CN117366545B - 一种基于煤气自备电厂的储能方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄热发电技术领域，尤其涉及一种基于煤气自备电厂的储能方法及系统。包括第一步，电网用电谷段时降低自备电厂火电机组的发电负荷，减少火电机组对回收煤气的消耗；第二步，将第一步中多余回收煤气燃烧产生的热能通过设置的熔盐储能部储热；第三步，电网用电峰段时，提高自备电厂火电机组的发电负荷，将第二步中熔盐储能部的储热供给自备电厂的火电机组进行发电。本发明方案利用企业现有发电系统，仅添加少量设备即可实现，整体投资少见效快，而且本项目可轻松实现百兆瓦级以上且可实现长时储能，对电网的安全及削峰填谷具有重大的意义。

Description

一种基于煤气自备电厂的储能方法及系统

技术领域

本发明涉及蓄热发电技术领域，尤其涉及一种基于煤气自备电厂的储能方法及系统。

背景技术

我国新能源发展迅速，如风力发电、太阳能发电、潮汐能发电等，但这些新能源发电受环境影响都存在很大的波动性，随着此类新能源占比的扩大，电网峰谷电能差不断加大。新能源发电产生了新问题，相比之前的火力发电，电网电能调配能力变差，经常造成电能供需关系的失衡，这种新形势下需要发展储能技术。

传统储能技术主要包括物理储能和电化学储能。如抽水蓄能和电池蓄能，在地方用电谷段时储存电能，在用电峰段时发电释放电能。实现电网的削峰填谷和消纳绿色能源。但抽水蓄能需要建设两个具有一定高度差的等容积水库，通过势能和电能的相互转化实现储能，但这种储能存在占地面积大、蒸发等损耗大、建设周期长，建设成本高等问题，需特定地理条件推广难度大。现有电化学储能同样存在建设成本高、电解液危险系数高、使用寿命有限，回收处理难度大等问题。所以亟需发展更多灵活多样的储能方式。

钢铁冶金领域中高炉炼铁和转炉炼钢会产生大量回收煤气，是炼铁炼钢过程中的副产品。回收煤气一般用于冶金企业的自用燃气，如用来加热热轧钢锭、预热钢水包，传统自备电厂发电等，回收煤气量稳定时一般可实现回收煤气的产、消平衡。当上述其中某个环节出现设备检修或暂停生产时，就会产生大量富余的回收煤气，放散掉的回收煤气造成了能源的极大浪费和环境污染。现有传统高炉煤气发电系统电能释放可控性差，同时也不利于助力电网的削峰填谷，难以发挥煤气发电的最大价值，不利于能源的高效利用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于煤气自备电厂的储能方法，高炉煤气通过熔盐蓄热单元配合发电系统，依据电网需求可控发电，解决了传统煤气发电系统电能释放可控性差，不利于助力电网的削峰填谷的问题；本发明还提供了一种基于煤气自备电厂的储能系统，高炉煤气的化学能和物理热能通过设置的熔盐加热炉加热熔盐，实现热能的储存，释放能量时再通过换热器产生蒸汽带动汽轮机发电，解决了现有煤气发电时电能释放的可控性差，难以发挥煤气最大价值的问题。

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种基于煤气自备电厂的储能方法，第一步，电网用电谷段时降低自备电厂火电机组的发电负荷，减少火电机组对回收煤气的消耗；

第二步，将第一步中多余回收煤气燃烧产生的热能通过设置的熔盐储能部储热；

第三步，电网用电峰段时，提高自备电厂火电机组的发电负荷，将第二步中熔盐储能部的储热供给自备电厂的火电机组进行发电。

进一步优化本技术方案，第二步中，多余回收煤气通入熔盐蓄热炉燃烧，升温后的熔盐泵入熔盐罐，将热能储存起来，自备电厂少发的电量缺口由电网买入，以维持企业正常运转，同时消纳电网谷电；

第三步中，提高自备电厂火电机组的发电负荷时，储存有热能的熔盐通过多级换热器与水进行热交换产生一定温度的压力蒸汽，压力蒸汽接入自备电厂火电机组的透平机；此时自备电厂的流体工质在火电锅炉和多级换热器的共同加热下使透平机达到最高发电负荷，自备电厂相比正常运转时增加的发电负荷是多发的电量，可降低电网用电峰段时耗能企业对电网的不利影响。

本发明还提供了一种储能单体储盐罐，包括罐体，罐体内设有浮动隔热板，浮动隔热板将罐体分割成上腔体和下腔体，上腔体内储存有储能高温熔盐，下腔体内储存有低温熔盐，上腔体的顶部设有热盐接口，下腔体的底部设有冷盐接口。

进一步优化本技术方案，浮动隔热板的外周边缘上侧设有向上的环形翘起部，浮动隔热板内部设有真空腔，浮动隔热板与上腔体相接的上表面设有绝热层。

进一步优化本技术方案，浮动隔热板的纵切面为中心向上隆起的穹顶弧形，浮动隔热板与下腔体相接的下侧设有弧形导流板，弧形导流板设置在浮动隔热板与罐体相对滑动处的下侧，弧形导流板与浮动隔热板之间通过设置的多个竖向筋板连接，弧形导流板与浮动隔热板之间构成导流腔。

进一步优化本技术方案，罐体中设有竖直的导向柱，浮动隔热板与导向柱对应的位置设有滑孔，浮动隔热板通过滑孔与导向柱滑动连接，滑孔的下侧通过竖向的隔板连接有截面为弧形的内导流板，浮动隔热板的上部设有至少两吊环，吊环的上侧连接有拉绳的底部一端，拉绳的顶部一端连接有牵拉部，罐体的顶部设有穿孔部，牵拉部设置在罐体的顶部外侧，拉绳通过穿孔部穿出。

进一步优化本技术方案，罐体的底部设有向上隆起的弧形部，弧形部的外周边缘底部设有环状底，冷盐接口设置在环状底的上侧，冷盐接口的轴线方向与圆形的罐体内壁切向平行，弧形部的上部设有环状支撑筒，环状支撑筒的内部填充有固体储热材料，环状底的上侧设有环状电加热部。

本发明还提供了一种基于煤气自备电厂的储能系统，包括自备电厂的原有火电机组和燃料源，还包括主要由熔盐炉和熔盐储能部组成的第一循环单元，燃料源通过流量控制阀组与火电锅炉和熔盐炉的燃料进口分别连接，燃料源与流量控制阀组之间连接有储气柜；第一循环中熔盐炉将燃料燃烧产生的热能储存在熔盐储能部中；熔盐储能部连接有第二循环单元，第二循环单元中设置有多级换热器，熔盐储能部通过多级换热器释放热量给流体工质，升温升压后的流体工质与火电机组中的透平机连接。

进一步优化本技术方案，熔盐储能部包括高温熔盐罐和低温熔盐罐，在第一循环中高温熔盐罐与熔盐炉的热熔盐出口连接，低温熔盐罐与熔盐炉的熔盐进口连接；在第二循环中高温熔盐罐通过第二熔盐泵将热熔盐输送给多级换热器，熔盐通过多级换热器与流体工质热交换后被送入低温熔盐罐。

进一步优化本技术方案，熔盐储能部包括单体储盐罐，在第一循环中上腔体与熔盐炉的热熔盐出口连接，下腔体与熔盐炉的熔盐进口连接；在第二循环中上腔体通过第二熔盐泵将热熔盐输送给多级换热器，熔盐通过多级换热器与流体工质热交换后被送入下腔体。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明方案利用企业现有发电系统，仅添加少量设备即可实现，整体投资少见效快，而且本项目可轻松实现百兆瓦级以上且可实现长时储能，对电网的安全及削峰填谷具有重大的意义；2、原有的高炉煤气可选择地直接发电或通过熔岩锅炉配合储能单元进行储热，回收煤气利用率高，避免设备检修时造成大量煤气的浪费，减少环境污染；3、熔盐储热单元释放热量时可控性好，配合蒸汽多级换热器产生的高温高压蒸汽实现可控发电，易于助力电网的削峰填谷；4、熔盐储能突破了原有储能的固有方式，具有建设成本低、占地面积小、使用安全寿命长，设备维护成本低，能量转化效率高；5、适配各类产生煤气的冶炼行业，助力企业降低碳排放，降低企业自身能源消耗的同时，提高电网的稳定运行能力；6、利用本专利方案可方便的实现削峰填谷，消纳绿电，能够有效降低企业整体碳排放，助力电网稳定，实现一举多赢；7、本系统兼具绿色发电、储能和调峰电源等多重功能，能够安全、高效、长时储存能量并且稳定供能，可为电力系统提供长周期调峰能力，并网后同时也是帮助新能源安全可靠替代传统化石能源的有效手段。8、本装置也可应用于光热发电项目，将太阳辐射热能进行储热，以替代化石能源的消耗，应用灵活占地面积小 。

附图说明

图1为一种基于煤气自备电厂的储能系统实施例一的示意图；

图2为一种储能单体储盐罐实施例三的局部剖示意图；

图3为一种储能单体储盐罐实施例四的剖示意图；

图4为一种储能单体储盐罐实施例四的结构示意图；

图5为一种基于煤气自备电厂的储能系统实施例五的示意图。

图中：1、火电机组；11、火电锅炉；12、透平机；2、熔盐炉；30、罐体；300、浮动隔热板；301、环形翘起部；302、真空腔；303、弧形导流板；304、竖向筋板；305、导流腔；306、滑孔；3061、隔板；3062、内导流板；307、吊环；31、高温熔盐罐；311、第一熔盐泵；32、低温熔盐罐；33、上腔体；332、穿孔部；331、热盐接口；34、下腔体；341、冷盐接口；35、导向柱；36、弧形部；37、环状底；38、环状支撑筒；39、电加热部；4、多级换热器；41、第二熔盐泵；5、燃料源；50、储气柜；51、流量控制阀组；6、牵拉部；61、拉绳。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式的参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一，结合图1所示，一种基于煤气自备电厂的储能系统，包括钢铁厂中自备电厂的原有火电机组1和燃料源5，这里的燃料源5可以是炼铁过程中高炉产生的回收煤气或炼钢过程中转炉等产生的回收煤气，系统还包括主要由熔盐炉2和熔盐储能部组成的第一循环单元，燃料源5通过流量控制阀组51与火电锅炉11和熔盐炉2的燃料进口分别连接，通过流量控制阀组51实现燃料源5中回收煤气在火电锅炉11和熔盐炉2分配量的切换调控。燃料源5与流量控制阀组51之间连接有储气柜50，通过设置的储气柜50可在一定程度上消除回收煤气产量的波动，避免超量回收煤气的浪费。

熔盐储能部包括高温熔盐罐31和低温熔盐罐32，第一循环中高温熔盐罐31与熔盐炉2的热熔盐出口连接，低温熔盐罐32与熔盐炉2的熔盐进口连接，通过设置的第一熔盐泵311实现第一循环运转，熔盐炉2将回收煤气燃烧产生的热能储存在高温熔盐罐31中。

熔盐储能部连接有第二循环单元，第二循环单元中设置有多级换热器4，熔盐储能部的高温熔盐罐31通过第二熔盐泵41将热熔盐输送给多级换热器4，多级换热器4释放热量给流体工质，升温升压后的流体工质与火电机组1中的透平机12连接释放能量实现发电。熔盐通过多级换热器4与流体工质热交换后被送入低温熔盐罐32，最终实现储能的释放。

实施例二，一种基于煤气自备电厂的储能方法，第一步，电网用电谷段时降低自备电厂火电机组1的发电负荷，减少火电机组1对回收煤气的消耗。

第二步，将第一步中多余回收煤气通入设置的熔盐炉2燃烧蓄热，燃烧产生的热能通过设置的熔盐储能部储热；升温后的熔盐泵入熔盐罐，将热能储存起来，自备电厂少发的电量缺口由电网买入，以维持企业正常运转，同时消纳电网谷电。

第三步，电网用电峰段时，提高自备电厂火电机组1的发电负荷，同时将第二步中熔盐储能部的储热供给自备电厂的火电机组1进行发电。提高自备电厂火电机组1的发电负荷时，储存有热能的熔盐通过多级换热器4与水进行热交换产生一定温度的压力蒸汽，压力蒸汽接入自备电厂火电机组1的透平机12，此时自备电厂的流体工质在火电锅炉11和多级换热器4的共同加热下使透平机12达到最高发电负荷，自备电厂相比正常运转时增加的发电负荷是多发的电量，可降低电网用电峰段时耗能企业对电网的不利影响。

某钢铁厂原有8万千瓦时的火电机组，正常运转时的负荷为6万千瓦时，实施过程中，在谷电时段可将火电机组压到4万千瓦时，多余的回收煤气用于熔盐炉2给熔盐蓄热，设定单次蓄热时间为4小时；用电高峰时段单机组负荷达到8万千瓦时，也是4小时；那么计算他的储能容量就是约两万千瓦时乘以四小时就是大约八万千瓦时。如果用电平段同样通过熔盐蓄热，熔盐蓄热到放热再循环一次，可实现每日两充两放，这样真正运转过程中80%的钢厂日均调节量都会远大于八万千瓦时。

实施例三，结合图2所示，一种储能单体储盐罐，包括罐体30，罐体30内设有浮动隔热板300，浮动隔热板300的纵切面为中心向上隆起的穹顶弧形，浮动隔热板300的外周边缘上侧设有向上的环形翘起部301，浮动隔热板300内部设有真空腔302，浮动隔热板300与上腔体33相接的上表面设有绝热层。浮动隔热板300将罐体30分割成上腔体33和下腔体34，上腔体33内可用于储存高温熔盐，下腔体34内可用于存储低温熔盐，通过设置的真空腔302一方面保证浮动隔热板300具有一定的隔热性能，减少冷、热熔盐之间的热交换，另一方面可改变浮动隔热板300的整体体积，提高浮动隔热板300在熔盐中的浮力，避免浮动隔热板300在自身重力作用下下沉。上腔体33的顶部设有热盐接口331和第一熔盐泵311，热盐接口331可以设置多个，下腔体34的底部设有冷盐接口341，冷盐接口341也可设置多个，浮动隔热板300随两侧熔盐量的变化而上下浮动，提高了熔盐存储的罐体30空间利用率，减小设备的空间占用，单体储盐罐建设位置更加灵活，提高整体系统的应用范围，罐体30的主体材质可以为347H奥氏体不锈钢，具有耐高温、耐腐蚀加工性能好的特点。

实施例四，结合图3至4所示，一种储能单体储盐罐，与实施例三不同的是：浮动隔热板300与下腔体34相接的下侧设有弧形导流板303，弧形导流板303设置在浮动隔热板300与罐体30相对滑动处的下侧，弧形导流板303与浮动隔热板300之间通过设置的多个竖向筋板304连接，弧形导流板303与浮动隔热板300之间构成导流腔305。罐体30中心处设有竖直的导向柱35，导向柱35为管状结构，可作为整个罐体30装配或维修时的人孔，导向柱35的管状侧壁为真空的腔体结构，降低熔盐通过导向柱35对外界的热传导，浮动隔热板300与导向柱35对应的位置设有滑孔306，浮动隔热板300通过滑孔306与导向柱35滑动连接，滑孔306的下侧通过竖向的隔板3061连接有截面为弧形的内导流板3062。

结合图3所示，罐体30的底部设有向上隆起的弧形部36，弧形部36的外周边缘底部设有环状底37，冷盐接口341设置在环状底37的上侧，冷盐接口341的轴线方向与圆形的罐体30内壁切向平行。通过设置的弧形部36一方面可提高罐体30底部的结构强度，避免变形；另一方面有利于底部熔盐在环状底37处汇集，并将冷盐接口341设置在环状底37上侧，可提高熔盐的循环利用率。

结合图3至4所示，浮动隔热板300的上部设有环形均匀分布的四个吊环307，吊环307的上侧连接有拉绳61的底部一端，拉绳61的顶部一端连接有牵拉部6，罐体30的顶部设有穿孔部332，牵拉部6设置在罐体30的顶部外侧，拉绳61通过穿孔部332穿出。牵拉部6主要由绞盘和驱动电机组成，可实现每组拉绳61的单独控制。使用时通过设置的弧形导流板303和内导流板3062降低浮动隔热板300上、下浮动过程中对上、下两侧熔盐的影响，降低冷、热熔盐的对流，对熔盐的流动起到导向作用，避免高温熔盐的热量损失，达到更好的隔离作用。通过设置的穿孔部332不仅可用于拉绳61的穿过，还可实现罐体30的排气。

弧形部36的上部设有环状支撑筒38，环状支撑筒38的内部填充有固体储热材料，环状底37的上侧设有环状电加热部39。通过设置的电加热部39避免非正常情况中下腔体34内的低温熔盐凝固。通过设置的环状支撑筒38一方面当浮动隔热板300随低温熔盐下降到底部时，环状支撑筒38可作为浮动隔热板300的稳固支撑，避免浮动隔热板300下降后偏斜发生卡滞；另一方面可很好的束缚其内部的固体蓄热材料，避免固体蓄热材料散落而卷入熔盐的循环当中。

实施例五，结合图5所示，一种基于煤气自备电厂的储能系统，与实施例一不同的是，应用实施例三或实施例四中的储能单体储盐罐，第一循环中上腔体33与熔盐炉2的热熔盐出口连接，下腔体34与熔盐炉2的熔盐进口连接；在第二循环中上腔体33通过第二熔盐泵41将热熔盐输送给多级换热器4，熔盐通过多级换热器4与流体工质热交换后被送入下腔体34。通过单体储盐罐的应用不仅节省了建设成本，还提高了空间利用率，可避免双罐储盐时某时刻高、低温熔盐罐空置的现象。同时本方案适应性优化后可根据各行业的生产实际应用至各种场景中。例如化工和造纸需要大量高温高压蒸汽的企业也可利用电网谷、峰用电时段，通过熔盐炉2加热或电加热蓄热，通过换热器放热产生生产用蒸汽。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于煤气自备电厂的储能系统，包括自备电厂的原有火电机组(1)和燃料源(5)，其特征在于：还包括主要由熔盐炉(2)和熔盐储能部组成的第一循环单元，所述燃料源(5)通过流量控制阀组(51)与火电锅炉(11)和熔盐炉(2)的燃料进口分别连接，所述燃料源(5)与流量控制阀组(51)之间连接有储气柜(50)；第一循环中熔盐炉(2)将燃料燃烧产生的热能储存在熔盐储能部中；熔盐储能部连接有第二循环单元，所述第二循环单元中设置有多级换热器(4)，熔盐储能部通过所述多级换热器(4)释放热量给流体工质，升温升压后的流体工质与火电机组(1)中的透平机(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，其特征在于：熔盐储能部包括高温熔盐罐(31)和低温熔盐罐(32)，在第一循环中所述高温熔盐罐(31)与熔盐炉(2)的热熔盐出口连接，所述低温熔盐罐(32)与熔盐炉(2)的熔盐进口连接；在第二循环中所述高温熔盐罐(31)通过第二熔盐泵(41)将热熔盐输送给多级换热器(4)，熔盐通过多级换热器(4)与流体工质热交换后被送入低温熔盐罐(32)。

3.根据权利要求1所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，其特征在于：所述熔盐储能部为一种储能单体储盐罐，包括罐体(30)，罐体(30)内设有浮动隔热板(300)，所述浮动隔热板(300)将罐体(30)分割成上腔体(33)和下腔体(34)，所述上腔体(33)内储存有储能高温熔盐，所述下腔体(34)内储存有低温熔盐，所述上腔体(33)的顶部设有热盐接口(331)，所述下腔体(34)的底部设有冷盐接口(341)；

在第一循环中所述上腔体(33)与熔盐炉(2)的热熔盐出口连接，所述下腔体(34)与熔盐炉(2)的熔盐进口连接；在第二循环中所述上腔体(33)通过第二熔盐泵(41)将热熔盐输送给多级换热器(4)，熔盐通过多级换热器(4)与流体工质热交换后被送入下腔体(34)。

4.根据权利要求3所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，其特征在于：储能单体储盐罐中所述浮动隔热板(300)的外周边缘上侧设有向上的环形翘起部(301)，所述浮动隔热板(300)内部设有真空腔(302)，所述浮动隔热板(300)与上腔体(33)相接的上表面设有绝热层。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，其特征在于：储能单体储盐罐中所述浮动隔热板(300)的纵切面为中心向上隆起的穹顶弧形，所述浮动隔热板(300)与下腔体(34)相接的下侧设有弧形导流板(303)，所述弧形导流板(303)设置在所述浮动隔热板(300)与所述罐体(30)相对滑动处的下侧，所述弧形导流板(303)与所述浮动隔热板(300)之间通过设置的多个竖向筋板(304)连接，所述弧形导流板(303)与所述浮动隔热板(300)之间构成导流腔(305)。

6.根据权利要求5所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，所述罐体(30)中设有竖直的导向柱(35)，所述浮动隔热板(300)与所述导向柱(35)对应的位置设有滑孔(306)，所述浮动隔热板(300)通过所述滑孔(306)与所述导向柱(35)滑动连接，所述滑孔(306)的下侧通过竖向的隔板(3061)连接有截面为弧形的内导流板(3062)，所述浮动隔热板(300)的上部设有至少两吊环(307)，所述吊环(307)的上侧连接有拉绳(61)的底部一端，所述拉绳(61)的顶部一端连接有牵拉部(6)，所述罐体(30)的顶部设有穿孔部(332)，所述牵拉部(6)设置在罐体(30)的顶部外侧，所述拉绳(61)通过所述穿孔部(332)穿出。

7.根据权利要求3所述的一种基于煤气自备电厂的储能系统，其特征在于：罐体(30)的底部设有向上隆起的弧形部(36)，所述弧形部(36)的外周边缘底部设有环状底(37)，所述冷盐接口(341)设置在所述环状底(37)的上侧，所述冷盐接口(341)的轴线方向与圆形的所述罐体(30)内壁切向平行，所述弧形部(36)的上部设有环状支撑筒(38)，所述环状支撑筒(38)的内部填充有固体储热材料，所述环状底(37)的上侧设有环状电加热部(39)。

8.一种基于煤气自备电厂的储能方法，其特征在于：利用前述权利要求1至7任意一项所述的储能系统进行储能，第一步，电网用电谷段时降低自备电厂火电机组(1)的发电负荷，减少火电机组(1)对回收煤气的消耗；

第二步，将第一步中多余回收煤气燃烧产生的热能通过设置的熔盐储能部储热；

第三步，电网用电峰段时，提高自备电厂火电机组(1)的发电负荷，将第二步中熔盐储能部的储热供给自备电厂的火电机组(1)进行发电。

9.根据权利要求8所述的一种基于煤气自备电厂的储能方法，其特征在于：

第二步中，所述多余回收煤气通入熔盐蓄热炉燃烧，升温后的熔盐泵入熔盐罐，将热能储存起来，自备电厂少发的电量缺口由电网买入，以维持企业正常运转，同时消纳电网谷电；

第三步中，提高自备电厂火电机组(1)的发电负荷时，储存有热能的熔盐通过多级换热器(4)与水进行热交换产生一定温度的压力蒸汽，压力蒸汽接入自备电厂火电机组(1)的透平机(12)；此时自备电厂的流体工质在火电锅炉(11)和多级换热器(4)的共同加热下使透平机(12)达到最高发电负荷，自备电厂相比正常运转时增加的发电负荷是多发的电量，可降低电网用电峰段时耗能企业对电网的不利影响。