一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法

技术领域：

本发明涉及涉及一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法。

背景技术：

双碳“目标推动新型电力系统建设，火电机组灵活性改（制）造全面启动，新型储能技术被大量应用到机组灵活性改造和制造中，其中热储能技术具有明显的技术和市场推广优势。

1.储热是以储热材料为媒介，将太阳能光热、地热、工业余热等或者将电能转换为热能储存起来，在需要的时候释放，以解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率。

2.热储能相比于电化学储能、电气储能等其他储能技术路线，在装机规模、储能密度、技术成本、使用寿命等方面具有明显优势，有规模效益。

3.热储能与压缩空气储能和抽水蓄能这两种机械储能技术相比，热储能技术具有占地面积小、成本低、储能密度高、对环境影响小、不受地理、环境条件限制等诸多优势；储放过程无化学反应，技术参数及过程可控，系统安全性高。

4.熔盐储能是能量高密度化、转换高效化、应用成本化的大容量规模化热储能方式，具有循环次数大、寿命长、且储能电站的双向调节功能不会伴随长时间储热循环而导致效率降低等优点；熔盐热储能将在构建清洁低碳安全高效的能源体系、构建以新能源为主体的新型电力系统、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用。

5.熔盐储能技术目前在光伏储能电站工程应用已超过10年，装备的技术和安全已得到充分验证，目前国内利用熔盐储能技术提升火电机组灵活性主要有两条技术路线：一条是利用低谷电加热熔盐储能，在机组低负荷阶段利用储能换热器加热给水生成供热蒸汽稳定机组供热，储能装置加热电源来自厂用电或者改造备用电源，通过电加热控制装置响应机组调频指令参与机组调频，获得电网辅助调频服务收益。此方案缺点是能源利用效率低，机组参与调频时间和深度受到一定限制，电加热功率受限于厂用电设计而储热容量受限，不具备参与深度调峰能力。另一条技术路线是利用机组蒸汽储能，在机组降负荷阶段用高温高压抽汽加热熔盐储存能量，在机组升负荷阶段利用储能辅助供热和加热凝结水，储热阶段可以辅助提高机组调频能力，储热释放阶段可以辅助稳定供汽。此方案的缺点是不具备参与深度调峰能力，储热释放阶段不能提高机组升负荷速率。

发明内容：

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法，该方法包括如下步骤：

（1）建立高低温熔盐储罐循环：关闭高、低温熔盐泵出口阀门V

（2）启动熔盐蒸汽加热器：打开加热抽汽控制阀门V

（3）抽汽响应调频：蒸汽加热控制站通过接受机组频差信号，控制抽气管阀门 V

（4）熔盐加热给水，提升机组负荷响应能力；

（5）长时段抽汽储热放热，提升机组深度调峰能力；

（6）储热调峰向储热调频转换。

所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法，所述的步骤（4）的具体过程为：当熔盐储罐温度达到设定温度时，关闭高、低温熔盐储罐出口阀，建立熔盐加热给水热力循环回路，把熔盐储存的热能通过高、低温熔盐换热器来加热给水，同步减少机组0#高加抽汽阀门V

所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法，所述的步骤（5）的具体过程为：在机组深度调峰时段，储热抽汽阀门V

所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的方法，所述的步骤（6）的具体过程为：当熔盐温度低于设定值时，停止熔盐加热给水，同步开启0#高加抽汽阀门V

有益效果：

1.本发明相比于利用厂用电加热熔盐储能，利用机组蒸汽储能并直接把能量释放出来加热给水，客观上减少两次能量转换，能源转换利用效率明显提高。

2.本发明通过高缸抽汽直接储能，储能容量和功率可以有效增大，使机组AGC二次调频的速率会大幅度提高，通过控制汽轮机抽汽阀门开度来控制储能功率辅助机组调频，调节性能明显提高。

3.本发明在原有主机设计调峰深度的基础上，通过大容量储能技术，把机组深度调峰时段多余的抽汽热能储存在熔盐中，在机组升负荷阶段则把蒸汽储能释放出来用于加热高加给水，同步大幅度减少高加蒸汽抽汽量，间接提升机组升降负荷速率，达到进一步提升机组深调能力的目的。

4.本发明在机组深调过程中利用高压缸抽汽储存多余蒸汽能量，增加了高缸抽汽量减少再热蒸汽流量，从而提高了再热蒸汽温度，可以有效提高低负荷阶段低压缸进汽过热度改善末级叶片运行工况，有效配合机组深调。

附图说明：

附图1是蒸汽加热熔盐储能提升调节灵活性和调峰深度原理示意图；

附图2是抽汽加热储能工艺系统示意图。

具体实施方式：

参照图1，以百万机组一次再热机组辅助调频、调峰为例采用高缸高温抽汽汽源，专用控制系统接受机组调频、调峰信号，调控蒸汽加热功率（蒸汽流量）来间接控制机组发电功率，并使熔盐最终达到设定温度，利用低谷负荷阶段长时间加热熔盐储能，把深调阶段多余的蒸汽能储存在熔盐中，达到间接响应机组辅助调频和深度调峰的目的。低谷调峰同时增加高缸抽汽量提高了再热蒸汽温度（有效降低了再热蒸汽流量），可以有效配合机组深调；升负荷阶段（无论调频还是深度调峰）采用高温熔盐加给水，同时协同调节高加抽汽量减少直至关闭，间接提升机组升负荷速率，增强机组深度调峰能力（包括深调最低负荷水平和降、升负荷速率）。

2)工艺系统构成：工艺系统由低温储罐单元、高温储罐单元、高温熔盐换热器、低温熔盐换热器、储能汽源控制站及其控制阀门V

（1）高温储罐单元：由储罐、高温蒸汽加热器、循环泵与管道阀门组成的内循环系统，蒸汽加热器用来加热熔盐且功率可调，内循环系统用来保证罐内熔盐循环加热直到设定温度，高温储罐单元简易工艺流程图如图2抽汽加热储能工艺系统示意图。

（2）低温储罐单元：由储罐、低温蒸汽加热器、低温循环泵与管道阀门组成的内循环系统，蒸汽加热器用来加热熔盐且功率可调，内循环系统用来保证罐内熔盐循环加热直到设定温度，低温储罐单元简易工艺流程图如图2抽汽加热储能工艺系统示意图所示。

（3）高温熔盐换热器：用来利用熔盐储能加热高温给水，加热功率通过高温循环泵流量来调节，在储能释放过程中随同低温换热器一起具有一定范围调节最终给水温度的功能，熔盐换热循环设计流量依据提高给水温升范围和换热器效率计算设定。

（4）低温熔盐换热器：用来利用熔盐储能加热低温给水，加热功率通过高温循环泵流量来调节，实际运行高、低温换热器熔盐流量是一致的，在储能释放过程中随同高温换热器一起具有一定范围调节给水最终温度的功能。

（5）高、低温熔盐泵：为溶融盐换热与加热循环提供动力，高、低温熔盐泵均自带电加热器，确保任何时候熔融盐流经泵体是不会降温增加流动阻力；在加热过程中出口阀（V

（6）储能汽源控制站： 汽源控制站汽源来自0#号抽汽（机组抽汽温度最高）逆止门，通过两个高、低压调节阀分别向高温加热器和低温加热器供汽同步加热罐内熔盐，其中低压调节阀同时具有降压调节流量的功能，高温熔盐加热器排汽压力温度较高，排汽余热用来加热凝结水回收热能 。

（7）凝结水加热器：利用高温高温储罐熔盐加热器排汽余热，输入配套专用热凝结水加热器中，加热凝结水回收余热，有效提高加热蒸汽热能利用效率。

（8）0#高压加热器：0#高压加热器是高压给水加热末端最后一个加热器，机组正常运行过程中加热器投入抽汽阀门全开，在储能设备释放热能加热给水过程中，0#号高加抽汽调门逐渐关小直到完全关闭，减少机组抽汽量可以间接提高机组发电功率。

采用三元硝酸盐MS-IX ，熔点为 115℃，最高工作温度约570℃，比热1.47kj/kg,密度1980kg/m3 ,是目前开始研究出现新型的熔融盐。优点是熔点低，储热温度范围更广，系统冻堵风险低、防冻堵成本小，相比目前普遍商用的二元硝酸盐有明显的技术优势。

工艺方法实现步骤：

（1）建立高低温熔盐储罐循环：关闭高、低温熔盐泵出口阀门V

（2）启动熔盐蒸汽加热器：打开加热抽汽控制阀门V

（3）抽汽响应调频：蒸汽加热控制站通过接受机组频差信号，控制抽气管阀门 V

（4）熔盐加热给水，提升机组负荷响应能力；

当熔盐储罐温度达到设定温度时，关闭高、低温熔盐储罐出口阀，建立熔盐加热给水热力循环回路，把熔盐储存的热能通过高、低温熔盐换热器来加热给水，同步减少机组0#高加抽汽阀门V

（5）长时段抽汽储热放热，提升机组深度调峰能力；

在机组深度调峰时段，储热抽汽阀门V

（6）储热调峰向储热调频转换。

当熔盐温度低于设定值时，停止熔盐加热给水，同步开启0#高加抽汽阀门V

针对当前发电行业燃煤机组提升深度调峰能力的技术创新。在机组降负荷运行阶段，通过把降负荷过程剩余的蒸汽热能储存在熔融盐中，进一步提高机组降负荷速率和低负荷持续安全运行的能力；在机组升负荷阶段，再把熔盐储存的热能释放出来，加热锅炉给水以提升机组升负荷速率，全面提高机组的调频性能和深调能力，实现火电机组向支撑性电源、调节性电源的转型目标。

主要解决机组调节灵活性提升和提高机组调峰深度两个问题：调节灵活性提升就是机组AGC二次调频的速率会大幅度提高，调节性能更好，主要通过控制加热熔盐的汽轮机抽汽阀门开度辅助机组调频；提高调峰深度就是在原有主机设计调峰深度的基础上，通过大容量储能技术，把机组深度调峰时段多余的抽汽热能储存在熔盐中，减少再热蒸汽流量同步提高再热蒸汽温度配合机组深调；在机组升负荷阶段则把蒸汽储能释放出来用于加热高加给水，同步大幅度减少高加加热蒸汽抽汽量，提升机组升负荷速率，达到进一步提升机组深调能力的目的。与目前国内已有熔盐储能技术路线应用比较，一是辅助电网参与AGC二次调频能力更强性能更优，二是整体提升机组的深调能力，包括深调最低负荷水平和升、降负荷速率。