发熔盐换热器14的出口与供热熔盐加热器12的出口熔融盐混合后进入预热熔盐换热器15中，换热后熔融盐由预热熔盐换热器15返回低温储热罐2中。

除氧器23中的水分别进入给水泵22以及增压泵19中，增压泵19将水疏送至供热熔盐加热器12中与热熔融盐换热，被蒸发后的供热蒸汽经由供热调节阀16后对外供出，另一部分水由给水泵22送至高压加热器21回热后，经由给水调节阀20进入预热熔盐换热器15中进行预热，预热后的水进入蒸发熔盐换热器14中蒸发，蒸发后的饱和蒸汽再进入过热熔盐换热器13中加热，加热后的蒸汽进入汽轮机高压缸27中作功，汽轮机高压缸27的排汽进入再热熔盐换热器18中被热熔融盐加热，之后进入汽轮机中压缸28中，汽轮机中压缸28的排汽进入汽轮机低压缸29，汽轮机低压缸29的排汽进入凝汽器26凝结，凝结后的水由凝结水泵25送至低压加热器24中进行回热，最后返回除氧器23。

本发明的原理及工作过程：

本发明保留利旧汽轮机的主辅设备，主要包括汽轮机高压缸27、汽轮机中压缸28、汽轮机低压缸29、发电机30、凝汽器26、凝结水泵25、低压加热器24、除氧器23、给水泵22、高压加热器21、给水调节阀20等。

高温储热罐1以及低温储热罐2中分别存储高温熔融盐以及低温熔融盐，低温熔融盐被熔盐电加热器加热成为高温熔融盐，熔盐电加热器的电源来自风电机组或者太阳能发电机组。低温储热罐2出口的熔融盐分为两路，一路与第一低温熔盐泵3、第一熔盐电加热器4、第一熔盐调节阀5串联连接后与高温储热罐1入口相连，第一熔盐电加热器4的电源来自风力发电机组6；一路与第二低温熔盐泵7、第二熔盐电加热器8、第二熔盐调节阀9串联连接后也与高温储热罐1入口相连，第二熔盐电加热器8的电源来自太阳能发电机组10。

高温储热罐1中的热熔融盐被分别利用在对外供汽以及为利旧汽轮机的主再热蒸汽提供持续稳定的热量。当风力发电机组6、太阳能发电机组10的出力出现较大幅度变化时，通过储热罐的蓄热仍可保证利旧汽轮机的出力稳定以及对外供热蒸汽的稳定，对风电以及太阳能发电起到较强的稳定作用，并且可以利用新能源对外供热，大幅提升供热的综合经济性。

高温储热罐1出口与热熔盐泵11入口相连，热熔盐泵11出口分别与供热熔盐加热器12、过热熔盐换热器13、再热熔盐调节阀17相连，再热熔盐调节阀17与再热熔盐换热器18入口相连。过热熔盐换热器13、再热熔盐换热器18的出口均与蒸发熔盐换热器14入口相连，蒸发熔盐换热器14出口、供热熔盐加热器12出口与预热熔盐换热器15入口相连，预热熔盐换热器15出口与低温储热罐2入口相连。

高压加热器21出口的水经过给水调节阀20后进入预热熔盐换热器15中进行预热，预热后的水进入蒸发熔盐换热器14中被加热蒸发，饱和汽进入过热熔盐换热器13中被加热成过热蒸汽，过热熔盐换热器13的汽侧出口与汽轮机高压缸27相连。蒸汽在高压缸中作功后，进入再热熔盐换热器18的汽侧，被熔融盐加热成为再热蒸汽后进入汽轮机中压缸28作功，汽轮机中压缸28排汽口与汽轮机低压缸29相连，汽轮机低压缸29排汽进入凝汽器26中凝结，凝结后的水由凝结水泵25经由低压加热器24疏送至除氧器23中。除氧器23出水口分别与给水泵22与增压泵19相连，增压泵19出口与供热熔盐加热器12水侧入口相连，水被加热成供热蒸汽后经由供热调节阀16对外供出。

当环境条件适宜时，当风力发电机组6、太阳能发电机组10的运行负荷可调节至最大，此时如果电网需要本发明参与低负荷调峰时，一方面可通过降低给水泵22的转速以及关小给水调节阀20的开度，并辅助调节热熔盐泵11的流量，以达到降低利旧汽轮机主再热蒸汽流量，进而达到减少利旧汽轮机发电功率的目的，另一方面也可以增加第一熔盐电加热器4、第二熔盐电加热器8的功率以及增加第一低温熔盐泵3、第二低温熔盐泵7的流量来达到减少风力发电机组6、太阳能发电机组10上网功率的目的，高温储热罐1的储热量增加，对外供热蒸汽可以借助储热系统所储备的热量稳定的提供蒸汽，这种方式既可以满足电网的调峰要求，又可以充分存储及利用风能或太阳能，解决弃风弃光的问题。

当环境条件不适宜时，风力发电机组6、太阳能发电机组10运行负荷可调节至最小或者暂时关闭，此时如果电网需要本发明维持出力时，可利用高温储热罐1中的热熔融盐来加热并生产汽轮机发电所需主蒸汽、再热蒸汽以及生产对外供热所需的蒸汽，供热蒸汽的流量由增压泵19的转速以及供热调节阀16的开度进行调节，不受系统总出力的影响，这种方式可以满足用户对供热蒸汽参数持续稳定的要求。

本发明原理清晰、系统简单，能够对关停的旧机组的汽轮机设备进行再利用，是增加风电和太阳能发电机组利用率、提升机组运行稳定性及灵活性、提高机组供汽质量和经济性的创新技术。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。