一種獨立熔鹽蓄熱電站的制作方法
【專利摘要】一種獨立熔鹽蓄熱電站，屬于儲能【技術(shù)領(lǐng)域】。包括電源，熔鹽電加熱器，高溫的熱鹽罐，低溫的冷鹽罐，熔鹽泵，熔鹽回路系統(tǒng)，鹽水換熱器，常規(guī)發(fā)電島，水-蒸汽回路系統(tǒng)及智能控制系統(tǒng)。獨立熔鹽蓄熱電站就是利用光伏電、風電、低谷電等不穩(wěn)定或多余的電能儲能時，電能通過電加熱器加熱高溫熔鹽，變?yōu)楦邷責崮軆Υ嬖诟邷厝埯}中。需要用電時，再利用高溫熔鹽儲存的高溫熱能加熱水產(chǎn)生水蒸氣，從而驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)能量釋放。它另外建在城市的大規(guī)模高溫蓄熱電站還可與城市供熱相結(jié)合，建成大規(guī)模的高溫蓄熱熱電聯(lián)供電站。
【專利說明】—種獨立熔鹽蓄熱電站
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種獨立蓄熱電站系統(tǒng)，特別是涉及采用混合熔鹽作為蓄熱工質(zhì)的獨立蓄熱電站系統(tǒng)，屬于儲能【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)我國《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2020年，風電和太陽能并網(wǎng)裝機分別達到2億kW和5000萬kW。但風能和太陽能等可再生能源固有的間歇性和波動性，對電網(wǎng)的沖擊很大，導致我國風電和光伏發(fā)電未并網(wǎng)比例高，棄風/光嚴重。例如:2011年我國風電未并網(wǎng)率達到28% ;光伏未并網(wǎng)率達到29% ;三北地區(qū)平均棄風率約為16%，而2012年的全國總棄風量達200億kwh，為2011年的一倍，平均棄風率為20%，局部地區(qū)達40%。如果不解決風能和太陽能的大規(guī)模接入問題，到2015年和2020年，每年將分別損失3300萬噸和7000萬噸標準煤。此外，為了滿足電力負荷的要求，當前的發(fā)電裝機容量與電網(wǎng)容量是按最大需求建設(shè)，隨著電網(wǎng)峰谷差日趨增大，必然導致非用電高峰時發(fā)電機組的停機或低負荷運行，以及電網(wǎng)容量的浪費。2011年全國常規(guī)燃煤發(fā)電機組發(fā)電總負荷系數(shù)僅為51.8%，電網(wǎng)負荷利用系數(shù)也小于55%。而采用熔鹽作為蓄熱介質(zhì)的獨立熔鹽蓄熱電站，可以將這些不穩(wěn)定或多余的電能轉(zhuǎn)化為熱能儲存于高溫熔鹽中，在需要用電時再將其轉(zhuǎn)化為電能。它可以實現(xiàn)可再生能源平滑波動、跟蹤調(diào)度輸出、調(diào)峰調(diào)頻等，使可再生能源發(fā)電穩(wěn)定控輸出，滿足可再生能源電力的大規(guī)模接入并網(wǎng)的要求。也可以大幅提高火電機組實際運行效率，增強電網(wǎng)的輸電能力。
實用新型內(nèi)容
[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提供了一種采用風電、光伏電、低谷電等電力品質(zhì)不穩(wěn)定或多余的電能加熱高溫熔鹽，變?yōu)楦邷責崮軆Υ嬖诟邷厝埯}中。需要用電時，再利用高溫熔鹽儲存的高溫熱能加熱水產(chǎn)生水蒸汽，從而驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)能量釋放的獨立熔鹽蓄熱電站系統(tǒng)。
[0004]獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，包括電源1、熔鹽電加熱器2、高溫的熱鹽罐3、低溫的冷鹽罐4、第一熔鹽泵5、第二鹽泵6、鹽水換熱器(蒸汽發(fā)生器)7、發(fā)電島8 ;電源I與熔鹽電加熱器2進行電路連接，電加熱器2的出口通過管路依次與高溫的熱鹽罐3、鹽水換熱器(或蒸汽發(fā)生器)7、低溫的冷鹽罐4連接，然后冷鹽罐4與熔鹽電加熱器2的進口連接，在電加熱器2的出口與高溫的熱鹽罐3之間的管路上設(shè)有熔鹽加熱器出口溫度傳感器12、熱鹽管路壓力傳感器20、熱鹽管路溫度傳感器22、熱鹽管路流量傳感器24，在高溫的熱鹽罐3和鹽水換熱器(蒸汽發(fā)生器)7之間的管路上設(shè)有第二鹽泵6，熔鹽電加熱器2與低溫的冷鹽罐4之間的管路上設(shè)有第一熔鹽泵5、熔鹽加熱器進口溫度傳感器13、冷鹽管路壓力傳感器21、冷鹽管路溫度傳感器23、冷鹽管路流量傳感器25 ;熔鹽電加熱器2、高溫的熱鹽罐
3、低溫的冷鹽罐4、第一熔鹽泵5、第二鹽泵6、鹽水換熱器(蒸汽發(fā)生器)7組成熔鹽回路系統(tǒng)；鹽水換熱器7通過管路與發(fā)電島8組成水-蒸氣回路，驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電。[0005]所述電源I可以是風力發(fā)電電站、光伏發(fā)電電站、智能電網(wǎng)儲能電站或其他電力不穩(wěn)定的發(fā)電電站。
[0006]所述的蓄熱電站采用混合熔鹽作為蓄熱工質(zhì)，將各種不同形式電站產(chǎn)生的多余電能或不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為高溫熱能儲存于高溫熔鹽中。
[0007]所述的蓄熱電站可以與城市供熱相結(jié)合，利用發(fā)電后的廢氣加熱市政用水實現(xiàn)熱電聯(lián)供。熔鹽電加熱器2采用蛇形圓管11作為加熱元件，蛇形圓管11的外面有殼層，殼層上分別設(shè)有出口和進口，其中熔鹽加熱器出口溫度傳感器12、熔鹽加熱器進口溫度傳感器13用來監(jiān)測加熱熔鹽出口和進口的溫度。
[0008]熱鹽罐3上安裝有熱鹽罐溫度傳感器15，熱鹽罐3上部設(shè)有熱鹽罐液位監(jiān)測口17，下部設(shè)有熱鹽罐排鹽口 19 ;冷鹽罐4上安裝有冷鹽罐溫度傳感器14，冷鹽罐4上部設(shè)有冷鹽罐液位監(jiān)測口 16，下部設(shè)有冷鹽罐排鹽口 18。
[0009]優(yōu)選冷鹽罐4、熱鹽罐3頂部分別安裝有為熔鹽提供動力的第一熔鹽泵5、第二熔鹽泵6，每個罐子頂部安裝有兩臺熔鹽泵，一用一備；罐子上安裝有用于監(jiān)測溫度的溫度傳感器14、15，用于監(jiān)測液位的監(jiān)測口 16、17，及用于排空熔鹽的排鹽口 18、19。
[0010]熔鹽回路系統(tǒng)(大虛線框)，包含所有用于承載熔鹽的管路系統(tǒng)，以及管路系統(tǒng)上安裝的壓力傳感器20，21，溫度傳感器22，23，流量傳感器24，25。
[0011]鹽水換熱器7采用管殼式結(jié)構(gòu)，熔鹽處于管程系統(tǒng)中，水處于殼程系統(tǒng)中，二者采用強制對流換熱形式進行換熱。
[0012]常規(guī)發(fā)電島8采用蒸汽輪機發(fā)電，其原理與組成與現(xiàn)有主流技術(shù)一致。
[0013]在鹽水換熱器7與發(fā)電島8組成水-蒸氣回路中還設(shè)有城市供熱系統(tǒng)，發(fā)電島8的出水管路中連接一換熱系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)與城市供熱系統(tǒng)9相連。此處的城市供熱系統(tǒng)9的原理與組成與現(xiàn)有主流技術(shù)一致。
[0014]水-蒸汽回路系統(tǒng)(小虛線框)，包含所有用于承載水或蒸汽的管路系統(tǒng)，以及管路系統(tǒng)上安裝的各種傳感器，如壓力、溫度、流量傳感器等。
[0015]還包括智能控制系統(tǒng)10，智能控制系統(tǒng)10分別與電源、各感器等相連。
[0016]本實用新型的有益效果是:獨立熔鹽蓄熱電站將不穩(wěn)定或多余的電能轉(zhuǎn)化成熱能儲存于高溫熔鹽中，在需要用電時，再利用高溫熔鹽儲存的高溫熱能加熱水產(chǎn)生水蒸汽，從而驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)能量釋放。與壓縮空氣儲能和抽水蓄能電站相比，獨立熔鹽儲熱電站具有占地面積小，不受地理條件限制，可建在城市內(nèi)部等優(yōu)點，另外建在城市的大規(guī)模高溫蓄熱電站還可與城市供熱相結(jié)合，建成大規(guī)模的高溫蓄熱電聯(lián)供電站，實現(xiàn)熱電聯(lián)供后可將蓄熱電站的效率由原來的30%提高到70%以上，這一效率與目前抽水蓄能電站效率相當，但成本要比抽水蓄能和壓縮空氣蓄能電站低。因此高溫蓄熱電站是一種具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模物理蓄能技術(shù)。獨立熔鹽蓄熱電站既可用于光伏和風力電站的能量儲存，解決風力發(fā)電和光伏發(fā)電的棄風和棄光問題。獨立熔鹽蓄熱電站也可用于智能電網(wǎng)儲能電站，實現(xiàn)發(fā)電和用電的時空解耦，延緩和減少電源電網(wǎng)建設(shè)，提高能源利用效率和電網(wǎng)整體資產(chǎn)利用率。
[0017]所謂獨立熔鹽蓄熱電站就是利用光伏電、風電、低谷電等不穩(wěn)定或多余的電能儲能時，電能通過電加熱器加熱高溫熔鹽，變?yōu)楦邷責崮軆Υ嬖诟邷厝埯}中。需要用電時，再利用高溫熔鹽儲存的高溫熱能加熱水產(chǎn)生水蒸汽，從而驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)能量釋放。其特征在于，它包括電源，熔鹽電加熱器，高溫的熱鹽罐，低溫的冷鹽罐，熔鹽泵，熔鹽回路系統(tǒng)，鹽水換熱器(蒸汽發(fā)生器)，常規(guī)發(fā)電島，水-蒸汽回路系統(tǒng)及智能控制系統(tǒng)。另外建在城市的大規(guī)模高溫蓄熱電站還可與城市供熱相結(jié)合，建成大規(guī)模的高溫蓄熱熱電聯(lián)供電站。獨立熔鹽蓄熱電站既可用于光伏和風力電站的能量儲存，解決風力發(fā)電和光伏發(fā)電的棄風和棄光問題。獨立熔鹽蓄熱電站也可用于智能電網(wǎng)儲能電站，實現(xiàn)發(fā)電和用電的時空解耦，用于電網(wǎng)調(diào)峰，延緩和減少電源電網(wǎng)建設(shè)，提高能源利用效率和電網(wǎng)整體資產(chǎn)利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、電源，2、熔鹽電加熱器，3、高溫的熱鹽罐，4、低溫的冷鹽罐，5、第一熔鹽泵，6、第二熔鹽泵，大虛線框為熔鹽回路系統(tǒng)，7、鹽水換熱器(蒸汽發(fā)生器)，8、常規(guī)發(fā)電島，
9、城市供熱系統(tǒng)，小虛線框為水-蒸汽回路系統(tǒng)，10、智能控制系統(tǒng)，U、蛇形加熱圓管，12、熔鹽加熱器出口溫度傳感器，13、熔鹽加熱器進口溫度傳感器，14、冷鹽罐溫度傳感器，15、熱鹽罐溫度傳感器，16、冷鹽罐液位監(jiān)測口，17、熱鹽罐液位監(jiān)測口，18、冷鹽罐排鹽口，19、熱鹽罐排鹽口，20、熱鹽管路壓力傳感器，21、冷鹽管路壓力傳感器，22、熱鹽管路溫度傳感器，23、冷鹽管路壓力傳感器，24、熱鹽管路流量傳感器，25、冷鹽管路流量傳感器。
【具體實施方式】
[0020]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，一種采用熔鹽作為蓄熱工質(zhì)的獨立蓄熱電站，包括提供電能的電源，熔鹽加熱系統(tǒng)，熔鹽儲熱系統(tǒng)，熔鹽換熱系統(tǒng)和發(fā)電島及城市供熱系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0023]所述的電源可以是風力發(fā)電電站，光伏發(fā)電電站，智能電網(wǎng)儲能電站或其他電力不穩(wěn)定的發(fā)電電站，也可以是城市低谷電。蓄熱電站采用混合熔鹽作為蓄熱工質(zhì)，混合熔鹽具有熱容量大，熱穩(wěn)定性好，粘度低，蒸汽壓小，液態(tài)溫度范圍寬，成本低等諸多優(yōu)點，可以通過加熱熔鹽將各種不同形式電站產(chǎn)生的多余電能或不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為高溫熱能儲存于高溫熔鹽中。所述的熔鹽電加熱器2采用蛇形圓管11作為加熱元件，所受熱應力限制較小，啟動速度更快，適合電源頻繁啟停和變負荷運行需求。所述的熔鹽儲熱系統(tǒng)采用雙罐式布置結(jié)構(gòu)，其包括用于儲存低溫熔鹽的冷鹽罐4和用于儲存高溫熔鹽的熱鹽罐3，二者均為圓柱形結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼材質(zhì)，穹頂蓋，外部保溫，垂直放置。冷鹽罐4用于儲存系統(tǒng)啟動初期或運行期間經(jīng)換熱系統(tǒng)放熱后的低溫熔鹽，熱鹽罐3用于儲存經(jīng)熔鹽加熱器加熱升溫后的高溫熔鹽；在冷鹽罐4和熱鹽罐3頂部分別安裝有兩臺低溫熔鹽泵5和兩臺高溫熔鹽泵6，均采用一用一備的形式，防止由于熔鹽泵故障而造成整個系統(tǒng)的意外事故發(fā)生。熔鹽泵均為長軸液下泵，采用頂部立式安裝。冷鹽罐4，熱鹽罐3上均設(shè)有液位監(jiān)測口 16，17，通過液位傳感器可以反饋熔鹽的安全液位。二者均安裝有溫度傳感器14，15，用于監(jiān)測二者的溫度。鹽罐底部均設(shè)計有熔鹽的排鹽口 18，19，用于事故或常規(guī)檢修時將熔鹽排空。[0024]所述的熔鹽回路系統(tǒng)，包含熱鹽管路，冷鹽管路，及管路上的壓力傳感器20，21，溫度傳感器22，23，流量傳感器24，25。這些傳感器將信號傳遞給控制器10，控制器10則綜合這些信號來不斷調(diào)節(jié)高溫熔鹽泵6和低溫熔鹽泵5的頻率來滿足不同的運行工況。
[0025]水-蒸汽回路系統(tǒng)，包含發(fā)電島和城市供熱系統(tǒng)中的所有管路及管路上的壓力傳感器，溫度傳感器，流量傳感器等。
[0026]所述的蓄熱電站可以與城市供熱相結(jié)合，利用發(fā)電后的乏汽加熱市政用水實現(xiàn)熱電聯(lián)供。從而提高整個電站的效率。
[0027]另外，熔鹽換熱設(shè)備均采用熔鹽走殼側(cè)，高壓水/蒸汽走管側(cè)的布置方式，從而大大減薄殼壁，節(jié)約成本，同時也利于系統(tǒng)事故或常規(guī)檢修時將熔鹽排空。
[0028]本實用新型的工作原理和實現(xiàn)過程如下:
[0029]當電源有電力輸出需要儲能時，熔鹽電加熱器啟動，利用不穩(wěn)定電能或低谷電將由低溫熔鹽泵從低溫罐抽出的低溫熔鹽(約為200°C左右)加熱至高溫(約為500°C左右)，然后將高溫的熔鹽儲存在熱鹽罐中，此過程實現(xiàn)了電能向熱能的轉(zhuǎn)化。當需要用電或用電高峰期時，熱鹽罐頂部的熔鹽泵啟動，將高溫熔鹽不斷輸送到鹽水換熱器即蒸汽發(fā)生器中加熱水產(chǎn)生蒸汽推動蒸汽輪機發(fā)電，此過程實現(xiàn)了熱能向電能的轉(zhuǎn)化，而高溫熔鹽則不斷放熱變?yōu)榈蜏厝埯}回到冷鹽罐中，完成一次循環(huán)。此外，經(jīng)蒸汽輪機發(fā)電后的乏汽可以進入城市供熱換熱系統(tǒng)中，加熱市政用水后變?yōu)榈蜏氐乃M入鹽水換熱器中進行下一次的熱交換。
[0030]整個系統(tǒng)都是通過微電腦控制器即10智能控制實現(xiàn)的。該微電腦控制器通過溫度傳感器、流量傳感器等反饋的信號來智能調(diào)節(jié)熔鹽電加熱器的啟停及加熱功率，調(diào)節(jié)冷、熱鹽罐中熔鹽泵的頻率來控制熔鹽的流量來滿足用戶端的不同需求。
【權(quán)利要求】
1.獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，包括電源、熔鹽電加熱器、高溫的熱鹽罐、低溫的冷鹽罐、第一熔鹽泵、第二鹽泵、鹽水換熱器、發(fā)電島；電源與熔鹽電加熱器進行電路連接，電加熱器的出口通過管路依次與高溫的熱鹽罐、鹽水換熱器、低溫的冷鹽罐連接，然后冷鹽罐與熔鹽電加熱器的進口連接，在電加熱器的出口與高溫的熱鹽罐之間的管路上設(shè)有熔鹽加熱器出口溫度傳感器、熱鹽管路壓力傳感器、熱鹽管路溫度傳感器、熱鹽管路流量傳感器，在高溫的熱鹽罐和鹽水換熱器之間的管路上設(shè)有第二鹽泵，熔鹽電加熱器與低溫的冷鹽罐之間的管路上設(shè)有第一熔鹽泵、熔鹽加熱器進口溫度傳感器、冷鹽管路壓力傳感器、冷鹽管路溫度傳感器、冷鹽管路流量傳感器；熔鹽電加熱器、高溫的熱鹽罐、低溫的冷鹽罐、第一熔鹽泵、第二鹽泵、鹽水換熱器組成熔鹽回路系統(tǒng)；鹽水換熱器通過管路與發(fā)電島組成水-蒸氣回路，驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電。
2.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，電源是風力發(fā)電電站、光伏發(fā)電電站、智能電網(wǎng)儲能電站或其他電力不穩(wěn)定的發(fā)電電站。
3.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，所述的熔鹽采用混合熔鹽作為蓄熱工質(zhì)。
4.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，熔鹽電加熱器采用蛇形圓管作為加熱元件，蛇形圓管的外面有殼層，殼層上分別設(shè)有出口和進口，其中溫度傳感器、熔鹽加熱器進口溫度傳感器用來監(jiān)測加熱熔鹽出口和進口的溫度。
5.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，熱鹽罐上安裝有熱鹽罐溫度傳感器，熱鹽罐上部設(shè)有熱鹽罐液位監(jiān)測口，下部設(shè)有熱鹽罐排鹽口 ；冷鹽罐上安裝有冷鹽罐溫度傳感器，冷鹽罐上部設(shè)有冷鹽罐液位監(jiān)測口，下部設(shè)有冷鹽罐排鹽口。
6.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，冷鹽罐、熱鹽罐頂部分別安裝有為熔鹽提供動力的第一熔鹽泵、第二熔鹽泵，每個罐子頂部安裝有兩臺熔鹽泵，一用一備。
7.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，鹽水換熱器采用管殼式結(jié)構(gòu)，熔鹽處于管程系統(tǒng)中，水處于殼程系統(tǒng)中，二者采用強制對流換熱形式進行換熱。
8.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，在鹽水換熱器與發(fā)電島組成水-蒸氣回路中還設(shè)有城市供熱系統(tǒng)，發(fā)電島的出水管路中連接一換熱系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)與城市供熱系統(tǒng)相連。
9.按照權(quán)利要求1所述的所述獨立熔鹽蓄熱電站，其特征在于，還包括智能控制系統(tǒng).10，智能控制系統(tǒng)分別與電源、第一熔鹽泵、第二鹽泵及熔鹽回路中的傳感器和水-蒸氣回路中的感器相連。
【文檔編號】F28D20/02GK203772087SQ201420115586
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】馬重芳, 吳玉庭, 任楠, 劉斌 申請人:北京工業(yè)大學