一种单罐蓄热式热储能电站系统的制作方法

本发明涉及电能供应技术领域，更具体的说是一种单罐蓄热式热储能电站技术。

背景技术：

热储能电站通过一定的方式将能量转化并同时可进行储能，蒸气通过汽轮机做功后，再对热用户输出。通过储能电站可辅助供热电站对用户进行功能，解决了城市集中供热的问题，取代了遍地开花的小锅炉。又从另一个方面提高了社会整体能源利用率。

名为《独立熔盐蓄热电站技术及其评价》的文献为解决可再生能源发电的间歇性、不稳定性及电网“低谷电”问题，通过将过剩电能转为热能加热熔盐并储热的优势，把低品质电力转化为高品质电力，实现对过剩电能的消纳。

其缺陷在于：1.若电源供电或电加热相关设备出现故障将导致系统无法储热，发电的可靠性无法保障；2.双罐储能较材料用量大，成本高，占地面积大，不利于布置；3.系统效率有待提升。

技术实现要素：

本发明为解决丧失电源系统无法运行可靠性低、双罐储能设备材料用量大成本高且占地面积大不利于布置及热储能电站系统效率有待提升的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种单罐蓄热式热储能电站系统，该单罐蓄热式热储能电站系统包括介质储罐1、冷介质泵2、热介质泵3、电加热器4、燃气加热器5、蒸汽发生器6、电伴热棒ⅰ7、电伴热棒ⅱ8、汽轮机高压缸9、再热器10、汽轮机中低压缸11、发电机12、凝汽器13、凝水泵14、加热器ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器ⅱ18和冷却塔19；

所述的电加热器4设置有电源4-1，电源4-1的电源输出端与电加热器4的电源输入端连接；所述的燃气加热器5设置有燃气供应装置5-1，燃气供应装置5-1的能量输出端与燃气加热器4的能量输入端连接；所述的介质储罐1包括热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3依次垂直分布于介质储罐1的内部，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3将介质储罐1的内部填满，所述的热介质层1-1设置有电伴热棒ⅱ8，所述的冷介质层1-3设置有电伴热棒ⅰ7，所述的冷介质层1-3的输出端与冷介质泵2的输入端连接，电加热器4和燃气加热器5的输入端同时与冷介质泵2的输出端连接，电加热器4和燃气加热器5的输出端同时与热介质层1-1的输入端连接，热介质层1-1的输出端与热介质泵3的输入端连接；

蒸汽发生器6的一个输入端和再热器10的一个输入端同时与热介质泵3的输出端连接，蒸汽发生器6的一个输出端和再热器10的一个输出端同时与冷介质层1-3的输入端连接；

蒸汽发生器6的另一个输入端与汽轮机高压缸9的输入端连接，汽轮机高压缸9的两个输出端分别与加热器ⅱ18一个输入端和再热器10的另一个输入端连接，再热器10的另一个输出端与汽轮机中低压缸11与之对应的输入端连接，发电机12的输入端与汽轮机中低压缸11的输出端连接，汽轮机中低压缸11的四个输出端分别与凝汽器13的一个输入端、加热器ⅰ15的一个输入端、除氧器16的一个输入端和冷却塔19的输入端连接，凝汽器13的一个输出端与冷却塔19的输入端连接，冷却塔19的输出端与凝汽器13的另一个输入端连接，凝汽器13的另一个输出端与凝水泵14的输入端连接，凝水泵14的输出端与加热器ⅰ15的另一个输入端连接，加热器ⅰ15的输出端与除氧器16的另一个输入端连接，除氧器16的输出端与给水泵17的输入端连接，给水泵17的输出端与加热器ⅱ18的另一个输入端连接，加热器ⅱ18的输出端与蒸汽发生器6的另一个输入端连接。

作为本发明的进一步优化，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的介质储罐1为单罐斜温层储能罐。

作为本发明的进一步优化，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的电伴热棒ⅰ7为低温电伴热棒。

作为本发明的进一步优化，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的电伴热棒ⅱ8为高温电伴热棒。

作为本发明的进一步优化，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的加热器ⅰ15为低压加热器。

作为本发明的进一步优化，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的加热器ⅱ18为高压加热器。

本发明为解决丧失电源系统无法运行的问题，本发明通过配置与电加热器并联的燃气加热器，当电源供电或电加热相关设备出现故障时，可切换使用燃气加热器，从而实现能量来源的多样性，保障发电的可靠性，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障发电的可靠性。

本发明为解决双罐储能设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过设计单罐斜温层储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，成本降低了40％左右，同时占地面积减小了30％左右，使得占地面积小便于布置。

本发明为解决已有技术对汽机岛与储热部分相互配合提升效率并无相关描述，为提升热储能电站系统效率，通过配置储热介质-蒸汽再热器，用储热介质加热汽轮机高压缸排汽后进入低压缸，从而提升了汽轮机朗肯循环效率，总能量转换效率达到了85％以上。

附图说明

图1为本发明的一种单罐蓄热式热储能电站系统的结构示意图。

图中：1.介质储罐；1-1.热介质层；1-2.斜温层；1-3.冷介质层；2.冷介质泵；3.热介质泵；4.电加热器；4-1.电源；5.燃气加热器；5-1.燃气供应装置；6.蒸汽发生器；7.电伴热棒ⅰ；8.电伴热棒ⅱ；9.汽轮机高压缸；10.再热器；11.汽轮机中低压缸；12.发电机；13.凝汽器；14.凝水泵；15.加热器ⅰ；16.除氧器；17.给水泵；18.加热器ⅱ；19.冷却塔。

具体实施方式

具体实施方式一、下面结合图1说明本实施方式，本发明为解决丧失电源系统无法运行可靠性低、双罐储能设备材料用量大成本高且占地面积大不利于布置及热储能电站系统效率有待提升的问题；

本发明提供了一种单罐蓄热式热储能电站系统，该单罐蓄热式热储能电站系统包括介质储罐1、冷介质泵2、热介质泵3、电加热器4、燃气加热器5、蒸汽发生器6、电伴热棒ⅰ7、电伴热棒ⅱ8、汽轮机高压缸9、再热器10、汽轮机中低压缸11、发电机12、凝汽器13、凝水泵14、加热器ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器ⅱ18和冷却塔19；

所述的电加热器4设置有电源4-1，电源4-1的电源输出端与电加热器4的电源输入端连接；所述的燃气加热器5设置有燃气供应装置5-1，燃气供应装置5-1的能量输出端与燃气加热器4的能量输入端连接；所述的介质储罐1包括热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3依次垂直分布于介质储罐1的内部，所述的热介质层1-1、斜温层1-2和冷介质层1-3将介质储罐1的内部填满，所述的热介质层1-1设置有电伴热棒ⅱ8，所述的冷介质层1-3设置有电伴热棒ⅰ7，所述的冷介质层1-3的输出端与冷介质泵2的输入端连接，电加热器4和燃气加热器5的输入端同时与冷介质泵2的输出端连接，电加热器4和燃气加热器5的输出端同时与热介质层1-1的输入端连接，热介质层1-1的输出端与热介质泵3的输入端连接；

蒸汽发生器6的一个输入端和再热器10的一个输入端同时与热介质泵3的输出端连接，蒸汽发生器6的一个输出端和再热器10的一个输出端同时与冷介质层1-3的输入端连接；

蒸汽发生器6的另一个输入端与汽轮机高压缸9的输入端连接，汽轮机高压缸9的两个输出端分别与加热器ⅱ18一个输入端和再热器10的另一个输入端连接，再热器10的另一个输出端与汽轮机中低压缸11与之对应的输入端连接，发电机12的输入端与汽轮机中低压缸11的输出端连接，汽轮机中低压缸11的四个输出端分别与凝汽器13的一个输入端、加热器ⅰ15的一个输入端、除氧器16的一个输入端和冷却塔19的输入端连接，凝汽器13的一个输出端与冷却塔19的输入端连接，冷却塔19的输出端与凝汽器13的另一个输入端连接，凝汽器13的另一个输出端与凝水泵14的输入端连接，凝水泵14的输出端与加热器ⅰ15的另一个输入端连接，加热器ⅰ15的输出端与除氧器16的另一个输入端连接，除氧器16的输出端与给水泵17的输入端连接，给水泵17的输出端与加热器ⅱ18的另一个输入端连接，加热器ⅱ18的输出端与蒸汽发生器6的另一个输入端连接。

当电源4-1供电或电加热相关设备出现故障时，通过燃气加热器6进行补燃保障发电和供热的稳定性。储能时冷介质泵2从介质储罐1的斜温层1-2的下部的冷介质层1-3抽取冷介质经电加热器4加热至高温后进入介质储罐1的上部区域的热介质层1-1；放热时储能时热介质泵3从介质储罐1的斜温层1-2的上部的热介质层1-1抽取储能介质经蒸汽发生器6换热后进入介质储罐1的下部的冷介质层1-3。为避免介质储罐1的低温储热介质和高温储热介质散热温度降低，在介质储罐1的上部热介质层1-1和冷介质层1-3分别配置电伴热棒ⅱ8和电伴热棒ⅰ7，电伴热棒ⅱ8和电伴热棒ⅰ7的电加热部分浸没入介质储罐1的热冷介质中，当介质温度下降时启动进行加热至额定温度。

本发明采用电加热储能侧的介质储罐1进行储热即单罐储热，属于高温储热，采用单罐储能从而简化系统，为解决双罐储能较设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过配置单罐斜温层储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，同时占地面积较小便于布置，节约投资成本。

工作原理及工作过程：

当电源侧电力过剩时(如风电、光伏存在电网难以消纳的弃电以及电网“低谷”时段)，储能电站开始储能，冷介质泵2从介质储罐1下部冷介质层1-3抽取低温储热介质流经电加热器4，通过电加热器4将来自电源侧的过剩电能转化为热能，加热来自介质储罐1的下部冷介质层1-3的低温储热介质至高温，然后将高温储热介质储存在介质储罐1的上部热介质层1-1，此过程实现了电能向热能的转化。

当电力用户(电网或直供电用户)有电力需求时(如电网用电“高峰”时段)，熔盐储能电站开始放能，热介质泵3抽取热介质层1-1上部热介质区域的高温储热介质流经蒸汽发生器6加热来自给水泵17的给水从而产生蒸汽，蒸汽发生器6产生的蒸汽进入汽轮机高压缸9做功，汽轮机高压缸9排汽进入再热器10，被来自热介质层1-1上部的高温储热介质加热后，蒸汽进入汽轮机中低压缸11作功驱动发电机12发电，汽轮机中低压缸11排汽进入凝汽器13凝结为水，再依次经过凝水泵14、加热器ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器ⅱ18后进入蒸汽发生器6从而完成循环。汽轮机排汽余热通过凝汽器13换热由冷却塔19带走。

当热储能电站在电源丧失或电加热器出现故障时，可切换使用与电加热器并联的燃气加热器5补燃，从而提高热储能电站的供电可靠性。

为避免介质储罐1的低温储热介质和高温储热介质散热温度降低，在介质储罐1的上部热介质层1-1和冷介质层1-3分别配置电伴热棒ⅱ8和电伴热棒ⅰ7，电伴热棒的电加热部分浸没入冷介质层1-3储罐的介质中，当介质温度下降时启动进行加热至额定温度。

本发明为解决双罐储能较单罐设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过配置单罐斜温层储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，同时占地面积较小便于布置。

本发明为提升热储能电站系统效率，通过配置储热介质-蒸汽再热器，用储热介质加热汽轮机高压缸排汽后进入低压缸，从而提升汽轮机朗肯循环效率，并且增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障发电的可靠性。

具体实施方式二、下面结合图1说明本实施方式，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的介质储罐1为单罐斜温层储能罐；该装置利用冷热介质密度不同自然分层原理，将冷热介质进行分层，且中间具有斜温层进行隔离；

采用介质储罐1利用冷热介质密度不同自然分层原理，热介质位于介质储罐1的罐体上部，温度较低的冷介质位于介质储罐1的罐体下部的冷介质层1-3，冷热介质间自然形成隔离边界层，称为“斜温层”即斜温层1-2，采用介质储罐1的好处有：相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，同时占地面积较小便于布置。

具体实施方式三、下面结合图1说明本实施方式，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的电伴热棒ⅰ7为低温电伴热棒；电伴热棒ⅰ7的电加热部分浸没入介质储罐1的冷介质中。

具体实施方式四、下面结合图1说明本实施方式，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的电伴热棒ⅱ8为高温电伴热棒，电伴热棒ⅱ8的电加热部分浸没入介质储罐1的冷介质中。

具体实施方式五、下面结合图1说明本实施方式，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的加热器ⅰ15为低压加热器。

具体实施方式六、下面结合图1说明本实施方式，本发明一种单罐蓄热式热储能电站系统，所述的加热器ⅱ18为高压加热器。

工作原理为：

储能原理：当电源4-1侧电力过剩时如风电、光伏存在电网难以消纳的弃电以及电网“低谷”时段，储能电站开始储能，冷介质泵2从冷介质层1-3抽取低温储热介质流经电加热器4或者燃气加热器5，通过电加热器4将来自电源4-1侧的过剩电能转化为热能，将冷介质层1-3的低温储热介质加热至高温，然后将高温储热介质储存在热介质层1-1中，热介质层1-1和冷介质层1-3之间设置有斜温层1-2，实现隔离；汽轮机中低压缸11排汽进入凝汽器13凝结为水，再依次经过凝水泵14、加热器ⅰ15、除氧器16、给水泵17、加热器ⅱ18后进入蒸汽发生器6从而完成循环。与此同时，通过凝汽器13将汽轮机排汽余热使得冷却塔19带走。

发电原理：当电网电站即电源4-1丧失或电加热器4出现故障时，可手动切换使用与电加热器并联的燃气加热器6补燃，增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，从而提高热储能电站的发电可靠性。当电力用户电网或直供电用户有电力需求时如电网用电“高峰”时段，本装置开始放能，热介质泵3抽取热介质层1-1中的高温储热介质流经蒸汽发生器6加热来自给水泵17的给水从而产生蒸汽，蒸汽发生器6产生的蒸汽进入汽轮机高压缸9做功，汽轮机高压缸9排汽进入再热器10，被来自热介质层1-1的高温储热介质加热后，蒸汽进入汽轮机中低压缸11作功驱动发电机12发电。

为避免热介质层1-1、冷介质层1-3散热温度降低，分别配置电伴热棒ⅱ8和电伴热棒ⅰ7，电伴热棒的电加热部分浸没入介质储罐1的热、冷介质中，当储热介质温度下降时启动进行加热至额定温度。

本发明采用电加热储能侧的介质储罐1进行储热即单罐储热，属于高温储热，采用单罐储能从而简化系统，为解决双罐储能较单罐设备材料用量大成本高，占地面积大不利于布置的问题，通过配置单罐斜温层储能装置，相对双罐储能设备材料用量显著降低从而可有效降低成本，成本降低了40％左右，占地面积减小了30％左右，使得占地面积小便于布置。

本发明为提升热储能电站系统效率，通过配置储热介质-蒸汽再热器，用储热介质加热汽轮机高压缸排汽后进入低压缸，从而提升了汽轮机朗肯循环效率，总能量转换效率达到了85％以上，并且增加了一个能量的来源，可靠性提高了100％，保障发电的可靠性。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。