一种朗肯循环汽轮发电机组蒸汽储能调频方法与流程

本发明属于火电热能饱和水储能和汽机一次调频调峰领域，具体涉及一种朗肯循环汽轮发电机组储能调频方法。

背景技术：

1、高比例新能源接入引起电网稳定性问题，为了保障电网频率，要求并网机组具备良好的调频能力。众所周知，风电与太阳能等新能源发电的可预测性相对较差，且风力发电的高峰负荷大多出现在用电量的波谷处，同时新能源发电的可控性也相对较差，一次调频贡献能力有限，对电网的调整来说，风电并网负荷越高，电网调节越难，要求火力发电机要发挥电网调频的主力作用，要求火电机组具备柔性和快速调能力，满足电网调频需求，需要开发一种可以短时快速储能系统，提升发电侧负荷响应能力与一次调频能力，平滑功率输出、能量搬移、为电网提供辅助服务，减少弃风弃光率，提升电网对新能源的接入能力，保障电网安全。

技术实现思路

1、本发明目的是提供基于热力朗肯循环的高温饱和水储能调频系统，将热力汽轮机回热系统的热能，在电网高频期的以饱和水状态储存在储热罐中，增加汽机抽汽量，减少汽机抽汽的做功能力，使汽轮发电机功率快速降低；在电网低频期储热罐将饱和水闪蒸饱和蒸汽供给三号加热器、除氧器汽侧，也可将饱和水直接送入除氧器，减少汽机回热系统抽汽量，增加汽机抽汽的做功能力，使汽轮发电机负荷快速增加。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、基于朗肯循环纯凝汽轮发电机组，在电网高频调频期间，将汽机抽汽蒸汽排入储热罐加热饱和水，增加汽机抽汽量，减少汽机做功能力，使汽轮发电机功率快速降低，同时储备机组快速增加负荷的能力，也可同时将除氧器水经排水泵排入储热罐，增加凝结水回热系统出力，使汽轮发电机功率快速降低；在电网高频调频期储热罐中饱和水闪蒸蒸汽进入三号加热器、除氧器，减少汽机回热系统抽汽量，增加汽机抽汽的做功能力，使汽轮发电机负荷快速增加，在储热罐饱和水闪蒸完毕后，也可将高温饱和水使用循环泵直接排入除氧器，降低进入除氧器凝结水流量，减少汽机凝结水回热系统低加抽汽量，使汽轮发电机功率快速降低。储热罐压力和水位代表储热能量，在电网需要高频调频期间，保持储热罐低压和低水位运行，储备汽轮发电机快速降低负荷能力，在电网需要低频调频期间，保持储热罐高压和高水位运行，储备汽轮发电机增加负荷能力。

4、所述的基于热力朗肯循环储能调频系统，包括：

5、步骤a：储热罐饱和水储释能和补排水工艺设计流程：

6、a1：汽机回热系统抽汽经储热罐加热供汽调节门加热储热罐饱和水并控制储热罐压力；

7、a2：汽机回热系统除氧器饱和水经储热罐供水泵向储热罐补水，根据储能量的要求维持储热罐水位，储热罐供水泵提供汽机回热系统三段抽汽的冷却减温水；

8、a3：储热罐循环泵提供储热罐饱和水循环和排水动力，强化储热罐饱和水换热，控制进入储热罐加热蒸汽流量，同时经储热罐饱和水释能调节门将储热饱和水排入汽机回热系统除氧器；

9、a4：储热罐饱和水闪蒸的饱和蒸汽经储热罐三号高加供汽调节门向汽机回热系统三号高加供汽；

10、a5：储热罐不合格水经储热罐排污调节门排入凝汽器处理；

11、步骤b：储热罐饱和水加热储能调频工艺流程：

12、b1：在电网高频期间汽机回热系统抽汽经储热罐加热供汽调节门加热储热罐饱和水，汽机抽汽抽出蒸汽流量增加，汽机蒸汽做功能力下降，汽轮发电机功率快速降低；

13、b2：储热罐循环水泵提高循环流量，强化储热罐蒸汽换热，增加汽机抽汽蒸汽流量；

14、b3：除氧器给水经储热罐供水泵向储热罐供水，提高储热罐的储能量，提高汽机回热系统除氧器抽汽量，汽机蒸汽做功能力下降，使汽轮发电机功率快速降低；

15、b4：根据电网高频调频负荷的要求，储热罐加热供汽调节门控制汽机回热系统二段抽汽流量，直至关闭最小值；

16、b5：根据储热罐设定储能量的要求，经储热罐加热供汽调节门控制汽机回热系统抽汽最小运行流量，直至储热罐储能量达到设定值；

17、步骤c：储热罐饱和水闪蒸释能调频工艺流程：

18、c1：除氧器供水泵经汽机三段抽汽减温水调节门，调整汽机三段抽汽蒸汽过热度，汽机三段抽汽上游蒸汽温度降低温度变化率超限时，关闭汽机三段抽汽减温水调节门；

19、c2：在电网低频频期间，储热罐饱和水闪蒸饱和蒸汽经汽机三号高加加热供汽调节门进入汽机回热系统三号高加汽侧，排挤汽机三段抽汽，汽机抽出蒸汽流量降低，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速提高；

20、c3：在电网低频频期间，储热罐饱和水闪蒸饱和蒸汽流量下降，开启储热罐除氧器加热供汽调节门进入汽机回热系统除氧器汽侧，排挤汽机四段抽汽，汽机抽出蒸汽流量降低，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速提高；

21、c4：在电网低频频期间，储热罐对汽机三段抽汽供汽能力不足，及时关闭汽机三号高加加热供汽调节门，开启储热罐饱和水释能调节门，饱和水与汽机回热系统凝结水进入除氧器，减少汽机回热系统的凝结水流量，排挤汽机回热系统除氧器和凝结水回热系统抽汽，汽机蒸汽做功能力增加，汽轮发电机功率快速提高。

22、c5：根据电网高频调频负荷的要求，关闭储热罐除氧器加热供汽调节门和储热罐饱和水释能调节门；

23、c5根据储热罐设定储能量的要求，开启储热罐供水调节门，低流量将储热罐水位补至设定水位；

24、步骤d：储热罐饱和水储能和释能调频工艺流程：

25、d1：储热罐与汽机回热系统除氧器并列运行，除氧器与储热罐一起滑压运行，储热罐水位按50％容量运行；

26、d2：除氧器-储热罐供水泵-储热罐供水调节门-储热罐-储热罐循环泵-储热罐饱和水释能调节门-除氧器，建立饱和水低流量循环工况，维持储热罐水位稳定；

27、d3：在电网高频调频期间，增加除氧器向储热罐排水量，同时开启凝结水旁路流量调节阀，增加凝结水旁路水量，增加除氧器凝结水流量与除氧器排水量相匹配，保持汽机低压回热系统进入除氧器高温凝结水流量不变，汽机回热系统除氧器抽出蒸汽流量增加，汽机蒸汽做功能力下降，汽轮发电机功率快速降低；

28、d4：在电网低频调频期间，增加储热罐向除氧器排水量，同时减少汽机回热系统除氧器凝结水流量，保持除氧器入口凝结水流量不变，汽机回热系统除氧器抽出蒸汽流量减少，汽机低压加热器抽汽量减少，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速增加；

29、步骤e：储热罐冲洗排污工艺流程：

30、e1：凝汽器-凝结水泵-储热罐冲洗水供水门-储热罐供水泵-储热罐-储热罐循环泵-储热罐排污调节阀-凝汽器，建立储热罐低温冲洗工况，低温水大流量循环冲洗，直至排水水质合格，冲洗期间大幅度变化储热罐水位；

31、e2：除氧器-储热罐供水泵-储热罐-储热罐循环泵-储热罐排污调节阀-凝汽器-凝结水泵-除氧器，建立储热罐高温冲洗工况，高温水小流量循环冲洗，直至排水水质合格，高温冲洗期间大幅度变化储热罐水位；

32、步骤f：汽机回热系统抽汽管道防止蒸汽倒流工艺流程：

33、f1：储气罐三号高加加热供汽调节门和管道减温水调节门控制三号高加入口温度过热度不低于设定值，保证处于微过热状态，三号高加入口温度热度低于过设定值连锁关闭储气罐三号高加加热供汽调节门及管道减温水调节门；

34、f2：储气罐除氧器加热供汽调节门控制除氧器入口温度过热度不低于设定值，保证处于微过热状态，除氧器入口蒸汽温度热度低于过设定值连锁关闭储气罐除氧器加热供汽调节门；

35、f3：除氧器水位高，禁止并关闭储热罐排水调节门；

36、在一优选的实施方式中，所述步骤a中汽机回热系统汽机二段抽汽加热储热罐饱和水，储存蒸汽热能；汽机回热系统汽机三段抽汽通过减温水控制三号高加入口蒸汽温度低过热度，降低管道饱和蒸汽混入的热冲击；储热罐循环泵大流量水循环，强化储热罐蒸汽换热强度。

37、在一优选的实施方式中，所述步骤b中在电网高频期间汽机回热系统二段抽汽加热储热罐饱和水，汽机二段抽汽抽出蒸汽流量增加，汽机蒸汽做功能力下降，汽轮发电机功率快速降低；除氧器给水经储热罐供水泵向储热罐供水也可实现提高汽机回热系统除氧器、低加各级汽机回热系统抽汽量，汽机蒸汽做功能力下降，使汽轮发电机功率快速降低，实现电网快速降低负荷要求；

38、在一优选的实施方式中，所述步骤c中在电网低频频期间储热罐释能分为三个阶段；第一阶段储热罐饱和水闪蒸饱和蒸汽进入汽机回热系统三号高加汽侧，排挤汽机三段抽汽，抽出蒸汽流量降低，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速提高；第二阶段储热罐饱和水闪蒸饱和蒸汽流量下降，开启储热罐除氧器加热供汽调节门入汽机回热系统除氧器汽侧，排挤汽机四段抽汽，抽出蒸汽流量降低，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速提高；第三阶段储热罐对汽机除氧器供汽能力不足，及时关闭储热罐除氧器加热供汽调节门，开启储热罐饱和水释能调节门，饱和水进入除氧器，减少汽机凝结水流量，排挤凝结水回热系统抽汽，汽机做功能力增加，汽轮发电机功率快速提高。

39、在一优选的实施方式中，所述步骤d中储热罐和除氧器饱和水质量的交换，完成电力储能和释能能量交换，在电网高频频期间，除氧器向储热罐排水，汽机四段抽汽流量增加，汽机蒸汽做功能力下降，汽轮发电机功率快速降低，在电网低频频期间，储热罐向除氧器排水，汽机四段抽汽及以下抽汽流量增加，汽机蒸汽做功能力提高，汽轮发电机功率快速提高，此方法适用于大容量储能调峰能量转移场景；

40、在一优选的实施方式中，所述步骤d中储热罐水质不合格的高、低温两种冲洗工况，根据储热罐投运不同阶段选择冲洗流程，达到储热罐水质合格目的；

41、在一优选的实施方式中，所述步骤e中储热罐闪蒸蒸汽单向流动至三号高加、除氧器，饱和蒸汽回流至汽机抽汽管道，连锁关闭供汽调节门，切断饱和蒸汽供汽；

42、发明专利的优点与积极效果：

43、1、本发明电网高频期间采用基于热力朗肯循环的汽机抽汽加热饱和水进行储能，降低汽轮发电机发电功率；电网高频期间储能热水闪蒸饱和蒸汽进入汽机回热系统加热器，排挤汽机抽汽返回汽机继续做功，增加汽轮发电机的发电功率。

44、2、本发明利用饱和水基于热力朗肯循环的热力系统进行储能和释能，能源转化品质级差小，能源转化效率高，除了散热损失没有能量损失，只存在能级损失。

45、3、本发明可以采用基于热力朗肯循环的饱和水进行直接储能和释能，可以实现低谷调峰功能，可以作为提高火电机组灵活性的一种方法。

46、4、本发明将可以提高火电机组对电网调频电量贡献量和响应速度。

47、5、本发明储热罐压力代表系统储能量，可以根据不同时段的电网调频需求，灵活调整储能量，满足电网调频出力需求。

48、6、本发明储热罐容积可以根据不同储能场景进行调整，在调频储能需求场景，适用于高压，小容积储热罐，利用凝汽器储水容积进行缓冲；在低谷调峰储能场景，需要配置低压、大容积储热球罐及低温水箱。

49、7、本发明系统简单，设备投资少，适合于基于朗肯循环的热力发电机组调频储能，调峰储能，峰谷差储能。

50、8、本发明适用于不同能源体系调峰能量交换。