固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统的制作方法

本发明涉及热电厂火电灵活性调峰和跨季节蓄热领域，尤其涉及火力发电厂供热机组夏季灵活性深度调峰领域。

背景技术：

在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风现象严重。目前，随着东北电力辅助服务交易的实施，越来越多的热电厂通过火电灵活性技术实现了冬季的热电解耦和深度调峰。但在夏季，由于没有供热服务，无论是汽机旁路还是电锅炉等热电解耦和调峰方案，都无法实现。

目前电厂内部调峰在夏季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、电锅炉和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和电锅炉及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过电锅炉和蓄热水罐进行深度调峰的，而且由于锅炉低负荷运行，会带来脱硫脱硝系统排放超标，锅炉熄火等一系列问题。另有现有技术利用土壤源蓄冷蓄热系统装置参与调峰，如申请号为201620107121.0的中国专利，提供了一种用于热电厂热调峰用的土壤源蓄冷蓄热系统装置，包括除传统热电厂发电及供热必备装置外，还包括地埋管换热器，溴化锂吸收式热泵机组，闭式冷却塔。该现有技术中，夏季时先利用地下冷量降低冷却塔循环水的温度，后期利用冷却塔循环水对土壤进行蓄热；冬季时利用溴化锂吸收式热泵机组提取蓄存的热量，为城市集中供热提供热量，后期利用闭式冷却塔进行蓄冷。该现有技术虽结合了土壤源蓄冷蓄热以及吸收式热泵吸热放热，但是所使用的蓄热装置无法满足功率范围可调节的实际需求，而且成本较高，存在系统的储热能力差和调峰能力低的问题。再如申请号为CN201620467058.1的中国专利，公开了一种用于火电厂调峰蓄热的蓄热系统，包括：锅炉、汽轮机、供热管道、蓄热装置和热用户，蓄热装置与供热管道连接，蓄热装置为直接蓄热装置或间接蓄热装置，所述蓄热装置的蓄热介质为水、蒸汽、导热油或相变蓄热材料，所述热用户为工业用户或居民采暖用户。该专利一定程度上满足了冬季火电机组的供热和发电需求，但是无法实现夏季电网调峰和蓄热。

技术实现要素：

为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。本发明通过火电供热机组运行灵活性技术及电锅炉区域供暖技术，并结合夏季的跨季节自然水体蓄热，可以实现夏季的火电厂深度调峰，从而显著提升热电机组夏季的上网调峰能力，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热，未来必将拥有广阔的市场发展前景。

为了克服现有技术中存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括电厂加热系统、跨季节自然水体系统、固体蓄热电锅炉系统和热网水循环系统，其特征在于：所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体、布水器、水底保护层和水体表面保温覆盖层、雨水收集和排水系统；所述固体蓄热电锅炉系统包括固体蓄热电锅炉及其连接电网和管路；所述电厂加热系统包括热网加热器。

优选的是，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。

上述任一方案优选的是，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。

上述任一方案优选的是，所述蓄热水体包括水质达一次供热循环水标准的自然水体，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。

上述任一方案优选的是，所述布水器设置在蓄热水体中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。

上述任一方案优选的是，所述水底保护层设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。

上述任一方案优选的是，所述保温覆盖层设置于蓄热水体表面，包括浮动式保温覆盖层。

上述任一方案优选的是，所述固体蓄热电锅炉包括高压控制柜、保温层、高压发热电阻、储能体、风水换热器和循环风机。

上述任一方案优选的是，所述保温层形成封闭空间，所述储能体、风水换热器和循环风机位于所述保温层内部，所述风水换热器与所述储能体通过热收集端相连接。所述风水换热器与进水管、出水管相连接，所述进水管、出水管分别开口于保温层，并与保温层外的输送管道相连接。所述高压控制柜与所述储能体之间设置有高压接线，所述高压控制柜位于所述保温层外部，所述高压接线穿过所述保温层，与高压发热电阻连接，所述高压发热电阻分布于储能体的一侧。

上述任一方案优选的是，所述储能体包括高温蓄热镁砖，高压电通过所述高压发热电阻发热，加热所述高温蓄热镁砖从而实现蓄热。

上述任一方案优选的是，所述高压发热电阻包括电阻发热管、电阻发热丝或电阻发热板片多种形态。

上述任一方案优选的是，所述风水换热器为水侧走管束内部的低压翅片管束换热器。

上述任一方案优选的是，所述循环风机可循环高温空气，具有可变速、耐高温、低耗电和长寿命期的特点。

上述任一方案优选的是，所述固体蓄热电锅炉系统电压等级范围10~220kV，单台功率范围0~90MW，部分型号锅炉的功率可在0%~100%范围内无级调节。

上述任一方案优选的是，所述热网水循环系统包括热网加热器进、出水管路，固体蓄热电锅炉进、出水管路，跨季节自然水体系统进、出水管路，一次供热管网供、回水管路；各管路之间通过多个三通、水泵及阀门连接。

上述任一方案优选的是，一次供热管网供水管路设置三通A和三通B，所述三通A一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口，所述三通B一端连接固体蓄热电锅炉系统出水管路，第二端连接热网加热器出水管道，第三端连接一次供热管网供水端；一次供热管网回水管路设置三通C和三通D，所述三通C一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口，所述三通D一端连接固体蓄热电锅炉系统进水管路，第二端连接热网加热器进水管道，第三端连接一次供热管网回水端。

上述任一方案优选的是，蓄热时，集中供热热水可以进入固体蓄热电锅炉系统进行一级加热，也可以进入固体蓄热电锅炉+热网加热器进行二级加热，最后都进入蓄热水体进行蓄热。

上述任一方案优选的是，在夏季调峰时段，固体蓄热电锅炉将电能转换为热能，并将此热能跨季节储存于蓄热水体中；在冬季供热期，通过热网水循环系统将蓄热水体中储存的热能释放出来用于供热，这样反复循环，通过电能热能的转换和热网循环水系统的供热输送，可以极大地提高热电厂的冬季供热能力，并且100%地保证供热的安全性。

本发明中，自然水体实现的是跨季节的长时间的蓄热，而固体蓄热电锅炉本身可实现短时间的蓄热需求。

上述跨季节蓄热调峰系统的核心为跨季节蓄热水体和固体蓄热电锅炉设备，通过跨季节蓄热水体将热电厂和固体蓄热电锅炉结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。

本发明中的一台或几台固体蓄热电锅炉也可替换为电极锅炉，由固体蓄热电锅炉系统变为固体蓄热电锅炉和液体式电极锅炉混合系统。固体电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点。液体式电极锅炉系统包括一个或多个电极锅炉本体及一次循环系统及其电网接入系统。将电极热水锅炉与固体蓄热电锅炉相结合，可以综合考虑两种电锅炉各自的优点，电极锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体蓄热电锅炉驱动电压等级高，可以节省变压器预算。

目前电厂内部调峰在夏季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、电锅炉和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和电锅炉及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过电锅炉和蓄热水罐进行深度调峰的，结合上述说明本发明相比于现有技术具有以下优点：

1）通过引入跨季节自热水体结合固体蓄热电锅炉，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。

2）适度配置固体蓄热电锅炉，可以使机组达到最小发电负荷的情况下，上网电量趋近于0，基本上实现调峰时段没有上网负荷，达到深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

3）在冬季供暖季，自然蓄热水体和固体蓄热电式热水锅炉都可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。

4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。

附图说明

图1为按照本发明的固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统的一优选实施例的示意图。

图2为本发明的固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统的固体蓄热电锅炉的一优选实施例的剖面图。

图示：1-固体蓄热电锅炉，2-热网加热器，3-三通B，4-三通D，5-三通A，6-三通C，7-保温覆盖层，8-布水器，9-蓄热水体，10-水底保护层，11-高压控制柜，12-高压接线，13-高压发热电阻，14-储能体，15-保温层，16-风水换热器，17-循环风机。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括电厂加热系统、跨季节自然水体系统、固体蓄热电锅炉系统和热网水循环系统，其特征在于：所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体9、布水器8、水底保护层10和水体表面保温覆盖层7、雨水收集和排水系统；所述固体蓄热电锅炉系统包括固体蓄热电锅炉1及其连接电网和管路；所述电厂加热系统包括热网加热器2。

在本实施例中，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。

在本实施例中，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。

在本实施例中，所述蓄热水体9包括水质达一次供热循环水标准的自然水体，水量5万吨，水温最高温度80℃。

在本实施例中，所述布水器8设置在蓄热水体9中，为充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。

在本实施例中，所述水底保护层10设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。

在本实施例中，所述保温覆盖层7设置于蓄热水体9表面，为浮动式保温覆盖层。

在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉1包括高压控制柜11、保温层15、高压发热电阻13、储能体14、风水换热器16和循环风机17。

如图2所示，在本实施例中，所述保温层15形成封闭空间，所述储能体14、风水换热器16和循环风机17位于所述保温层15内部，所述风水换热器16与所述储能体14通过热收集端相连接。所述风水换热器16与进水管、出水管相连接，所述进水管、出水管分别开口于保温层15，并与保温层15外的输送管道相连接。所述高压控制柜11与所述储能体14之间设置有高压接线12，所述高压控制柜11位于所述保温层15外部，所述高压接线12穿过所述保温层15，与高压发热电阻13连接，所述高压发热电阻13分布于储能体14的一侧。

在本实施例中，所述储能体14包括高温蓄热镁砖，高压电通过所述高压发热电阻13发热，加热所述高温蓄热镁砖从而实现蓄热。

在本实施例中，所述高压发热电阻13包括电阻发热管、电阻发热丝或电阻发热板片多种形态。

在本实施例中，所述风水换热器16为水侧走管束内部的低压翅片管束换热器。

在本实施例中，所述循环风机17可循环高温空气，具有可变速、耐高温、低耗电和长寿命期的特点。

在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉系统电压等级范围10~220kV，单台功率范围0~90MW，部分型号锅炉的功率可在0%~100%范围内无级调节。

在本实施例中，所述热网水循环系统包括热网加热器进、出水管路，固体蓄热电锅炉进、出水管路，跨季节自然水体系统进、出水管路，一次供热管网供、回水管路；各管路之间通过多个三通、水泵及阀门连接。

在本实施例中，一次供热管网供水管路设置三通A5和三通B3，所述三通A5一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口，所述三通B3一端连接固体蓄热电锅炉1系统出水管路，第二端连接热网加热器2出水管道，第三端连接一次供热管网供水端；一次供热管网回水管路设置三通C6和三通D4，所述三通C6一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口，所述三通D4一端连接固体蓄热电锅炉1系统进水管路，第二端连接热网加热器2进水管道，第三端连接一次供热管网回水端。

在本实施例中，蓄热时，集中供热热水可以进入固体蓄热电锅炉系统进行一级加热，也可以进入固体蓄热电锅炉1+热网加热器2进行二级加热，最后都进入蓄热水体9进行蓄热。

在本实施例中，在夏季调峰时段，固体蓄热电锅炉1将电能转换为热能，并将此热能跨季节储存于蓄热水体9中；在冬季供热期，通过热网水循环系统将蓄热水体9中储存的热能释放出来用于供热，这样反复循环，通过电能热能的转换和热网循环水系统的供热输送，可以极大地提高热电厂的冬季供热能力，并且100%地保证供热的安全性。

在本实施例中，自然水体实现的是跨季节的长时间的蓄热，而固体蓄热电锅炉1本身可实现短时间的蓄热需求。

上述跨季节蓄热调峰系统的核心为跨季节蓄热水体9和固体蓄热电锅炉1设备，通过跨季节蓄热水体9将热电厂和固体蓄热电锅炉1结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。

目前电厂内部调峰在夏季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、电锅炉和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和电锅炉及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过电锅炉和蓄热水罐进行深度调峰的，结合上述说明本发明相比于现有技术具有以下优点：

1）通过引入跨季节自热水体结合固体蓄热电锅炉1，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。

2）适度配置固体蓄热电锅炉1，可以使机组达到最小发电负荷的情况下，上网电量趋近于0，基本上实现调峰时段没有上网负荷，达到深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

3）在冬季供暖季，自然蓄热水体9和固体蓄热电式热水锅炉都可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。

4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。

实施例2

本实施例与实施例1所述的固体蓄热电锅炉和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统结构相同，所不同的是，将其中的一台或几台固体蓄热电锅炉1替换成电极热水锅炉，形成固体蓄热电锅炉和液体式电极锅炉混合系统，最终将两种电锅炉加热的热水打入自然水蓄热。固体电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点。将电极热水锅炉与固体蓄热电锅炉1相结合，可以综合考虑两种电锅炉各自的优点，电极锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体蓄热电锅炉1驱动电压等级高，可以节省变压器预算。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。