一种基于分时电价差异的用户端热电解耦系统的制作方法

本发明属于热电解耦，尤其涉及利用供电网供电和蒸汽热网供热的工业园区，以节约用能成本为目标的一种基于分时电价差异的用户端热电解耦系统。

背景技术：

1、工业生产过程中热能和电能的需求是同时存在的，但热负荷与电负荷并不一定同步。对于那些不具备建设自备热电厂条件的石油化工、制药、纺织印染、造纸、食品加工等工业园区而言，所需电能和热能只能由外部电源和外部热源提供。本发明人经过了十五年来对固体电蓄热炉和蒸汽固体蓄热设备研发及制造中已请了多项专利，如：专利号为zl20212 1661999.6的“一种过热蒸汽换热系统”、专利号为zl2022 2 1355019.4的“一种蒸汽固体蓄热系统”以及专利号为zl2022 2 0806158.8的“复式结构蒸汽固体蓄热装置”。在上述的专利申请中，所描述的
技术实现要素：
均是针对具体单一的电蓄热或蒸汽蓄热问题，没有考虑电蓄热转换的高品质蒸汽热能再次发电带来的经济性和可行性。针对上述专利所存在的问题，并且针对供电网分时电价的差异情况，对这一类工业园区的用能方式进行优化，并建立综合性热电解耦系统。即：利用供电网低谷电价时段（包括：电力现货市场及虚拟电厂机制的低电价时段）给固体电蓄热炉供电蓄热，在用电尖峰期时间段生产高品质的蒸汽驱动热电联产机组发电，同时用热电联产机组的排汽给热用户供热。如果热电联产机组发电时间段的排汽量大于热用户的用汽量时，为避免蒸汽浪费或影响热电联产机组的发电输出功率，就将热电联产机组的排汽存入蒸汽固体蓄热装置实现电、热解耦，同时满足电力需求和避免蒸汽热能的浪费，最大限度地减少用能成本。

技术实现思路

1、本发明是针对上述问题，提供一种利用供电网峰谷时段的电价差异以节约用能成本为目的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统。

2、本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，它包括有：固体电蓄热炉、蒸汽固体蓄热装置、热电联产机组、供电网、蒸汽热网、电用户、热用户、管道、阀门及控制系统；其特征在于：供电网输出端分别与电用户和固体电蓄热炉的电源输入端相连接；固体电蓄热炉的蒸汽输出端与热电联产机组的进汽端之间通过主蒸汽管道连接；热电联产机组的电能输出端通过电力线路与电用户连接；连接在热电联产机组排汽端和蒸汽固体蓄热装置输入端之间的排汽管道上串接有排汽\储热比例调节阀，排汽\储热比例调节阀与热用户间还连接有供热管道；连接蒸汽固体蓄热装置热输出端、热用户、蒸汽热网的蒸汽管道会接处还连接有排汽\供热比例调节阀。

3、进一步的：所述固体电蓄热炉是指输入端接入10kv～110kv电压蓄热工作，输出端能输出3mpa、500℃-9mpa、650℃过热蒸汽的热源设备；蒸汽固体蓄热装置是指输入端能接收蒸汽热能、存储蒸汽热能以及输出端能输出蒸汽热能的设备。

4、进一步的：所述的热电联产机组是由带蒸汽进汽端和乏汽排汽端的汽轮机和与汽轮机同轴连接带电能输出端的发电机构成。

5、进一步的：所述的控制系统包括：固体电蓄热控制模块，电能控制模块，热能控制模块，排汽控制模块；热电解耦系统的操作步骤如下：

6、①固体电蓄热控制程序:判断当前处于低谷电价时段，并通过双向计量电表、功率变送器检测下载电量用以确定电网容量允许值，当电网容量允许值大于固体电蓄热炉功率且可储热容量>0时，控制固体电蓄热炉接入供电网线路进行储热；当上述条件任一不满足时，则退出供电网线路，停止储热，并返回固体电蓄热控制程序开始处循环执行；

7、②电能控制程序：判断当前是否处于非尖峰时段，在非尖峰时段的用电负荷>0时，电用户的用电量将由接入的供电网全部提供；否则在热电联产机组具备启动条件情况下，控制固体电蓄热炉放热，产生3mpa、500℃-9mpa、650℃的过热蒸汽进入主蒸汽管道推动热电联产机组发电，通过对下载电量的实时检测用以控制热电联产机组的发电量，使供电网下载电量控制在5%～10%以内，热电联产机组的发电量为电用户的90%～95%，并返回电能控制程序开始处循环执行；

8、③热能控制程序：判断当前热用户的用热负荷是否大于0，结果为否则返回重新执行，结果为是则继续判断热电联产机组负荷是否等于0，为否则程序跳转至④执行，为是则检测蒸汽蓄热量是否大于0，大于0时接入蒸汽固体蓄热装置输出端，通过控制使蒸汽固体蓄热装置产生0.3mpa～1.3mpa的工业蒸汽，并通过对排汽\供热比例调节阀的控制来稳定流入蒸汽管道的蒸汽压力、流量使其送入热用户，否则排汽\供热比例调节阀开度调节至热网管道一侧，接入蒸汽热网为热用户供热，并返回热能控制程序开始处循环执行；

9、④排汽控制程序：判断热电联产机组排汽量是否大于热负荷，若是，则通过排汽\储热比例调节阀控制热电联产机组流入排汽管路的乏汽压力、流量使其能够稳定安全的通过供热管道送入热用户，并将多余乏汽接入蒸汽固体蓄热装置，使热量存储至蒸汽固体储热装置中，供乏汽量不足时使用；否则，控制排汽\供热比例调节阀开度，将部分蒸汽热网的蒸汽送入热用户补足蒸汽量，返回排汽控制程序开始处循环执行。

10、进一步的：所述固体电蓄热控制模块是指用来控制固体电蓄热炉工作状态和调节蒸汽输出参数的固体电蓄热控制模块。

11、进一步的：所述电能控制模块是控制热电联产机组工作状态和选择电用户供电方式的电能控制模块。

12、进一步的：所述热能控制模块、排汽控制模块是调节热用户蒸汽输入方式及蒸汽固体蓄热装置工作状态的热能控制模块。

13、进一步的：所述排汽\蓄热比例调节阀是用来分配排汽和蓄热比例关系的三通阀门；排汽\供热比例调节阀是用来分配蒸汽固体蓄热装置供热和热网供热比例关系的三通阀门。

14、本发明与现有用能方式相比具有以下优点效果：

15、本方案通过控制系统将固体电蓄热炉、热电联产机组和蒸汽固体蓄热装置有机结合，用低于25%蓄电池储电系统的投资成本达到蓄电池储电系统同等的发电能力，形成一种廉价、高效的电能蓄热发电加乏汽利用解决方案，以实现最低用能成本为目标的综合性用能系统。该系统将低谷时段的电量转换为热能储存起来，在尖峰（峰）时段输出所储存的热能以驱动热电联产机组发电，并将热电联产机组排汽用来供热。当排汽量大于热负荷时，将多余的蒸汽量存入蒸汽固体蓄热装置中，用于其他时段的供热，从而实现了热电解耦的目的。

16、本方案改变了现有工业园区内热电联产机组“以热定电”的定式，通过引入蒸汽固体蓄热装置后实现了“以电定热”的效果。不仅有利于电网的用电平稳，对于用户还大大节约了用能成本。

技术特征：

1.一种基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，它包括有：固体电蓄热炉、蒸汽固体蓄热装置、热电联产机组、供电网、蒸汽热网、电用户、热用户、管道、阀门及控制系统；

2.根据权利要求1所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述固体电蓄热炉是指输入端接入10kv～110kv电压蓄热工作，输出端能输出3mpa、500℃-9mpa、650℃过热蒸汽的热源设备；蒸汽固体蓄热装置是指输入端能接收蒸汽热能、存储蒸汽热能以及输出端能输出蒸汽热能的设备。

3.根据权利要求1所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述的热电联产机组是由带蒸汽进汽端和乏汽排汽端的汽轮机和与汽轮机同轴连接带电能输出端的发电机构成。

4.根据权利要求1所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述的控制系统包括：固体电蓄热控制模块，电能控制模块，热能控制模块，排汽控制模块；热电解耦系统的操作步骤如下：

5.根据权利要求4所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述固体电蓄热控制模块是指用来控制固体电蓄热炉工作状态和调节蒸汽输出参数的固体电蓄热控制模块。

6.根据权利要求4所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述电能控制模块是控制热电联产机组工作状态和选择电用户供电方式的电能控制模块。

7.根据权利要求4所述的基于分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述热能控制模块、排汽控制模块是调节热用户蒸汽输入方式及蒸汽固体蓄热装置工作状态的热能控制模块。

8.根据权利要求4所述的基分时电价差异的用户端热电解耦系统，其特征在于：所述排汽蓄热比例调节阀是用来分配排汽和蓄热比例关系的三通阀门；排汽供热比例调节阀是用来分配蒸汽固体蓄热装置供热和热网供热比例关系的三通阀门。

技术总结
本发明公开了一种基于分时电价差异的用户端热电解耦系统。这一技术方案通过控制系统将电蓄热炉、热电联产机组和蒸汽固体蓄热装置有机结合，用低于25%蓄电池储电系统的投资成本达到蓄电池储电系统同等的发电能力，形成一种廉价、高效的电能蓄热发电加乏汽利用解决方案，形成以实现最低用能成本为目标的综合性用能系统。该系统将低谷时段的电量转换为热能储存下来，在尖峰时段输出所储存的热能以驱动热电联产机组发电，并将发电机组排汽用来供热。当排汽量大于热负荷时，将多余的蒸汽量存入蒸汽储热装置中，在其它时段用来供热。实现良好的投资回报和推动“源、网、荷、储”新型电网理念中“储能设备”形态多元化的发展。

技术研发人员：朱建新,刘东明,于通,朱宇辉
受保护的技术使用者：沈阳世杰电器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13