应用于火电机组深度调峰的百兆瓦级熔盐储能技术

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0230

摘要/Abstract

摘要：

为提高电力系统灵活性电源占比，解决新能源消纳问题，本研究提出百兆瓦级熔盐储能技术，在火电机组热力系统中的“锅炉-汽机”之间，嵌入大容量高温熔盐储热系统，实现热电解耦。研究表明，百兆瓦级熔盐储能技术，可使汽机按照最低出力运行，同时保证锅炉安全运行且不停炉，大幅度增加火电机组深度调峰能力。在保证锅炉安全性和盐水换热器制造能力条件下，储热系统设计较高的主蒸汽压力和较高的过冷高压水温度，能有效提高熔盐储热过程热熔盐温度和减少熔盐使用量，达到降低熔盐储能初投资的目的。对百兆瓦级熔盐储能技术各模块进行理论计算，结果表明，系统综合效率高达77.8%，在大规模储能领域具有广泛的应用前景。

关键词: 储能, 高温储热, 深度调峰, 熔盐

Abstract:

To increase the flexibility of the power system and the consumption of energy, a 100 MW molten-salt heat storage system is proposed herein. The molten-salt heat storage system with a large capacity and high temperature was embedded between the boiler and turbine in a thermal power system of a thermal power unit to decouple thermal and electric energy. The 100 MW molten-salt heat storage system could enable the turbine to operate at the lowest output while ensuring the safe operation of the boiler without stopping it, thereby greatly increasing the deep peak-shaving capacity of the thermal power unit. To ensure the safety of the boiler and the manufacturing ability of the salt-water heat exchanger, the heat storage system is designed with high main steam pressure and high subcooled high-pressure water temperature. It can effectively increase the temperature of the hot molten salt and reduce the amount of molten salt, reducing the initial investment capital of molten-salt energy storage systems. The theoretical calculation of each module of the 100 MW molten-salt heat storage technology shows that the comprehensive storage efficiency of the system is as high as 77.8%; thus, it has broad application prospects in large-scale energy storage.

Key words: energy storage, high temperature heat storage, deep peak shaving, molten salt

中图分类号:

TK 11

王辉, 李峻, 祝培旺, 王坚, 张春琳. 应用于火电机组深度调峰的百兆瓦级熔盐储能技术[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1760-1767.

Hui WANG, Jun LI, Peiwang ZHU, Jian WANG, Chunlin ZHANG. Hundred-megawatt molten salt heat storage system for deep peak shaving of thermal power plant[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10(5): 1760-1767.

图/表 7

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表1

参考文献 15

1	裴哲义, 范高锋, 秦晓辉. 我国电力系统对大规模储能的需求分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(5): 1562-1565.
	PEI Z Y, FAN G F, QIN X H. Demand analysis of large scale energy storage in China's power system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(5): 1562-1565.
2	张梦凡. 可中断负荷的成本效益分析及考虑不确定需求响应的优化调度方法[D]. 杭州: 浙江大学, 2018.
	ZHANG M F. Cost-benefit analysis of interruptible load and optimal scheduling method considering demand response with uncertainty[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2018.
3	中国电力企业联合会. 煤电机组灵活性运行政策研究[R]. 中电联理事会办公厅, 2019.
	China Electricity Council. Study on flexible operation policy of coal-fired power units[R]. General Office of China Electricity Council, 2019.
4	裴顺, 杨桂. 燃煤机组低负荷工况下安全稳定运行研究[J]. 南方能源建设, 2018, 5(z1): 19-24.
	PEI S, YANG G. Research on safe and stable operation under lower load condition for coal-fired power plant[J]. Southern Energy Construction, 2018, 5(z1): 19-24.
5	张也. 大规模风电并网背景下火电调峰行为演化博弈模型研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2017.
	ZHANG Y. Evolutionary game theory on thermal power peaking under large scale of wind power integration[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2017.
6	高春辉, 肖冰, 尹宏学, 等. 新能源背景下储能参与火电调峰及配置方式综述[J]. 热力发电, 2019, 48(10): 38-43.
	GAO C H, XIAO B, YIN H X, et al. Energy storage participating in thermal power peaking and configuration in background of new energy: A review[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(10): 38-43.
7	凌浩恕, 何京东, 徐玉杰, 等. 清洁供暖储热技术现状与趋势[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3): 861-868.
	LING H S, HE J D, XU Y J, et al. Status and prospect of thermal energy storage technology for clean heating[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(3): 861-868.
8	范庆伟, 居文平, 黄嘉驷, 等. 基于储热过程的工业供汽机组热电解耦研究[J]. 汽轮机技术, 2019, 61(3): 221-223, 188.
	FAN Q W, JU W P, HUANG J S, et al. Research on decoupling of heat and power of industrial steam supply unit based on heat storage process[J]. Turbine Technology, 2019, 61(3): 221-223, 188.
9	鹿院卫, 魏海姣, 张灿灿, 等. 一种火电厂深度调峰装置: CN210197259U[P]. [2020-03-27].
	LU Y W, WEI H J, ZHANG C C, et al. Deep peak shaving device for thermal power plant: CN210197259U[P]. [2020-03-27].
10	时正海, 茹宇, 高洪培, 等. 一种锅炉高温烟气熔盐储热装置及其工作方法: CN111365710A[P]. [2020-07-03].
	SHI Z H, RU Y, GAO H P, et al. A molten salt heat storage device and its operation method through Boiler high-temperature flue gas: CN111365710A[P]. [2020-07-03].
11	羽南峧. 塔式太阳能光热发电中吸热管内高温熔盐传热特性数值研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2019.
	YU N J. Numerical study on heat transfer characteristics of high temperature molten salt in endothermic tube in tower solar thermal power generation[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2019.
12	汪琦, 俞红啸, 张慧芬. 太阳能光热熔盐发电技术的研究与开发[J]. 上海化工, 2016, 41(11): 34-37.
	WANG Q, YU H X, ZHANG H F. Research and development of molten salt solar thermal power generation technology[J]. Shanghai Chemical Industry, 2016, 41(11): 34-37.
13	王斌,马涛. 低负荷时炉膛出口烟温偏差大的原因分析及运行调整[J]. 河北电力技术, 2019, 38(4): 44-46.
	WANG B, MA T. Cause analysis and operation adjustment of large temperature deviation of furnace outlet at low load[J]. Hebei Electric Power, 2019, 38(4): 44-46.
14	范华, 张欣. 太阳能熔融盐传热系统设计[J]. 工业炉, 2018, 40(4): 53-55.
	FAN H, ZHANG X. Design of heat transfer system for solar energy molten salt[J]. Industrial Furnace, 2018, 40(4): 53-55.
15	邹露璐. 四元混合熔融盐的配方优选及蓄热系统的经济性分析[D]. 呼和浩特: 内蒙古工业大学, 2018.
	ZOU L L. Formulation optimization of quaternary mixed molten salt and economic analysis of thermal storage system[D]. Hohhot: Inner Mongolia University of Technology, 2018.

项目	子项目	数值
主机模块	主蒸汽温度/℃	566
	主蒸汽压力/MPa	21.5
	高温再热蒸汽温度/℃	528
	高温再热蒸汽压力/MPa	0.977
充热功率模块	储热过程热熔盐温度/℃	480.1
	储热过程冷熔盐温度/℃	280
	熔盐储热流量/(t·h^-1)	3325.8
	主蒸汽换热流量/(t·h^-1)	525.3
	高温再热蒸汽换热流量/(t·h^-1)	237.8
	过冷高压水温度/℃	360
	高温再热蒸汽换热后温度/℃	320
储热容量模块	储热容量/(MW·h)	1677.5
	储热时间/h	6
	熔盐量/t	23150

[1]	曾伟, 熊俊杰, 李建林, 马速良, 武亦文. 基于权重自适应鲸鱼优化算法的多能系统储能电站最优配置[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2241-2249.
[2]	姚祯, 张琦, 王锐, 刘庆华, 王保国, 缪平. 生物质衍生碳材料在全钒液流电池电极方面的应用[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2083-2091.
[3]	时雨, 张忠, 杨晶莹, 钱薇, 李昊, 赵祥, 杨欣桐. 储能电池系统提供AGC调频的机会成本建模与市场策略[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2366-2373.
[4]	冯国会, 王天雨, 王刚. 封装方式对相变水箱蓄放热性能影响模拟分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2161-2176.
[5]	董树锋, 刘灵冲, 唐坤杰, 赵海祺, 徐成司, 林立亨. 基于Simulink和低代码控制器的储能控制实验教学方法[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2386-2397.
[6]	韩健民, 薛飞宇, 梁双印, 乔天舒. 模糊控制优化下的混合储能系统辅助燃煤机组调频仿真[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2188-2196.
[7]	鲁志颖, 江杉, 李全龙, 马可心, 傅腾, 郑志刚, 刘志成, 李淼, 梁永胜, 董知非. 全钒液流电池在充电结束搁置阶段的开路电压变化[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2046-2050.
[8]	郭雨涵, 郁丹, 杨鹏, 王子绩, 王金涛. 基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2295-2304.
[9]	袁性忠, 胡斌, 郭凡, 严欢, 贾宏刚, 苏舟. 欧盟储能政策和市场规则及对我国的启示[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2344-2353.
[10]	杜保存, 黄丽娟, 雷勇刚, 宋翀芳, 王飞. 填充床熔盐蓄热器的动态温度与应力特性[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2141-2150.
[11]	刘国静, 李冰洁, 胡晓燕, 岳芬, 徐际强. 澳大利亚储能相关政策与电力市场机制及对我国的启示[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2332-2343.
[12]	杨孝杰, 王海云, 蒋中川, 宋章华. 应用于飞轮储能的BLDC电机功率双向流动策略设计[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2233-2240.
[13]	李洪涛, 张帅, 李旭东, 纪运广, 孙明旭, 李欣. 单罐式储能换热系统在热风无纺布工艺中的应用[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2250-2257.
[14]	吴田, 林闽城, 海浩, 孙海渔, 温兆银, 马福元. 面向一次调频的镍氢电池系统开发[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2213-2221.
[15]	徐光福, 姜淼, 王万纯, 魏阳, 侯炜. 大型储能电池短路故障分析与保护策略[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2222-2232.