一种基于相变储能构建的综合能源调峰站及调峰方法技术

本发明专利技术涉及一种基于相变储能构建的综合能源调峰站及调峰方法，其中调峰站利用绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电冗余能量为熔盐电加热炉供电，由熔盐电加热炉将固态熔盐加热成液态熔盐，液态熔盐依次流经过热器、蒸发器、预热器，液态熔盐在预热器内与常温水完成一次换热产生高温水，液态熔盐在蒸发器内与高温水完成二次换热产生蒸汽，蒸汽被过热器加温加压生成高温高压蒸汽并驱动汽轮机转动，汽轮机推动发电机产生电能为用户供电，部分高温高压蒸汽输送至汽管网为用户供汽，通过汽轮机的高温高压蒸汽进入余热回收装置与常温水换热产生高温水，高温水一部分给用户供热，一部分进入吸收制冷设备产生冷能为用户供冷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变储能构建的综合能源调峰站及调峰方法
：本专利技术涉及能源储存利用及电网调峰
，具体涉及一种基于相变储能构建的综合能源调峰站及调峰方法。
技术介绍
：面对气候变化、资源短缺、环境污染给人类带来的严峻挑战，传统以煤为主的粗放式非协调能源供给方式难以为继，重构以风光为主的清洁低碳、安全高效的能源供给体系才是我国乃至世界发展的必由之路。在体现大国使命担当的双碳目标驱动下，势必会塑造电-热-冷-汽多态能源绿色联供的新技术、新业态、新产业、新模式，催生富含高比例电力电子装置的新一代电力系统。然而，鉴于风光发电出力波动随机、电力电子设备惯量弱、传统火电机组濒临退役等不争事实，我国现有能源体系向清洁低碳、安全高效过渡、转型路径进程中，亟需解决以下技术层面、生态层面、经济层面等相关问题：1.传统火电技术生态影响严重。传统立足煤炭的电-热-冷-汽联供技术，不可再生的一次能源消耗严重，碳硫化物排放比例高，生态影响严重。2.电网调峰能力弱。传统火电机组响应能力不足、灵活性差，致使尚以火电机组为主的电网调峰能力有限；出力随机波动风光并网比例的逐年递增，加剧了电网调峰压力；电网电力电子设备占比越来越高、逐渐趋于电力电子化，等效惯量大幅降低、调峰能力明显不足。3.风光弃电现象严重。目前电网总体装机容量过剩，源供大于荷求，迫使风光弃电；风光富足区域往往就地消纳能力不足，同负荷集中区域地理位置不重叠耦合、相距较远，实际输送容量取决外送通道能力；风光与负荷二者供需峰时交错，迫使调峰能力有限电网弃风弃光。4.按需关停的热电厂资源浪费严重。在双碳驱动电热清洁供给的背景下，大力发展风光等可再生能源，逐渐关停燃煤电厂已是历史发展的必然。然而，按照青山绿水的生态需求停运的热电厂，其内含的基础设施、服务设施以及相关设备虽未达到退役状态，但限于技术壁垒被迫闲置或者拆除，造成了具有较大应用价值的优质资源大量的浪费。5.现有大规模储能调峰技术仍亟需提升优化。目前在技术逐渐趋于成熟且市场应用有一定应用体量的各类储能技术，仍存在各式各样的问题。如以抽水蓄能为代表机械类储能虽然容量大，但建设受限于地址位置；以磷酸铁锂为代表电化学储能虽然建设位置灵活，但目前成本仍较高、容量受限；以电锅炉为代表显热蓄能方式虽然成本低、建设灵活，但能量只能由高品位电向低品位热单向转化，可缓解电网低谷消纳不足现状，无法解决电网高峰供能不足难题；以光热为代表的潜热蓄能方式虽然容量大，但目前成本仍较高且占地面积大，建设受限地理环境。随着非水力可再生能源发电(太阳能光伏发电、风力发电)的快速发展，这类输出负荷不稳定的电能在多数情况下电网无法及时消纳，只能作为弃电浪费掉，为了避免能源的浪费，采用储能技术是一种消纳弃电的最好方式。按照能量存储形态，储能具体可划分为机械式、电磁式、电化学式和相变式四大类别，兼具能量转化、搬移、存储、释放等内核技术属性，是能源趋向清洁低碳、安全高效协同演进的重要支撑。四大储能类别的技术路线各具优势、特点不一，适配性与实际应用场景工况密切关联。近些年，在研究学者、行业专家、政企领导等社会各界人士的共同努力加持下，各类储能技术愈加成熟、成本愈加可控，已初呈多元化储能市场生态格局。有鉴于此，本专利技术基于熔盐相变储能构建了一种电-热-冷-汽综合能源长时调峰站，旨在依托新技术、新理念、新方法、新模式解决能源转型过程面临的生态层面、技术层面、经济层面的诸多问题，助推现有能源供给体系向清洁低碳、安全高效快速协同演进。熔盐相变储能技术是利用熔盐发生的相变所产生的热效应进行蓄储热能及释放热能，是近年来储能应用研究比较热门的领域。如公告号为CN103352746B的专利技术专利公开了“基于熔盐蓄热的天然气冷热电供能装置”，该专利主要采用相变蓄热模块与燃气轮机结合来实现电热冷联供，但这种方式的一次能量来源采用天然气，属于有碳排放，并不能充分解决绿色清洁能源的消纳问题。公布号为CN109659958A的专利技术专利公开了“一种电力系统及其调峰调频方法”，该专利主要是通过增加分布式相变蓄热模块来实现热电机组的热、电供给的弱耦合，改变调节响应能力，属于对热电机组的改造，其一次能量来源是煤电，仍然没有实现能源的清洁化。
技术实现思路
：本专利技术首先公开一种基于熔盐相变储能构建的电-热-冷-汽综合能源长时调峰站，可消纳风光基地电能或者电网谷电为熔盐加热，通过熔盐相变产生的高温高压蒸汽推动汽轮机系统产生稳定的电能供给，同时配合其他设备可实现电热冷汽综合供给，本调峰站专为电网侧大规模长时间尺度专属打造，特别适合含高比例风光等可再生能源的新型电力系统使用，在保障电力系统刚性的同时，还能增加电网的调峰能力。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，包括由绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电冗余能源供电的熔盐电加热炉，所述熔盐电加热炉用于将存储于冷盐罐内的固态熔盐加热成液态熔盐后存储于热盐罐内，存储于热盐罐内的液态熔盐依次流经过热器、蒸发器、预热器，液态熔盐在预热器内与常温水一次换热产生高温水，冷却后的固态熔盐回流至冷盐罐内，液态熔盐在蒸发器内与高温水完成二次换热产生蒸汽，蒸汽被过热器加温加压后生成高温高压蒸汽并驱动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能并入输电网为用户供电；部分高温高压蒸汽被汽管网分流为用户供汽；通过汽轮机后的高温高压蒸汽进入余热回收装置与常温水热交换产生高温水，该高温水输送至热管网为用户提供热能；余热回收装置产生的高温水部分进入吸收式制冷装置后产生低温水，低温水输送至冷管网为用户提供冷能；高温高压蒸汽经过余热回收装置淬炼后的减温减压蒸汽进入冷凝器后产生常温水，该常温水回流至预热器参与下一次往复循环。进一步，所述熔盐电加热炉内部包括电加热器和可控电阻。进一步，所述电加热器加热功率可柔性调节，且电加热器可按需并联扩容。进一步，所述综合能源调峰站还包括电化学储能系统，绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网冗余能量通过电化学储能系统以化学能形式存储备用。进一步，所述综合能源调峰站中熔盐电加热炉内电加热器配置数量、所需熔盐配置质量及熔盐罐配置体积的量化关系按公式(1)设计：上式中，El_e、El_h、El_c、El_s分别为用户典型日所需电能、热能、冷能、汽能，Eloss为高温高压蒸汽释放热能与供能过程损失热能，Este_exo为高温高压蒸汽汽-液相变对外释放热能，Esat_exo为熔盐液-固相变对外释放热能，上述参数单位均为kJ；上式中，ηtson_e、ηtson_h、ηtransm_h、ηtson_c、COP、ηtson_s、ηtrans_s、ηe_h分别为电能传输效率、热能传输效率、换热效率、冷能传输效率、吸收式制冷装置能效比、汽能传输效率、高温熔盐同水换热效率及柔性加热器电热转换效率，单位均为无量纲；上式中，Tcool、Tp_min、Tp_max分别为贮存冷盐罐内的固态熔盐温度、熔盐发生固-液相变的最低温度以及贮存于热盐罐的液态熔盐温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：包括由绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电冗余能源供电的熔盐电加热炉，所述熔盐电加热炉用于将存储于冷盐罐内的固态熔盐加热成液态熔盐后存储于热盐罐内，存储于热盐罐内的液态熔盐依次流经过热器、蒸发器、预热器，液态熔盐在预热器内与常温水一次换热产生高温水，冷却后的固态熔盐回流至冷盐罐内，液态熔盐在蒸发器内与高温水完成二次换热产生蒸汽，蒸汽被过热器加温加压后生成高温高压蒸汽并驱动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能并入输电网为用户供电；部分高温高压蒸汽被汽管网分流为用户供汽；通过汽轮机后的高温高压蒸汽进入余热回收装置与常温水热交换产生高温水，该高温水输送至热管网为用户提供热能；余热回收装置产生的高温水部分进入吸收式制冷装置后产生低温水，低温水输送至冷管网为用户提供冷能；高温高压蒸汽经过余热回收装置淬炼后的减温减压蒸汽进入冷凝器后产生常温水，该常温水回流至预热器参与下一次往复循环。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：包括由绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电冗余能源供电的熔盐电加热炉，所述熔盐电加热炉用于将存储于冷盐罐内的固态熔盐加热成液态熔盐后存储于热盐罐内，存储于热盐罐内的液态熔盐依次流经过热器、蒸发器、预热器，液态熔盐在预热器内与常温水一次换热产生高温水，冷却后的固态熔盐回流至冷盐罐内，液态熔盐在蒸发器内与高温水完成二次换热产生蒸汽，蒸汽被过热器加温加压后生成高温高压蒸汽并驱动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能并入输电网为用户供电；部分高温高压蒸汽被汽管网分流为用户供汽；通过汽轮机后的高温高压蒸汽进入余热回收装置与常温水热交换产生高温水，该高温水输送至热管网为用户提供热能；余热回收装置产生的高温水部分进入吸收式制冷装置后产生低温水，低温水输送至冷管网为用户提供冷能；高温高压蒸汽经过余热回收装置淬炼后的减温减压蒸汽进入冷凝器后产生常温水，该常温水回流至预热器参与下一次往复循环。


2.根据权利要求1所述的一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：所述熔盐电加热炉内部包括电加热器和可控电阻。


3.根据权利要求2所述的一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：所述电加热器加热功率可柔性调节，且电加热器可按需并联扩容。


4.根据权利要求1所述的一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：所述综合能源调峰站还包括电化学储能系统，绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网冗余能量通过电化学储能系统以化学能形式存储备用。


5.根据权利要求1所述的一种基于相变储能构建的综合能源调峰站，其特征在于：所述综合能源调峰站中熔盐电加热炉内电加热器配置数量、所需熔盐配置质量及熔盐罐配置体积的量化关系按公式(1)设计：



上式中，El_e、El_h、El_c、El_s分别为用户典型日所需电能、热能、冷能、汽能，Eloss为高温高压蒸汽释放热能与供能过程损失热能，Este_exo为高温高压蒸汽汽-液相变对外释放热能，Esat_exo为熔盐液-固相变对外释放热能，上述参数单位均为kJ；
上式中，ηtson_e、ηtson_h、ηtransm_h、ηtson_c、COP、ηtson_s、ηtrans_s、ηe_h分别为电能传输效率、热能传输效率、换热效率、冷能传输效率、吸收式制冷装置能效比、汽能传输效率、高温熔盐同水换热效率及柔性加热器电热转换效率，单位均为无量纲；
上式中，Tcool、Tp_min、Tp_max分别为贮存冷盐罐内的固态熔盐温度、熔盐发生固-液相变的最低温度以及贮存于热盐罐的液态熔盐温度最大值，单位均为℃；
上式中，Cp_s(T)、Cp_f(T)分别为固态熔盐与温度呈函数关系的比热容、液态熔盐与温度呈函数关系的比热容，单位均为kJ/(kg·℃)；msat为单罐熔盐总质量，单位为kg；rsat为液态熔盐相变潜热系数，单位为kJ/kg；Vsat为贮存固液熔盐的罐体体积，单位为m3；ρf_min、ρs_min分别为液体熔盐密度的最低值和固态熔盐密度的最低值，单位均为kg/m3；Ksat为熔盐罐体积设计裕量修正系数，单位为无量纲；Pe_ha和Pe_hs分别为电热转换所需电功率总值和标准模块化高电压熔盐电加热炉额定功率，单位均为kW；Ne_h为采用向上取整配置设计的标准柔性加热器总数，单位为台；△tv_e为电网谷段加热时长，单位为h。


6.一种基于如权利要求1至5所述任一基于相变储能构建的综合能源调峰站调峰方法，其特征在于：包括主控系统，所述主控系统实时采集电-热-冷-汽用能功率，并依托电网峰-谷-平时段辨识模块对电网所处时段进行判别，建立以熔盐热盐罐的高温液态熔盐高度上限值、高度中值和高度下限值为调节裕量约束条件进行判别的子循环程序，子循环程序用于规避熔盐电加热炉的频繁启停控制，主控系统根据判别的电网所处时段结果，同时结合风光弃电约束条件及高温液态熔盐高度调节裕量约束条件控制各个设备的响应。


7.根据权利要求6所述的调峰方法，其特征在于：所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网峰时段时，根据风光弃电约束条件及调节裕量约束条件分为以下五种工况调节策略：
峰时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(2)时，熔盐电加热炉消纳风光弃电进行蓄能，同时主控系统启动释能设备利用熔盐液-固相变释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(3)所示；



式中：Hsat、Hsat_max分别为热盐罐存储的高温液态熔盐实时高度及高度上限值；



式中：Psat为熔盐向外释放...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冲，贾利民，金成日，梁立中，赵天宇，霍箭，
申请(专利权)人：北京能高自动化技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11