一种基于废旧电厂改造的储能调峰系统及方法与流程

本发明属于物理储能，具体涉及一种基于废旧电厂改造的储能调峰系统及方法。

背景技术：

1、目前，火电厂大规模调峰运行，甚至部分不达标的老旧火电厂关停。如果直接关停，会造成设备及土地资源的浪费。同时新能源在生产过程中间歇性和波动性的特点，使得产出电量并网和设备大规模生产始终存在问题。所以近年业内研究重点从新能源生产逐渐向储能技术方向转移。

2、压缩空气储能技术作为一种物理储能技术，具有安全清洁，寿命长，储能规模大，地理条件限制小的优点。但是其高压储能容器的制造成本较高，且储能过程中多级压缩机会产生热量耗散，释能过程中需要化石燃料补燃造成污染。

3、地热能是由于太阳辐射和地球内部元素衰变而产生的可再生能源，多利用套管换热器或者u型换热器通过热传导的方式进行热量的利用，具有广泛的发展前景。但是自然状态恢复缓慢，在国家提倡可持续发展的大背景下，需要人为进行补热。

4、太阳能是新型能源中开发潜力巨大的清洁能源，具有总量大，分布广的优点。目前对于太阳能的利用主要集中在光热，光电这两个方向。但是单一的太阳能利用存在发电效率低，设备成本高，发电效率不稳定的问题，所以通常与其他系统耦合来提高能源的利用率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于废旧电厂改造的储能调峰系统其储能调峰方法，整个系统将废弃电厂的高压加热器、低压加热器、水冷壁和上下联箱、下降管和汽包等，根据额定承受压力的不同，改造为压缩空气储能的容器，将过热器、再热器和省煤器等换热面，改造为收集压缩过程产生的热量耗散的补热设备，从而充分利用废弃电厂闲置设备，减少资源浪费。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于废旧电厂改造的储能调峰系统，包括压缩机组、膨胀机组、改造后的换热系统、热泵机组、套管式地埋管以及太阳能发电发热装置；压缩机组的气体出口连接膨胀机组工质入口，压缩机组分级布置，每级压缩机出口连接换热器和储气室；膨胀机组中的膨胀机采用旧汽轮机，膨胀机组采用多级膨胀，膨胀机组设置换热器组向工质补热，将省煤器、过热器和再热器改造为汽水换热器；太阳能发电发热模块热介质出口依次连接膨胀机前换热器、冷水池和压缩机组的换热器；压缩机组的换热器冷侧出口连接同轴套管和太阳能发电发热模块；同轴套管的出口依次连接热泵机组、用户和冷水池，热泵机组还连接太阳能发电发热模块；根据所承受压力不同，将水冷壁、水冷壁上下联箱和乏汽管道改造为不同压力的储气室；套管式地埋管根据废弃电厂面积和需求埋设多组，太阳能发电发热模块设置在套管式地埋管所处地面上，太阳能发电发热模块为压缩机组提供电能，为膨胀机组提供热能。

3、压缩机组包括中压压缩机、中压冷却器、中压储气室、高压压缩机、高压冷却器和高压储气室，中压冷却器和高压冷却器作为压缩机组的换热器；中压压缩机进口连接大气，中压压缩机出口、中压冷却器热侧、中压储气室、高压压缩机和高压冷却器的热侧以及高压储气室连通，高压储气室的出口为压缩机组的气体出口；中压冷却器和高压冷却器采用省煤器改造而成。

4、冷水池通过水泵连接中压冷却器和高压冷却器的冷侧，中压冷却器和高压冷却器出口分为两路，一路连接太阳能发电发热模块，另一路连接套管式地埋管的外管入水口，套管式地埋管的出水口通过水泵与热泵机组连接。

5、膨胀机组包括高压换热器、高压膨胀机、中压换热器和中压膨胀机，高压膨胀机和中压膨胀机连接发电机，高压换热器的冷侧、高压膨胀机、中压换热器冷侧和中压膨胀机依次连接，高压换热器的冷侧入口为膨胀机组的工质入口；中压换热器和高压换热器由过热器和再热器改造而成。

6、对于省煤器、过热器和再热器的改造，在蛇形管外部吊置隔热水箱，内部液体侧和气体侧以对流换热方式热交换，液体侧设置蛇形回路，同时在水箱上下部，每个蛇形管拐角处设置圆心角为60°的内凹圆弧隔热导流板。

7、套管式地埋管为底部封底连通的同轴套管，同轴套管的内管采用隔热材料，外管为金属材料，外管内侧焊接有导热肋片，导热肋片上沿圆周方向开设圆孔，导热肋片设置在套管式地埋管下半部，从下向上每个肋片之间的距离逐渐增加。

8、太阳能发电发热模块中设置储水罐和光伏模块，储水罐和光伏模块连接重力热管式pv/t集热器，储水罐设有多个接口，储水罐经过通过阀门与热泵机组连接，后为用户供热，储水罐通过水泵连接膨胀机组的换热器组热侧进口，换热器组热侧出口连接冷水池；光伏模块为压缩机和水泵提供电能。

9、根据本发明所述基于废旧电厂改造的储能调峰系统的储能调峰方法，通过太阳能发电发热模块驱动压缩机压缩空气做功，空气经过压缩机组压缩成为高压空气，压缩过程中热量通过压缩机组的换热器释放至水中；来自冷水池的水进入压缩机组的换热器吸热后进入套管式地埋管储热或进入太阳能发电发热模块；

10、高压空气经过加热后进入膨胀机组做功，做功后的乏气排出；太阳能发电发热模块为膨胀机组的换热器组提供热量，太阳能发电发热模块以水为介质，水在换热器组放热后进入冷水池，

11、套管式地埋管中的热水进入热泵机组放热后进入冷水池，太阳能发电发热模块向热泵机组供热，热泵机组向用户供热；

12、阳光充足，需求电量不大或释能过程停止时，太阳能发电发热模块的高温水汽通入热泵机组，直接对用户供热，一部分套管式地埋管的水补入储水罐，实现释能过程的调峰。

13、阳光充足时或太阳能发电发热模块中的水达到上限时，在压缩机的换热器吸热后的水进入套管式地埋管，地下热源补热。

14、压缩机组中空气压力达到上限时，停止压缩机的运行，太阳能发电产生的多余电能驱动冷水池出口水轮机，冷水池中的冷水通过管路直接流入地埋管换热，升温后的冷却水进入热泵机组，热泵机组为用户提供热量。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明将旧电厂废旧管路改造为储气室和换热器，大幅降低了压缩空气储能的成本，同时减少了资源浪费；并且在空闲土地设置地埋管和光伏光热一体化技术，通过三个系统的耦合，利用热电解耦，热电联产的思想，解决太能能发电不稳定，效率低的问题，提升系统能量利用效率，同时进一步在空间上利用废弃电厂的可利用资源；压缩过程中分级压缩，有助于维持工况不变，提高压缩机效率和寿命；利用压缩空气过程中的热耗散对地源热泵机组补热，实现地热能的可持续利用；利用太阳能代替化石能源燃烧，减少环境污染。

16、进一步的，压缩过程中分级压缩，采用两个储气罐，实现中压向高压过渡中的等压过程，维持工况不变，提高压缩机效率和寿命，压缩过程释放压缩热，提升压缩空气储能中的能量密度。

17、进一步的，地埋管为底部封底连通的同轴套管，无论是补热还是供热，换热过程主要集中在水流下降期，所以内管采用隔热材料，外管为换热良好的金属材料，增加外管换系数，增加水流下降时期的热交换强度，减少内管的换热系数，减少上升期的热量损失；同时外管内侧焊接有导热肋片，主要集中在底部，且每个肋片之间的距离逐渐增加，增加深层地底的换热时间，换热面积，流动速度，强化主要换热阶段的换热强度，提取或补充更多深层地底的热量。

18、进一步的，对过热器，再热器省煤器的改造时，在蛇形管外部吊置隔热水箱，内部液体侧和气体侧以对流换热方式热交换，液体侧设置蛇形回路，增加汽水换热时间，同时在水箱上下部，每个蛇形管拐角处设置圆心角为60度的内凹圆弧隔热导流板，在流体内部产生回流，增加对流换热系数；回流产生位置集中在蛇形管拐角处，局部换热进一步加剧，提高换热器的换热效率。