用于火电灵活性改造的蓄热水罐技术浅析
发布者:chplaza | 来源:​中国储热网 | 0评论 | 352查看 | 2019-10-21 19:44:23    

中国储热网报道:根据《中国可再生能源发展报告2018》,截至2018年年底,我国可再生能源发电装机达到72,896万千瓦,水电、风电、光伏发电累计装机规模均居世界首位。相比于可再生能源,火电具有更好的调节能力。因此在新能源的比例不断扩大的今天,如何更好地调峰,使电力系统消纳更多的可再生能源,成为火电的新使命。


然而,我国火电机组由于以煤电为主,还存在灵活性不足的问题,在调峰深度、爬坡速度、快速启停等方面仍有很大提升空间。


2016年,我国十三五规划提出要完成2.2亿千瓦火电机组灵活性改造,提升电力系统调节能力4600万千瓦。


同年,国家能源局对外发布了《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》,要求通过加快能源技术创新,挖掘燃煤机组调峰潜力,提升火电机组灵活性,全面提高系统调峰和新能源消纳能力。并提出了以下技术要求:


(1)热电机组增加20%额定容量的调峰能力,最小技术出力达到30%-40%额定容量;(2)纯凝机组增加15%-20%额定容量的调峰能力,最小技术出力达到30%-35%额定容量。(3)部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平,机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20%-25%。


同时,《通知》确定了丹东电厂等22个项目为提升火电机组的灵活性改造试点项目。近期有资料统计,在这22个火电厂灵活性改造试点项目中,采用最多的是热储能技术,占比达到65%。


一、蓄热水罐技术——灵活性改造路线选择


蓄热水罐方案即在保证机组日间高负荷发电,保证正常供暖基础上,增加抽汽的量,额外加热一部分热网循环水,并从供水侧引出至蓄热水罐中储存。在夜间社会用电量低谷阶段,机组参与进行深度调峰,同时将蓄热水罐中的热水直接输送至热网供水母管中供热,以避免调峰期间采暖抽汽不足的问题。


由于区域供热系统的特点,区域供热系统中使用的蓄热罐通常为常压式或有压式热水蓄热罐。一般管网温度低于100℃时设置常压型蓄热罐,高于100℃时设置成有压型蓄热罐。建造有压式蓄热罐的成本要比建造常压式蓄热罐的成本高,检验安装难度较大。


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蓄热水罐技术已经在北欧地区得到广泛应用。北欧在热电联产和集中供热方面,特别是大型蓄热水罐方面已经有三四十年的应用历史,在丹麦和瑞典,几乎所有的热电厂出口都设置有大型的蓄热水罐。


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图:用于热电厂供热机组灵活性调峰项目的蓄热水罐


二、蓄热罐基本结构及工作原理


蓄热水罐的罐体主要由碳钢板分层焊接而成,在罐体的上部和下部设置布水盘和喷嘴,作用是将热水和冷水均匀缓慢的引入至罐体内部。


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蓄热罐内部可同时储存热水和冷水。水温不同,水的密度也不同,在一个足够大的容器中,由于重力原因,密度不同的冷热水自然分层,热水在上,冷水在下,中间形成1m左右的过渡层。当热源产热量大于用户用热量时,蓄热罐蓄热,热水从上部水罐进入,冷水从下部水管排出,过渡层向下移动;当热源产热量小于用户用热量时,蓄热罐放热,放热时,热水从上部水管排出,冷水从下部水管进入,过渡层向上移动。罐体中水的质量是保持恒定不变的,而能量是变化的。


蓄热罐工作过程的实质就是蓄热、放热的过程。在用户热负荷需求较低时,蓄热罐将发电系统产生的多余热量吸收并储存,等用热负荷上升时放出热量。蓄热罐工作时,应保证其进、出水流量平衡,并在冷、热水液位上下变化时保持过渡层稳定。


另外,为避免蓄热罐内的水溶解氧并将这些水带入热网,影响热网循环水水质,蓄热罐内的液面上通常冲入蒸汽或氮气,保持微正压,使蓄热罐内的水与空气隔离。


三、蓄热罐主要功能


1)保证热网的安全运行:如果万一出现管路爆裂等异常现象,大量失水时,在故障修复后,可以快速补充热量;万一出现异常低温时,蓄热罐可以提供短期的尖峰热源。


2)电负荷调峰(下调):当电力过剩或需要为新能源让路时,将火电厂的发电量降下来,但为保证低压缸拥有一定的冷却蒸汽流量,发电负荷不能降得太低,而且各级供热抽汽量不能太大,因为此时有可能会造成供热量不足,这时,储热罐就可以利用储存的热量来解决这个问题。对于具有背压运行模式的机组,其发电量可降到很低的水平,这需要增大汽机旁路流量或增大锅炉主蒸汽直接供热的抽汽量,这就会造成供热量过大,此时就可以通过大型蓄热水罐将过多的热量储存起来备用,从而实现更大深度调峰。


3)电负荷调峰(上调):在电网缺电时,需要火电机组发挥其最大的发电能力,则必须停止或降低抽汽供热的比例,此时供热能力下降,则热量不足的部份由大型蓄热水罐补充供热。


4)增加热电厂和供热公司供热调节手段,优化安排发电和供热之间的调度,使得生产计划的制定变得更加灵活,有利于机组保持在较高的效率下运行,提高经济性。

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