[发明专利]一种基于能量梯级利用的多罐熔盐储能系统

说明书

本发明公开了一种基于能量梯级利用的多罐熔盐储能系统。在以蒸汽为热源的熔盐储能系统中，通过设置不小于三个的不同温度的熔盐储罐、改变熔盐流程和优化换热等方式把蒸汽中的热量按品质高低进行梯级存储，使过热段热量存储在温度更高的熔盐介质内。在放热、产汽模式工作时，可以利用更高温度的熔盐提升供汽参数。系统在储热发电的场景下，更高参数的蒸汽可以提升系统的做功能力及发电效率；在储热供汽的场景下，更高参数的蒸汽可以满足更多工艺类型的蒸汽需求，提高熔盐储能系统的适应性。

技术领域

本发明涉及一种以蒸汽为热源、熔盐为储热介质的储能系统方案，可应用于燃煤机组的灵活性改造、储能调峰、工业加热、蒸汽发电等领域，尤其涉及一种基于能量梯级利用的多罐熔盐储能系统。

背景技术

近年来，随着光伏、风电成本的迅速下降，我国可再生能源的装机规模增长迅速。截止到2020年底，我国光伏、风电的装机容量在所有装机中的占比超过了24%。但光伏、风电的出力随资源波动而快速变化，由此会给电网带来冲击。当可再生能源的占比逐渐升高时，这个矛盾更加突出。

在我国总装机容量中火电机组占比约53.5%，发电量占比约64%燃煤+燃气，2020年，火电机组的调峰能力对电网安全起到非常重要作用。而对于热电联供的火电机组，由于发电负荷与供热负荷耦合在一起，该类机组的调峰与供热之间更是存在难以解开的矛盾。对于纯凝燃煤发电机组，在锅炉负荷降低到一定限值后，由于面临风煤配比偏差大、炉膛热负荷不均匀、水循环偏离安全范围、燃烧器失稳熄火等风险，导致火电机组的调峰能力受限。参与调峰的机组运行数据表明，锅炉在低于50%负荷运行时，上述风险逐渐增加；而汽轮机的负荷可以下降到30%以下甚至更低，因此需要一定的储能容量以解决机组在调峰时段的出力匹配问题。

近年来，随着我国首批光热发电示范项目的推进，熔盐作为一种理想的储热介质逐渐得到广泛认可。熔盐储热技术用于火电机组的调峰常用的方案主要有两种：一种是利用低谷电直接加热熔盐，另一种是在低谷时段利用高温蒸汽加热熔盐；然后利用熔盐储存的能量，在电网或用户的需求时段对外进行发电或供热。

在火电灵活性改造中，现有的熔盐储能方案通常采用的是双罐系统。系统设置有高温熔盐罐与低温熔盐罐，分别存储不同温度的熔盐。但在以蒸汽为热源的熔盐储热系统中，双罐熔盐储能系统通常面临蒸汽参数较低等问题。当储能系统产生的蒸汽用于做功、发电时，较低的蒸汽参数制约了储能系统的输出功率与发电效率，用于供热时较低的参数也限制了该技术的应用场景。因此，需要性能更优越的方案解决上述储能应用中遇到的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种基于能量梯级利用的多罐熔盐储能系统。在以蒸汽为热源的熔盐储能系统中，通过设置多个熔盐储罐、改变熔盐流程、优化换热等方式把蒸汽中的热量按品质高低进行梯级存储，使过热段热量存储在温度更高的熔盐介质内。在放热、产汽模式工作时，可以利用更高温度的熔盐提升供汽参数。系统在储热发电的场景下，更高参数的蒸汽可以提升系统的做功能力及发电效率；在储热供汽的场景下，更高参数的蒸汽可以满足更多工艺类型的蒸汽需求，提高熔盐储能系统的适应性。

本发明采用如下技术方案：

一种基于能量梯级利用的多罐熔盐储能系统，包括不小于三个的不同温度的熔盐储罐、用于储热的蒸汽-熔盐换热系统（蒸汽放热+熔盐吸热）和用于放热的熔盐-蒸汽换热系统（熔盐放热+蒸汽吸热），在储热过程中，根据蒸汽品质的高低设置不同温度的熔盐储罐，用于储热的蒸汽-熔盐换热系统设置有饱和蒸汽-熔盐换热器和过热蒸汽-熔盐换热器，在不同温度的熔盐储罐连通的管道间分别设置饱和蒸汽-熔盐换热器或过热蒸汽-熔盐换热器，分别通过换热吸收蒸汽管路内蒸汽冷凝段及过热段释放的热量存储入不同温度的熔盐储罐，将热量按品质进行分级存储，在放热过程中，用于放热的熔盐-蒸汽换热系统设置有熔盐-饱和水蒸发器和熔盐-过热蒸汽换热器，在不同温度的熔盐储罐连通的管道间分别设置熔盐-饱和水蒸发器或熔盐-过热蒸汽换热器，给水管路内的冷凝水通过熔盐-饱和水蒸发器换热吸收热量，逐步进行蒸发，蒸发后的饱和蒸汽进入熔盐-过热蒸汽换热器，继续通过换热吸收热量，产生高参数蒸汽输送到发电或供热系统。