一种独立熔盐蓄热电站的制作方法
【专利摘要】一种独立熔盐蓄热电站，属于储能【技术领域】。包括电源，熔盐电加热器，高温的热盐罐，低温的冷盐罐，熔盐泵，熔盐回路系统，盐水换热器，常规发电岛，水-蒸汽回路系统及智能控制系统。独立熔盐蓄热电站就是利用光伏电、风电、低谷电等不稳定或多余的电能储能时，电能通过电加热器加热高温熔盐，变为高温热能储存在高温熔盐中。需要用电时，再利用高温熔盐储存的高温热能加热水产生水蒸气，从而驱动蒸汽轮机发电，实现能量释放。它另外建在城市的大规模高温蓄热电站还可与城市供热相结合，建成大规模的高温蓄热热电联供电站。
【专利说明】—种独立熔盐蓄热电站
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种独立蓄热电站系统，特别是涉及采用混合熔盐作为蓄热工质的独立蓄热电站系统，属于储能【技术领域】。
【背景技术】
[0002]根据我国《可再生能源发展“十二五”规划》，到2020年，风电和太阳能并网装机分别达到2亿kW和5000万kW。但风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性和波动性，对电网的冲击很大，导致我国风电和光伏发电未并网比例高，弃风/光严重。例如:2011年我国风电未并网率达到28% ;光伏未并网率达到29% ;三北地区平均弃风率约为16%，而2012年的全国总弃风量达200亿kwh，为2011年的一倍，平均弃风率为20%，局部地区达40%。如果不解决风能和太阳能的大规模接入问题，到2015年和2020年，每年将分别损失3300万吨和7000万吨标准煤。此外，为了满足电力负荷的要求，当前的发电装机容量与电网容量是按最大需求建设，随着电网峰谷差日趋增大，必然导致非用电高峰时发电机组的停机或低负荷运行，以及电网容量的浪费。2011年全国常规燃煤发电机组发电总负荷系数仅为51.8%，电网负荷利用系数也小于55%。而采用熔盐作为蓄热介质的独立熔盐蓄热电站，可以将这些不稳定或多余的电能转化为热能储存于高温熔盐中，在需要用电时再将其转化为电能。它可以实现可再生能源平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等，使可再生能源发电稳定控输出，满足可再生能源电力的大规模接入并网的要求。也可以大幅提高火电机组实际运行效率，增强电网的输电能力。
实用新型内容
[0003]鉴于现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种采用风电、光伏电、低谷电等电力品质不稳定或多余的电能加热高温熔盐，变为高温热能储存在高温熔盐中。需要用电时，再利用高温熔盐储存的高温热能加热水产生水蒸汽，从而驱动蒸汽轮机发电，实现能量释放的独立熔盐蓄热电站系统。
[0004]独立熔盐蓄热电站，其特征在于，包括电源1、熔盐电加热器2、高温的热盐罐3、低温的冷盐罐4、第一熔盐泵5、第二盐泵6、盐水换热器(蒸汽发生器)7、发电岛8 ;电源I与熔盐电加热器2进行电路连接，电加热器2的出口通过管路依次与高温的热盐罐3、盐水换热器(或蒸汽发生器)7、低温的冷盐罐4连接，然后冷盐罐4与熔盐电加热器2的进口连接，在电加热器2的出口与高温的热盐罐3之间的管路上设有熔盐加热器出口温度传感器12、热盐管路压力传感器20、热盐管路温度传感器22、热盐管路流量传感器24，在高温的热盐罐3和盐水换热器(蒸汽发生器)7之间的管路上设有第二盐泵6，熔盐电加热器2与低温的冷盐罐4之间的管路上设有第一熔盐泵5、熔盐加热器进口温度传感器13、冷盐管路压力传感器21、冷盐管路温度传感器23、冷盐管路流量传感器25 ;熔盐电加热器2、高温的热盐罐
3、低温的冷盐罐4、第一熔盐泵5、第二盐泵6、盐水换热器(蒸汽发生器)7组成熔盐回路系统；盐水换热器7通过管路与发电岛8组成水-蒸气回路，驱动蒸汽轮机发电。[0005]所述电源I可以是风力发电电站、光伏发电电站、智能电网储能电站或其他电力不稳定的发电电站。
[0006]所述的蓄热电站采用混合熔盐作为蓄热工质，将各种不同形式电站产生的多余电能或不稳定电能转化为高温热能储存于高温熔盐中。
[0007]所述的蓄热电站可以与城市供热相结合，利用发电后的废气加热市政用水实现热电联供。熔盐电加热器2采用蛇形圆管11作为加热元件，蛇形圆管11的外面有壳层，壳层上分别设有出口和进口，其中熔盐加热器出口温度传感器12、熔盐加热器进口温度传感器13用来监测加热熔盐出口和进口的温度。
[0008]热盐罐3上安装有热盐罐温度传感器15，热盐罐3上部设有热盐罐液位监测口17，下部设有热盐罐排盐口 19 ;冷盐罐4上安装有冷盐罐温度传感器14，冷盐罐4上部设有冷盐罐液位监测口 16，下部设有冷盐罐排盐口 18。
[0009]优选冷盐罐4、热盐罐3顶部分别安装有为熔盐提供动力的第一熔盐泵5、第二熔盐泵6，每个罐子顶部安装有两台熔盐泵，一用一备；罐子上安装有用于监测温度的温度传感器14、15，用于监测液位的监测口 16、17，及用于排空熔盐的排盐口 18、19。
[0010]熔盐回路系统(大虚线框)，包含所有用于承载熔盐的管路系统，以及管路系统上安装的压力传感器20，21，温度传感器22，23，流量传感器24，25。
[0011]盐水换热器7采用管壳式结构，熔盐处于管程系统中，水处于壳程系统中，二者采用强制对流换热形式进行换热。
[0012]常规发电岛8采用蒸汽轮机发电，其原理与组成与现有主流技术一致。
[0013]在盐水换热器7与发电岛8组成水-蒸气回路中还设有城市供热系统，发电岛8的出水管路中连接一换热系统，换热系统与城市供热系统9相连。此处的城市供热系统9的原理与组成与现有主流技术一致。
[0014]水-蒸汽回路系统(小虚线框)，包含所有用于承载水或蒸汽的管路系统，以及管路系统上安装的各种传感器，如压力、温度、流量传感器等。
[0015]还包括智能控制系统10，智能控制系统10分别与电源、各感器等相连。
[0016]本实用新型的有益效果是:独立熔盐蓄热电站将不稳定或多余的电能转化成热能储存于高温熔盐中，在需要用电时，再利用高温熔盐储存的高温热能加热水产生水蒸汽，从而驱动蒸汽轮机发电，实现能量释放。与压缩空气储能和抽水蓄能电站相比，独立熔盐储热电站具有占地面积小，不受地理条件限制，可建在城市内部等优点，另外建在城市的大规模高温蓄热电站还可与城市供热相结合，建成大规模的高温蓄热电联供电站，实现热电联供后可将蓄热电站的效率由原来的30%提高到70%以上，这一效率与目前抽水蓄能电站效率相当，但成本要比抽水蓄能和压缩空气蓄能电站低。因此高温蓄热电站是一种具有广阔发展前景的大规模物理蓄能技术。独立熔盐蓄热电站既可用于光伏和风力电站的能量储存，解决风力发电和光伏发电的弃风和弃光问题。独立熔盐蓄热电站也可用于智能电网储能电站，实现发电和用电的时空解耦，延缓和减少电源电网建设，提高能源利用效率和电网整体资产利用率。
[0017]所谓独立熔盐蓄热电站就是利用光伏电、风电、低谷电等不稳定或多余的电能储能时，电能通过电加热器加热高温熔盐，变为高温热能储存在高温熔盐中。需要用电时，再利用高温熔盐储存的高温热能加热水产生水蒸汽，从而驱动蒸汽轮机发电，实现能量释放。其特征在于，它包括电源，熔盐电加热器，高温的热盐罐，低温的冷盐罐，熔盐泵，熔盐回路系统，盐水换热器(蒸汽发生器)，常规发电岛，水-蒸汽回路系统及智能控制系统。另外建在城市的大规模高温蓄热电站还可与城市供热相结合，建成大规模的高温蓄热热电联供电站。独立熔盐蓄热电站既可用于光伏和风力电站的能量储存，解决风力发电和光伏发电的弃风和弃光问题。独立熔盐蓄热电站也可用于智能电网储能电站，实现发电和用电的时空解耦，用于电网调峰，延缓和减少电源电网建设，提高能源利用效率和电网整体资产利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图。
[0019]图中:1、电源，2、熔盐电加热器，3、高温的热盐罐，4、低温的冷盐罐，5、第一熔盐泵，6、第二熔盐泵，大虚线框为熔盐回路系统，7、盐水换热器(蒸汽发生器)，8、常规发电岛，
9、城市供热系统，小虚线框为水-蒸汽回路系统，10、智能控制系统，U、蛇形加热圆管，12、熔盐加热器出口温度传感器，13、熔盐加热器进口温度传感器，14、冷盐罐温度传感器，15、热盐罐温度传感器，16、冷盐罐液位监测口，17、热盐罐液位监测口，18、冷盐罐排盐口，19、热盐罐排盐口，20、热盐管路压力传感器，21、冷盐管路压力传感器，22、热盐管路温度传感器，23、冷盐管路压力传感器，24、热盐管路流量传感器，25、冷盐管路流量传感器。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，一种采用熔盐作为蓄热工质的独立蓄热电站，包括提供电能的电源，熔盐加热系统，熔盐储热系统，熔盐换热系统和发电岛及城市供热系统，具体结构如下:
[0023]所述的电源可以是风力发电电站，光伏发电电站，智能电网储能电站或其他电力不稳定的发电电站，也可以是城市低谷电。蓄热电站采用混合熔盐作为蓄热工质，混合熔盐具有热容量大，热稳定性好，粘度低，蒸汽压小，液态温度范围宽，成本低等诸多优点，可以通过加热熔盐将各种不同形式电站产生的多余电能或不稳定电能转化为高温热能储存于高温熔盐中。所述的熔盐电加热器2采用蛇形圆管11作为加热元件，所受热应力限制较小，启动速度更快，适合电源频繁启停和变负荷运行需求。所述的熔盐储热系统采用双罐式布置结构，其包括用于储存低温熔盐的冷盐罐4和用于储存高温熔盐的热盐罐3，二者均为圆柱形结构，采用不锈钢材质，穹顶盖，外部保温，垂直放置。冷盐罐4用于储存系统启动初期或运行期间经换热系统放热后的低温熔盐，热盐罐3用于储存经熔盐加热器加热升温后的高温熔盐；在冷盐罐4和热盐罐3顶部分别安装有两台低温熔盐泵5和两台高温熔盐泵6，均采用一用一备的形式，防止由于熔盐泵故障而造成整个系统的意外事故发生。熔盐泵均为长轴液下泵，采用顶部立式安装。冷盐罐4，热盐罐3上均设有液位监测口 16，17，通过液位传感器可以反馈熔盐的安全液位。二者均安装有温度传感器14，15，用于监测二者的温度。盐罐底部均设计有熔盐的排盐口 18，19，用于事故或常规检修时将熔盐排空。[0024]所述的熔盐回路系统，包含热盐管路，冷盐管路，及管路上的压力传感器20，21，温度传感器22，23，流量传感器24，25。这些传感器将信号传递给控制器10，控制器10则综合这些信号来不断调节高温熔盐泵6和低温熔盐泵5的频率来满足不同的运行工况。
[0025]水-蒸汽回路系统，包含发电岛和城市供热系统中的所有管路及管路上的压力传感器，温度传感器，流量传感器等。
[0026]所述的蓄热电站可以与城市供热相结合，利用发电后的乏汽加热市政用水实现热电联供。从而提高整个电站的效率。
[0027]另外，熔盐换热设备均采用熔盐走壳侧，高压水/蒸汽走管侧的布置方式，从而大大减薄壳壁，节约成本，同时也利于系统事故或常规检修时将熔盐排空。
[0028]本实用新型的工作原理和实现过程如下:
[0029]当电源有电力输出需要储能时，熔盐电加热器启动，利用不稳定电能或低谷电将由低温熔盐泵从低温罐抽出的低温熔盐(约为200°C左右)加热至高温(约为500°C左右)，然后将高温的熔盐储存在热盐罐中，此过程实现了电能向热能的转化。当需要用电或用电高峰期时，热盐罐顶部的熔盐泵启动，将高温熔盐不断输送到盐水换热器即蒸汽发生器中加热水产生蒸汽推动蒸汽轮机发电，此过程实现了热能向电能的转化，而高温熔盐则不断放热变为低温熔盐回到冷盐罐中，完成一次循环。此外，经蒸汽轮机发电后的乏汽可以进入城市供热换热系统中，加热市政用水后变为低温的水进入盐水换热器中进行下一次的热交换。
[0030]整个系统都是通过微电脑控制器即10智能控制实现的。该微电脑控制器通过温度传感器、流量传感器等反馈的信号来智能调节熔盐电加热器的启停及加热功率，调节冷、热盐罐中熔盐泵的频率来控制熔盐的流量来满足用户端的不同需求。
【权利要求】
1.独立熔盐蓄热电站，其特征在于，包括电源、熔盐电加热器、高温的热盐罐、低温的冷盐罐、第一熔盐泵、第二盐泵、盐水换热器、发电岛；电源与熔盐电加热器进行电路连接，电加热器的出口通过管路依次与高温的热盐罐、盐水换热器、低温的冷盐罐连接，然后冷盐罐与熔盐电加热器的进口连接，在电加热器的出口与高温的热盐罐之间的管路上设有熔盐加热器出口温度传感器、热盐管路压力传感器、热盐管路温度传感器、热盐管路流量传感器，在高温的热盐罐和盐水换热器之间的管路上设有第二盐泵，熔盐电加热器与低温的冷盐罐之间的管路上设有第一熔盐泵、熔盐加热器进口温度传感器、冷盐管路压力传感器、冷盐管路温度传感器、冷盐管路流量传感器；熔盐电加热器、高温的热盐罐、低温的冷盐罐、第一熔盐泵、第二盐泵、盐水换热器组成熔盐回路系统；盐水换热器通过管路与发电岛组成水-蒸气回路，驱动蒸汽轮机发电。
2.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，电源是风力发电电站、光伏发电电站、智能电网储能电站或其他电力不稳定的发电电站。
3.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，所述的熔盐采用混合熔盐作为蓄热工质。
4.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，熔盐电加热器采用蛇形圆管作为加热元件，蛇形圆管的外面有壳层，壳层上分别设有出口和进口，其中温度传感器、熔盐加热器进口温度传感器用来监测加热熔盐出口和进口的温度。
5.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，热盐罐上安装有热盐罐温度传感器，热盐罐上部设有热盐罐液位监测口，下部设有热盐罐排盐口 ；冷盐罐上安装有冷盐罐温度传感器，冷盐罐上部设有冷盐罐液位监测口，下部设有冷盐罐排盐口。
6.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，冷盐罐、热盐罐顶部分别安装有为熔盐提供动力的第一熔盐泵、第二熔盐泵，每个罐子顶部安装有两台熔盐泵，一用一备。
7.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，盐水换热器采用管壳式结构，熔盐处于管程系统中，水处于壳程系统中，二者采用强制对流换热形式进行换热。
8.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，在盐水换热器与发电岛组成水-蒸气回路中还设有城市供热系统，发电岛的出水管路中连接一换热系统，换热系统与城市供热系统相连。
9.按照权利要求1所述的所述独立熔盐蓄热电站，其特征在于，还包括智能控制系统.10，智能控制系统分别与电源、第一熔盐泵、第二盐泵及熔盐回路中的传感器和水-蒸气回路中的感器相连。
【文档编号】F28D20/02GK203772087SQ201420115586
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】马重芳, 吴玉庭, 任楠, 刘斌 申请人:北京工业大学