[發(fā)明專(zhuān)利]解耦集熱儲(chǔ)熱與放熱發(fā)電的槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)及運(yùn)行方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010665246.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111677640A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧智恒;徐海衛(wèi);朱斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 雙良龍騰光熱技術(shù)（北京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F03G6/06
• 分類(lèi)號(hào): F03G6/06;F01K13/00;F01K21/00;F01D15/10;H02J3/38;H02J7/35
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種解耦集熱儲(chǔ)熱與放熱發(fā)電的槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括HTF循環(huán)子系統(tǒng)、儲(chǔ)熱介質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)、蒸汽循環(huán)子系統(tǒng)以及槽式鏡場(chǎng)，其中HTF循環(huán)子系統(tǒng)(1)的運(yùn)行僅由氣象條件決定而無(wú)需兼顧考慮汽輪機(jī)出力，儲(chǔ)熱介質(zhì)循環(huán)子系統(tǒng)(2)的集熱儲(chǔ)熱環(huán)節(jié)僅由來(lái)自槽式鏡場(chǎng)(4)的HTF參數(shù)決定，其放熱發(fā)電環(huán)節(jié)僅由儲(chǔ)熱介質(zhì)儲(chǔ)熱量與汽輪機(jī)出力決定而無(wú)需兼顧考慮氣象條件，還提供了一種解耦集熱儲(chǔ)熱與放熱發(fā)電的槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方法。本發(fā)明有利于將帶儲(chǔ)熱的槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱儲(chǔ)熱環(huán)節(jié)和放熱發(fā)電環(huán)節(jié)進(jìn)行解耦，降低入射太陽(yáng)能波動(dòng)對(duì)蒸汽發(fā)生與汽機(jī)出力的影響，同時(shí)減少系統(tǒng)運(yùn)行模式，降低設(shè)備運(yùn)行和電站運(yùn)行的難度和復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種通過(guò)解耦集熱儲(chǔ)熱環(huán)節(jié)與放熱發(fā)電環(huán)節(jié)而簡(jiǎn)化電站運(yùn)行、穩(wěn)定電站出力的新型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能光熱發(fā)電(Concentrated Solar Power,簡(jiǎn)稱(chēng)為“CSP”)是一種太陽(yáng)能聚光熱發(fā)電技術(shù)，依靠各種聚光鏡面將太陽(yáng)的直接輻射(DNI)聚集，通過(guò)加熱流體工質(zhì)(heattransfer fluid，下稱(chēng)“HTF”)收集熱量，再經(jīng)過(guò)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(含預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器，但不含再熱器，steam generation system,下稱(chēng)“SGS”)產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。CSP目前主流的技術(shù)路線都是按照太陽(yáng)能采集方式來(lái)劃分的，主要分為塔式、槽式、菲涅爾式和碟式四類(lèi)，在目前全球范圍內(nèi)在運(yùn)或在建的項(xiàng)目，又以槽式技術(shù)居多，并根據(jù)是否設(shè)置儲(chǔ)熱系統(tǒng)分為帶儲(chǔ)熱的槽式系統(tǒng)和不帶儲(chǔ)熱的槽式系統(tǒng)。圖1是一套典型的帶儲(chǔ)熱的槽式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，其工作原理是眾多槽式拋物面聚光集熱器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的方式排列組成鏡場(chǎng)，真空集熱管安裝在拋物面集熱器的焦線位置，太陽(yáng)光經(jīng)集熱器鏡面會(huì)聚至集熱管上。傳熱流體在集熱管內(nèi)流動(dòng)，吸收鏡場(chǎng)會(huì)聚的太陽(yáng)光能量后升到較高溫度，然后根據(jù)電站出力要求，通過(guò)進(jìn)一步換熱在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中將熱量傳遞給水產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，或者在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中將熱量傳遞給儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)行儲(chǔ)存，或者這兩者同時(shí)進(jìn)行。在日照強(qiáng)度變?nèi)趸蛉章渲螅琀TF從儲(chǔ)熱系統(tǒng)中吸收儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱量升到較高溫度，會(huì)同來(lái)自鏡場(chǎng)的部分HTF，或者自行單獨(dú)進(jìn)入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

使用圖1發(fā)電系統(tǒng)的槽式光熱電站至今累計(jì)占槽式技術(shù)裝機(jī)量的40％，第一座電站至今已投運(yùn)超過(guò)十年。但這些帶儲(chǔ)熱的槽式電站的多年運(yùn)行實(shí)踐表明，由于要同時(shí)兼顧考慮鏡場(chǎng)熱功率、儲(chǔ)熱系統(tǒng)充放熱狀態(tài)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)出力等多個(gè)因素，電站運(yùn)行模式多達(dá)七、八個(gè)，整體運(yùn)行操作復(fù)雜度較高，并且受到閥門(mén)開(kāi)閉時(shí)間、泵體啟停時(shí)間、設(shè)備/管道熱慣性、設(shè)備最低流量/負(fù)荷/溫度、各管道的流量分配、工質(zhì)在油鹽換熱器中的正反流向等各種客觀條件的限制，運(yùn)行模式之間切換的難度和復(fù)雜度極大增加，因此對(duì)槽式光熱電站運(yùn)行人員的技能要求一直較高。另外，使用圖1的槽式發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，由于從鏡場(chǎng)直接吸熱產(chǎn)蒸汽和從儲(chǔ)熱系統(tǒng)單獨(dú)取熱產(chǎn)蒸汽這兩種工況下的工藝步驟不同，前者是鏡場(chǎng)-HTF-蒸汽，后者是鏡場(chǎng)-HTF-儲(chǔ)熱介質(zhì)-HTF-蒸汽，后者由于換熱步驟更多因此最終產(chǎn)生的蒸汽溫度更低，兩者差值一般在14℃左右，因此導(dǎo)致進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽溫度不同，從而要求汽輪機(jī)必須有兩個(gè)設(shè)計(jì)工況，這樣不但增加了汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，而且由于兩個(gè)設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)效率并不相同，為穩(wěn)定最終電力輸出必須實(shí)時(shí)進(jìn)行一系列調(diào)整蒸汽量、HTF流量、儲(chǔ)熱介質(zhì)流量的操作，從而增加了汽輪機(jī)和電站運(yùn)行的復(fù)雜度。

近幾年由于電網(wǎng)調(diào)度、調(diào)峰、消納的要求，帶儲(chǔ)熱的光熱發(fā)電系統(tǒng)更受人們青睞，特別是在“光熱+光伏”混合電站、調(diào)峰儲(chǔ)能電站、多能互補(bǔ)綜合能源基地項(xiàng)目中，對(duì)光熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱時(shí)間的要求趨勢(shì)都是越來(lái)越長(zhǎng)，如8小時(shí)或更長(zhǎng)。在白天日照充足的時(shí)候，光熱電站會(huì)優(yōu)先為光伏讓路，讓光伏能發(fā)盡發(fā)，光熱鏡場(chǎng)收集的大部分都會(huì)輸送到儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存。在日照變?nèi)趸蛉章渲螅鉄釋⒋蟛糠?單獨(dú)從儲(chǔ)熱系統(tǒng)中取熱發(fā)電，以彌補(bǔ)光伏的出力下降。如前所述，當(dāng)系統(tǒng)從儲(chǔ)熱系統(tǒng)取熱發(fā)電時(shí)由于主蒸汽溫度較低，汽輪機(jī)效率較低，因此在光熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)增加、汽輪機(jī)以較低效率發(fā)電的等效時(shí)長(zhǎng)增加的情況下，槽式光熱系統(tǒng)損失的能量將會(huì)增加，發(fā)電量變少，經(jīng)濟(jì)性變差。

總之，現(xiàn)有帶儲(chǔ)熱的槽式發(fā)電系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：