一种提升热电站使用效率的系统的制作方法

本发明属于能源利用技术领域，尤其涉及一种提升热电站使用效率的系统。

背景技术：

众所周知，电站的发电量必须持续不断地满足用电负载的需求，整个过程必须经过严格的控制以保证良好的匹配。如果这个平衡被打破或者两者的差异超出了限定的范围，则会导致电网系统的不稳定甚至可能导致区域性停电。

目前的负载平衡管理主要是通过化石燃料常规峰化发电站来被动的响应负载的变化。未来的电网面临着如何管理快速增长的间歇性可再生能源发电对电网的影响及快速频率响应的双重挑战。不同于被动的基于负载的发电调节，未来热电站的主要职责则转向于主动提供负载均衡和电网稳定的服务。现有技术目前主要存在以下问题：

1)低电站效率：电站的设计都是在额定功率输出的情况下达到最大效率。然而电站经常工作在部分负荷工况下以满足不断变化的负载平衡的要求，其效率因此而降低。例如，600mw超临界电站将无法保持其超临界工况而产生小于500mw的电量。

2)低负荷系数：电站只有在需要的时候才会发电，其发电能力必须能够满足峰值负荷要求。但日常负荷要求远低于峰值要求，所以许多电站必须工作在低负荷系数下，从而造成了过度的基础设施投资。

3）可靠及耐久性：随着间歇性新能源发电调度的增加，电站将会被当作灵活的发电单元而扮演越来越重要的角色。这就需要电站工作更加灵活，响应更加快，为保持电网的稳定频繁的启停，因而将对电站运行安全性，效率和设备寿命预期产生影响。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明公开了一种提升热电站使用效率的系统，集成了储热单元的亚临界和超临界燃煤电站、燃气-蒸汽联合循环电站新的集成热能的特点和优势，这样发电站就能提供稳定的热发电和灵活的电力输出，从而提升了电站效率及安全性。

对此，本发明的技术方案为：

一种提升热电站使用效率的系统，热电站包括锅炉、蒸汽水循环装置、高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮、低压蒸汽涡轮，所述锅炉、高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮、低压蒸汽涡轮依次连接，所述低压蒸汽涡轮与发电机连接，所述提升热电站使用效率的系统包括第一高温储能装置和蒸汽蓄能器，所述锅炉与高压蒸汽涡轮连接，所述中压蒸汽涡轮的入口、高压蒸汽涡轮的入口分别通过管道与第一高温储能装置的入口连接，所述中压蒸汽涡轮和/或高压蒸汽涡轮的入口通过管道与蒸汽蓄能器连接，所述第一高温储能装置的出口与蒸汽蓄能器、低压蒸汽涡轮连接；所述蒸汽蓄能器与低压蒸汽涡轮通过管道连接。

其中，高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮、低压蒸汽涡轮中的压力为相对而言，即高压蒸汽涡轮的压力大于中压蒸汽涡轮的，中压蒸汽涡轮的压力大于低压蒸汽涡轮的。

上述技术方案中，高温储能装置具有之匹配的储热能力和材料，从高温储能装置输出的蒸汽可被调节具有合适的压力和温度。在高负荷期间，存储在httes中的能量可迅速释放，从httes输出蒸汽要么被加热用以ip（intermittentpressure，间歇压力装置）和低压蒸汽涡轮，要么直接送入低压涡轮。第一高温储能装置储存的蒸汽可以利用进行发电。集成了燃煤电站和燃气-蒸汽联合循环电站的优势，一方面提高了热电站的稳定性和灵活的电力输出，还提升了电站的效率及安全性。

作为本发明的进一步改进，所述提升热电站使用效率的系统包括第二高温储能装置、压缩空气储能装置和空气涡轮机，所述第一高温储能装置的出口与所述第二高温储能装置、空气涡轮机连接，所述空气涡轮机与发电机连接；所述第二高温储能装置的出口与压缩空气储能装置的入口连接，所述压缩空气储能装置的出口与第二高温储能装置、第一高温储能装置的入口连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二高温储能装置通过预加热器与高压蒸汽涡轮连接。进一步的，所述的提升热电站使用效率的系统包括压缩机，所述第二高温储能装置的出口的蒸汽经过压缩机与预加热器连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一高温储能装置、第二高温储能装置为蒸汽蓄热器和/或相变材料储存装置。

作为本发明的进一步改进，所述相变材料储存装置的相变材料为kcl（54）-46zncl2。

作为本发明的进一步改进，所述中压蒸汽涡轮的入口、高压蒸汽涡轮的入口分别通过膨胀阀与第一高温储能装置连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一高温储能装置、蒸汽储能器分别通过膨胀阀与低压蒸汽涡轮连接。

作为本发明的进一步改进，所述蒸汽水循环装置包括冷凝器，所述低压蒸汽涡轮与冷凝器连接，所述冷凝器与预加热器连接。

作为本发明的进一步改进，所述热电站包括再加热装置，所述高压蒸汽涡轮的出口通过再加热装置与中压蒸汽涡轮连接。

作为本发明的进一步改进，所述的提升热电站使用效率的系统包括中央控制模块，所述中央控制模块采用以下步骤进行控制：在电量需求低时，所述中央控制模块控制蒸汽从高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮的入口进入第一高温储能装置存储能量；在高负荷期间，所述中央控制模块控制存储在第一高温储能装置中的能量释放，从第一高温储能装置输出蒸汽被加热或输入低压蒸汽涡轮进行发电，满足用电高峰需求。

作为本发明的进一步改进，所述中央控制模块控制还可以控制第一高温储能装置输出蒸汽到第二高温储能装置，所述第二高温储能装置中的蒸汽可以用于发电，或控制所述第二高温储能装置中的蒸汽输入到压缩空气储能装置中用于提高压缩空气的输出功率，或控制所述第二高温储能装置中的蒸汽输出通过预加热器加热后，输入到高压蒸汽涡轮中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一，本发明的技术方案，提出了一种新的综合利用热能的方法，可以提高负载系数以及减少过度的资产/基础设施投资，给发电站提供了稳定的热发电和灵活的电力输出，提升了电站效率及安全性。

第二，采用本发明的技术方案，降低了电站设计规模及费用。新的电站无需根据峰值负荷来设计总发电量，极大地节省了设计成本和实施成本。对于现有电站，增加新的循环系统可以提升电站的使用效率，增加其对负载变化的响应速度，从而提升了电网的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种提升热电站使用效率的系统的结构和工作原理示意图。

图2是本发明的集成热能源利用和改变蒸汽循环示意图。

附图标记包括：1-锅炉，2-蒸汽水循环装置，3-高压蒸汽涡轮，4-中压蒸汽涡轮，5-低压蒸汽涡轮，6-发电机，7-再加热装置，8-换热器，9-预加热器，10-冷凝器，11-第一高温储能装置，12-第二高温储能装置，13-蒸汽蓄能器，14-压缩空气储能装置，15-压缩机，16-空气涡轮机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，一种提升热电站使用效率的系统，热电站包括锅炉1、蒸汽水循环装置2、高压蒸汽涡轮3、中压蒸汽涡轮4、低压蒸汽涡轮5，所述锅炉1、高压蒸汽涡轮3、中压蒸汽涡轮4、低压蒸汽涡轮5依次连接，所述低压蒸汽涡轮5与发电机6连接；

所述提升热电站使用效率的系统包括第一高温储能装置11、第二高温储能装置12、蒸汽蓄能器13、压缩空气储能装置14、压缩机15、空气涡轮机16，所述锅炉1与高压蒸汽涡轮3通过管道连接，所述中压蒸汽涡轮4的入口、高压蒸汽涡轮3的入口分别通过膨胀阀与第一高温储能装置11的入口连接，所述中压蒸汽涡轮4的入口通过管道与蒸汽蓄能器13连接，所述第一高温储能装置11的出口通过膨胀阀与蒸汽蓄能器13、低压蒸汽涡轮5连接；

所述蒸汽蓄能器13通过膨胀阀与低压蒸汽涡轮5连接；

所述第一高温储能装置11的出口与所述第二高温储能装置12、空气涡轮机16连接，所述空气涡轮机16与发电机6连接；所述第二高温储能装置12的出口通过膨胀阀与压缩机15连接，所述第二高温储能装置12的出口与压缩空气储能装置14的入口连接，所述压缩空气储能装置14的出口分别通过膨胀阀与第二高温储能装置12、第一高温储能装置11的入口连接；所述第二高温储能装置12通过预加热器9与高压蒸汽涡轮3连接。

其中，所述第一高温储能装置11、第二高温储能装置12为蒸汽蓄热器和/或相变材料储存装置。所述相变材料储存装置的相变材料为kcl（54）-46zncl2。

所述蒸汽水循环装置2包括冷凝器10，所述低压蒸汽涡轮5与冷凝器10连接，所述冷凝器10与预加热器9连接。

所述热电站包括再加热装置7和换热器8，所述锅炉1通过换热器8与高压蒸汽涡轮3连接；所述高压蒸汽涡轮3的出口通过再加热装置7与中压蒸汽涡轮4连接。

所述提升热电站使用效率的系统包括中央控制模块，所述中央控制模块采用以下步骤进行控制：在电量需求低时，所述中央控制模块控制蒸汽从高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮的入口进入第一高温储能装置存储能量；在高负荷期间，所述中央控制模块控制存储在第一高温储能装置中的能量释放，从第一高温储能装置输出蒸汽被加热或输入低压蒸汽涡轮进行发电，满足用电高峰需求。所述中央控制模块控制还可以控制第一高温储能装置输出蒸汽到第二高温储能装置，所述第二高温储能装置中的蒸汽可以用于发电，或控制所述第二高温储能装置中的蒸汽输入到压缩空气储能装置中用于提高压缩空气的输出功率，或控制所述第二高温储能装置中的蒸汽输出通过预加热器加热后，输入到高压蒸汽涡轮中。

此技术方案中，在电量需求低时，蒸汽从高压蒸汽涡轮3、中压蒸汽涡轮4的入口进入高温储能装置httes（hightemperaturethermalenergystorage），进入时，蒸汽温度达到550-600℃。高温储能装置具有之匹配的储热能力和材料，从高温储能装置输出的蒸汽可被调节具有合适的压力和温度。在高负荷期间，存储在httes中的能量可迅速释放，从httes输出蒸汽要么被加热用以ip（intermittentpressure，间歇压力装置）和低压蒸汽涡轮5，要么直接送入低压涡轮，输出的蒸汽温度为350℃左右。一般情况下，蒸汽涡轮被设计提供比额定负载能力多5%的功率，从而电站同样可以产生多5%的电量以满足用电高峰需求。所存储的热能也可用于提高压缩空气能量的输出功率。第一高温储能装置11储存的蒸汽可以利用进行发电。

本实施例中，不同温度、压力的蒸汽被存储在不同的装置内，也就是能量被储存在不同的集群中，这样发电站提供稳定的热发电和灵活的电力输出，从而提升电站效率及安全性，如图2所示，可以完全满足各种需要的发电，提高了负载系数以及减少过度的资产/基础设施投资。

现有燃煤电站使用蒸汽循环，能量流动主要通过高压（hp）和高温（ht）蒸汽作为传递能量的介质。但是其在缓冲能源需求的变化和调节功率输出方面蒸汽循环具有有限的调节能力，特别是对于超临界电站。本发明的技术方案，不同温度、压力的蒸汽被存储在不同的装置内，也就是能量被储存在不同的集群中，因为增加了新的循环，其可以快速将能量反馈到低压蒸汽涡轮5，从而解决了响应慢及输出功率有限的问题。而且电站依然可以工作在额定功率输出，从而保证的电站的最大效率，如图2所示。通过新的循环路径来响应负载的变化，解决了负荷系数低的问题。同时，电站的可靠性及耐久性不会受到负荷变化调节的影响。本实施例可以完全满足各种需要的发电，提高了负载系数以及减少过度的资产/基础设施投资。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。