本發(fā)明涉及利用汽機旁路進行熱電廠熱電解耦、跨季節(jié)儲能和電網深度調峰領域，尤其涉及夏季熱電廠深度調峰領域。
背景技術：
在中國三北地區(qū)電力市場容量富裕，燃機、抽水蓄能等可調峰電源稀缺，電網調峰與火電機組靈活性之間矛盾突出，電網消納風電、光電及核電等新能源的能力不足，棄風現(xiàn)象嚴重。目前，隨著東北電力輔助服務交易的實施，越來越多的熱電廠通過火電靈活性技術實現(xiàn)了冬季的熱電解耦和深度調峰。但在夏季，由于沒有供熱服務，無論是汽機旁路還是汽機旁路等熱電解耦和調峰方案，都無法實現(xiàn)。
目前熱電廠內部調峰主要依靠鍋爐減負荷或汽機旁路減溫減壓供熱、汽機旁路和蓄熱水罐儲熱等技術實現(xiàn)供熱機組熱電短期解耦來實現(xiàn)，此類技術雖然能達到一定的調峰作用，但是受鍋爐及汽機安全性和技術本身的限制，以及大型蓄熱水罐或固體蓄熱的蓄熱體積和安全性的限制，無法實現(xiàn)深度調峰的目的，最大的問題是這些技術和方案的前提是必須對外供熱，因此，在夏季完全無法運行，一般熱電廠在夏季是無法通過固體蓄熱鍋爐、電極鍋爐和蓄熱水罐及汽機旁路進行深度調峰的，唯一可行的方案就是機組純凝減負荷，但鍋爐負荷過低或長時間低負荷運行，會帶來脫硫脫硝系統(tǒng)排放超標，鍋爐熄火等一系列問題。
如申請?zhí)枮閏n201610007552.4的中國專利，提供了一種具有深度調峰功能的汽輪機及熱力系統(tǒng)，包括中壓缸、同步自動離合器、高壓缸、低壓缸、中壓旁路閥等，中壓缸、同步自動離合器、高壓缸、低壓缸依此通過聯(lián)軸器相連接，并通過低壓轉子輸出端與發(fā)電機相連接，機組深度調峰時，高壓進汽調節(jié)閥和中壓進汽調節(jié)閥關閉，通過同步自動離合器將中壓缸切除，高壓缸通過通風閥抽真空，機組高壓旁路閥和中壓旁路閥開啟，來自鍋爐的蒸汽直接進入低壓缸做功，維持機組在較低出力運行。該專利雖在一定程度上實現(xiàn)了機組深度調峰，但是該調峰設備及方法只能應用于有供熱需求的冬季，無法滿足非供熱季火電廠深度調峰的需求。
技術實現(xiàn)要素：
為了滿足電網調峰需求，以及電廠在激烈競爭中的生存需要，深度調峰勢在必行。本發(fā)明通過火電供熱機組運行靈活性技術及汽機旁路熱電解耦和供暖技術，并結合夏季的跨季節(jié)自然水體蓄熱，可以實現(xiàn)夏季的火電廠深度調峰，從而顯著提升熱電機組夏季的上網調峰能力，既可有效緩解可再生能源消納困境，又可以實現(xiàn)供熱熱水的大體量跨季節(jié)蓄熱，未來必將擁有廣闊的市場發(fā)展前景。
為了克服現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種汽機旁路和跨季節(jié)自然水體結合的蓄熱調峰系統(tǒng)，包括熱電聯(lián)產機組汽機旁路系統(tǒng)、跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)以及供熱管網系統(tǒng)，所述跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)包括蓄水坑、蓄熱水體、布水器、水底保護層和水體表面保溫覆蓋層、雨水收集和排水系統(tǒng)；所述汽機旁路系統(tǒng)包括主蒸汽旁路、高壓缸旁路、再熱前旁路和再熱后旁路、中壓缸旁路和低壓缸旁路、各旁路對應的噴水減溫減壓器系統(tǒng)和熱網加熱器。
優(yōu)選的是，所述汽機旁路系統(tǒng)中的各旁路，依據(jù)實際情況可以單獨實施各旁路系統(tǒng)或選擇兩種或兩種以上旁路系統(tǒng)進行組合，實現(xiàn)熱電廠的熱電解耦。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述蓄水坑為土木工程開挖形成，橫切面形狀包括梯形。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述蓄水坑底部和四周斜邊土壤做平整處理。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述蓄熱水體的水質達一次供熱循環(huán)水標準，水量大于1萬噸，水溫最高溫度低于85℃。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述布水器設置在蓄熱水體中，包括充放熱的立式布水器，可用于水體進出水和充放熱。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述水底保護層設置于蓄水坑底部和四周，包括保溫和防水隔熱層。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述保溫覆蓋層設置于蓄熱水體表面，包括浮動式保溫覆蓋層。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述汽機旁路系統(tǒng)流量范圍為主蒸汽流量的0%~100%，可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產機組上網電量從100%負荷降至0%上網電量。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述熱網加熱器的體積和面積隨著與之相連的旁路系統(tǒng)流量和參數(shù)變化。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述的噴水減溫減壓器包括減壓閥、噴水減溫器、溫度傳感器、壓力傳感器。
上述任一方案優(yōu)選的是，進入熱網加熱器汽側的蒸汽壓力和溫度參數(shù)由噴水減溫減壓器控制。電站鍋爐內的蒸汽進入汽輪機進而進入各汽機旁路，通過噴水減溫減壓器的控制，經過帶有切換閥的管路進入熱網加熱器，對傳熱介質進行加熱。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述熱網加熱器加熱的熱網循環(huán)水與自然水體內的蓄熱水體水質相同，循環(huán)水與蓄熱水體管路直接相連，管路中的三通、閥門控制自然水體的充放熱過程。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述供熱管網系統(tǒng)包括熱網加熱器供熱進、出水管路，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)進、出水管路，一次供熱管網供、回水管路；各管路之間通過多個三通、水泵及閥門連接。
上述任一方案優(yōu)選的是，一次供熱管網供水管路設置一個三通，所述三通一端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，另兩端作為供熱熱水的入口和出口；一次供熱管網回水管路設置另一個三通，所述另一個三通一端連接汽機旁路系統(tǒng)，第二端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，第三端連接一次供熱管網回水管路入口。
上述任一方案優(yōu)選的是，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)蓄熱時，來自汽機旁路的蒸汽在熱網加熱器內對集中供熱熱水進行一級加熱，流經供熱出水管路，進入蓄熱水體，將熱量跨季節(jié)儲存于自然水體內；跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)放熱時，蓄熱水體中的熱水通過管道流入一次供熱管網，釋放熱量供給用戶端。
上述任一方案優(yōu)選的是，夏季調峰時段，通過汽機旁路系統(tǒng)實現(xiàn)熱電廠夏季發(fā)電負荷從100%深度調峰至0%負荷，蓄熱水體可直接進行蓄熱模式，通過熱網加熱器高效地將鍋爐蒸汽熱量傳熱給熱網循環(huán)水，并將此熱能跨季節(jié)儲存于蓄熱水體中，也可以直接對熱網中的生活熱水用戶供熱；冬季供熱期，通過供熱管網系統(tǒng)將蓄熱水體中儲存的熱能釋放出來用于供熱，可以保證熱電廠冬季100%地滿足供熱管網的供熱服務。
本發(fā)明中，所述熱網加熱器根據(jù)與之相連的旁路系統(tǒng)流量和參數(shù)，加熱器的體積和面積要遠大于常規(guī)熱電聯(lián)產機組的熱網加熱器。所述的汽機旁路也包括常規(guī)熱電聯(lián)產機組的啟動旁路與熱網加熱器結合的應用情景。在夏季調峰時段，通過汽機旁路實現(xiàn)熱電廠夏季發(fā)電負荷從100%深度調峰至0%負荷；在冬季供熱期，通過熱網循環(huán)水系統(tǒng)將蓄熱水體中儲存的熱能釋放出來用于供熱，可以保證熱電廠冬季100%地滿足供熱管網的供熱服務。
上述跨季節(jié)蓄熱調峰系統(tǒng)的核心為跨季節(jié)蓄熱水體和汽機旁路系統(tǒng)，通過跨季節(jié)蓄熱水體將汽機旁路和供熱管網結合為一個大的調峰系統(tǒng)，實現(xiàn)夏季的深度調峰和夏季供熱生產，并將其熱量跨季節(jié)性地儲存于大型自熱水體之中，顯著提升熱電機組的上網調峰能力并實現(xiàn)全年的深度調峰，既可有效緩解可再生能源消納困境，又有廣闊的市場發(fā)展空間。
本發(fā)明中，汽機旁路系統(tǒng)的表現(xiàn)形成十分多樣，包括而不僅限于主蒸汽旁路、高壓缸旁路、再熱前旁路和再熱后旁路、中壓缸旁路和低壓缸旁路及對應的噴水減溫減壓器系統(tǒng)等，不同電廠根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以單獨實施上述旁路系統(tǒng)或選擇兩種或兩種以上旁路系統(tǒng)進行組合，從而實現(xiàn)熱電廠的熱電解耦。
目前電廠內部調峰在冬季主要依靠鍋爐減負荷或汽機旁路減溫減壓供熱、汽機旁路、蓄熱水罐儲熱和固體蓄熱電鍋爐及電極鍋爐配蓄熱水罐等技術實現(xiàn)供熱機組熱電短期解耦來實現(xiàn)，此類技術雖然能達到一定的調峰作用，但是受鍋爐及汽機安全性和技術本身的限制，以及大型蓄熱水罐和固體蓄熱體蓄熱體積和安全性的限制，無法實現(xiàn)深度調峰的目的，最大的問題是這些技術和汽機旁路及蓄熱水罐本身，在夏季完全無法運行，因此一般熱電廠在夏季是無法通過汽機旁路和蓄熱水罐進行深度調峰的，結合上述說明本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
1）通過引入跨季節(jié)自熱水體結合汽機旁路系統(tǒng)，可以實現(xiàn)夏季的火電靈活性調峰功能，這樣可大大提高熱電廠的經濟效益。而且跨季節(jié)自然水體的單位體積蓄熱成本遠遠低于大型蓄熱水罐、固體蓄熱和其他相變儲能技術，其安全性也遠大于蓄熱水罐、固體蓄熱和相變儲能。
2）適度配置汽機旁路特別是主蒸汽旁路，可以使機組達到最小發(fā)電負荷的情況下，上網電量趨近于0，基本上實現(xiàn)調峰時段沒有上網負荷，達到深度調峰的目的，最大程度的為清潔能源讓出上網空間，有效緩解可再生能源消納困境。
3）自然蓄熱水體可以作為最佳的應急備用熱源，提高供熱的可靠性。
4）隨著調峰服務費、峰谷電價等政策的逐步落實，特別是未來電力現(xiàn)貨市場的建立和負上網電價的出現(xiàn)，必然會促進熱電廠的深度調峰需求，未來的市場發(fā)展空間將會越來越大。
附圖說明
圖1為按照本發(fā)明的汽機旁路和跨季節(jié)自然水體結合的蓄熱調峰系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的示意圖。
圖示：
1-電站鍋爐，2-主蒸汽旁路，3-冷再旁路，4-再熱后旁路，5-低壓缸旁路，6-切換閥，7-減壓閥，8-熱網加熱器，9-保溫覆蓋層，10-布水器，11-蓄熱水體，12-水底保護層。
具體實施方式
為了更進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容，下面將結合具體實施例對本發(fā)明作更為詳細的描述，實施例只對本發(fā)明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本領域技術人員在本發(fā)明的基礎上作出的非實質性修改，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1
如圖1所示，一種汽機旁路和跨季節(jié)自然水體結合的蓄熱調峰系統(tǒng)，包括熱電聯(lián)產機組汽機旁路系統(tǒng)、跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)以及供熱管網系統(tǒng)，所述跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)包括蓄水坑、蓄熱水體11、布水器10、水底保護層12和水體表面保溫覆蓋層9、雨水收集和排水系統(tǒng)；優(yōu)選的汽機旁路系統(tǒng)包括主蒸汽旁路2、冷再旁路3、再熱后旁路4、低壓缸旁路5進行組合，實現(xiàn)熱電廠的熱電解耦。汽機旁路系統(tǒng)還包括各旁路對應的噴水減溫減壓器系統(tǒng)和熱網加熱器8。
在本實施例中，所述蓄水坑為土木工程開挖形成，橫切面形狀包括梯形。
在本實施例中，所述蓄水坑底部和四周斜邊土壤做平整處理。
在本實施例中，所述蓄熱水體11的水質達一次供熱循環(huán)水標準，水量大于1萬噸，水溫最高溫度低于85℃。
在本實施例中，所述布水器10設置在蓄熱水體11中，為充放熱的立式布水器，可用于水體進出水和充放熱。
在本實施例中，所述水底保護層12設置于蓄水坑底部和四周，包括保溫和防水隔熱層。
在本實施例中，所述保溫覆蓋層9設置于蓄熱水體11表面，包括浮動式保溫覆蓋層9。
在本實施例中，所述汽機旁路系統(tǒng)流量范圍為主蒸汽流量的0%~100%，可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產機組上網電量從100%負荷降至0%上網電量。
在本實施例中，所述熱網加熱器8的體積和面積隨著與之相連的旁路系統(tǒng)流量和參數(shù)變化。
在本實施例中，所述的噴水減溫減壓器包括減壓閥7、噴水減溫器、溫度傳感器、壓力傳感器。
在本實施例中，進入熱網加熱器8汽側的蒸汽壓力和溫度參數(shù)由噴水減溫減壓器控制。電站鍋爐1內的蒸汽進入汽輪機進而進入各汽機旁路，通過噴水減溫減壓器的控制，經過帶有切換閥6的管路進入熱網加熱器8，對傳熱介質進行加熱。
在本實施例中，所述熱網加熱器8加熱的熱網循環(huán)水與自然水體內的蓄熱水體11水質相同，循環(huán)水與蓄熱水體11管路直接相連，管路中的三通、閥門控制自然水體的充放熱過程。
在本實施例中，所述供熱管網系統(tǒng)包括熱網加熱器8供熱進、出水管路，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)進、出水管路，一次供熱管網供、回水管路；各管路之間通過多個三通、水泵及閥門連接。
在本實施例中，一次供熱管網供水管路設置一個三通，所述三通一端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，另兩端作為供熱熱水的入口和出口；一次供熱管網回水管路設置另一個三通，所述另一個三通一端連接汽機旁路系統(tǒng)，第二端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，第三端連接一次供熱管網回水管路入口。
在本實施例中，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)蓄熱時，來自汽機旁路的蒸汽在熱網加熱器8內對集中供熱熱水進行一級加熱，流經供熱出水管路，進入蓄熱水體11，將熱量跨季節(jié)儲存于自然水體內；跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)放熱時，蓄熱水體11中的熱水通過管道流入一次供熱管網，釋放熱量供給用戶端。
在本實施例中，夏季調峰時段，通過汽機旁路系統(tǒng)實現(xiàn)熱電廠夏季發(fā)電負荷從100%深度調峰至0%負荷，蓄熱水體11可直接進行蓄熱模式，通過熱網加熱器8高效地將鍋爐蒸汽熱量傳熱給熱網循環(huán)水，并將此熱能跨季節(jié)儲存于蓄熱水體11中，也可以直接對熱網中的生活熱水用戶供熱；冬季供熱期，通過供熱管網系統(tǒng)將蓄熱水體11中儲存的熱能釋放出來用于供熱，可以保證熱電廠冬季100%地滿足供熱管網的供熱服務。
在本實施例中，在夏季通過供熱抽汽，可以降低夏季火電廠的上網電量，從而實現(xiàn)夏季的火電廠的調峰，并且可以實現(xiàn)夏季的熱電聯(lián)產運行方式，極大地提高整個機組的熱效率。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
1）通過引入跨季節(jié)自熱水體結合汽機供熱抽汽熱電聯(lián)產運行方式，可以實現(xiàn)夏季的火電靈活性調峰功能，這樣可大大提高熱電廠的經濟效益和夏季運行熱效率。而且跨季節(jié)自然水體的單位體積蓄熱成本遠遠低于大型蓄熱水罐和其他相變儲能技術，其安全性也遠大于蓄熱水罐和相變儲能。
2）在夏季，通過增加供熱抽汽量，可以使機組實現(xiàn)熱電聯(lián)產的高效運行方式，而且可以降低上網電量，達到夏季火電靈活性調峰的目的，最大程度的為清潔能源讓出上網空間，有效緩解可再生能源消納困境。
3）自然蓄熱水體11可以作為最佳的應急備用熱源，提高供熱的可靠性。
4）隨著調峰服務費、峰谷電價等政策的逐步落實，特別是未來電力現(xiàn)貨市場的建立和負上網電價的出現(xiàn)，必然會促進熱電廠的深度調峰需求，未來的市場發(fā)展空間將會越來越大。
實施例2
一種汽機旁路和跨季節(jié)自然水體結合的蓄熱調峰系統(tǒng)，包括熱電聯(lián)產機組汽機旁路系統(tǒng)、跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)以及供熱管網系統(tǒng)，所述跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)包括蓄水坑、蓄熱水體11、布水器10、水底保護層12和水體表面保溫覆蓋層9、雨水收集和排水系統(tǒng)；優(yōu)選了主蒸汽旁路2實現(xiàn)的單供熱運行方式，實現(xiàn)熱電廠的熱電解耦。
在本實施例中，所述蓄水坑為土木工程開挖形成，橫切面形狀包括梯形。
在本實施例中，所述蓄水坑底部和四周斜邊土壤做平整處理。
在本實施例中，所述蓄熱水體11的水質達一次供熱循環(huán)水標準，水量大于1萬噸，水溫最高溫度低于85℃。
在本實施例中，所述布水器10設置在蓄熱水體11中，為充放熱的立式布水器，可用于水體進出水和充放熱。
在本實施例中，所述水底保護層12設置于蓄水坑底部和四周，包括保溫和防水隔熱層。
在本實施例中，所述保溫覆蓋層9設置于蓄熱水體11表面，包括浮動式保溫覆蓋層9。
在本實施例中，所述汽機旁路系統(tǒng)流量范圍為主蒸汽流量的100%，可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產機組上網電量負荷降至0%上網電量。
在本實施例中，所述熱網加熱器8的體積和面積隨著與之相連的旁路系統(tǒng)流量和參數(shù)變化。
在本實施例中，所述的噴水減溫減壓器包括減壓閥7、噴水減溫器、溫度傳感器、壓力傳感器。
在本實施例中，進入熱網加熱器8汽側的蒸汽壓力和溫度參數(shù)由噴水減溫減壓器控制。
在本實施例中，所述熱網加熱器8加熱的熱網循環(huán)水與自然水體內的蓄熱水體11水質相同，循環(huán)水與蓄熱水體11管路直接相連，管路中的三通、閥門控制自然水體的充放熱過程。
在本實施例中，所述供熱管網系統(tǒng)包括熱網加熱器8供熱進、出水管路，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)進、出水管路，一次供熱管網供、回水管路；各管路之間通過多個三通、水泵及閥門連接。
在本實施例中，一次供熱管網供水管路設置一個三通，所述三通一端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，另兩端作為供熱熱水的入口和出口；一次供熱管網回水管路設置另一個三通，所述另一個三通一端連接汽機旁路系統(tǒng)，第二端連接跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)，第三端連接一次供熱管網回水管路入口。
在本實施例中，跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)蓄熱時，來自汽機旁路的蒸汽在熱網加熱器8內對集中供熱熱水進行一級加熱，流經供熱出水管路，進入蓄熱水體11，將熱量跨季節(jié)儲存于自然水體內；跨季節(jié)自然水體系統(tǒng)放熱時，蓄熱水體11中的熱水通過管道流入一次供熱管網，釋放熱量供給用戶端。
在本實施例中，夏季調峰時段，通過汽機旁路系統(tǒng)實現(xiàn)熱電廠夏季發(fā)電負荷從100%深度調峰至0%負荷，蓄熱水體11可直接進行蓄熱模式，通過熱網加熱器8高效地將鍋爐蒸汽熱量傳熱給熱網循環(huán)水，并將此熱能跨季節(jié)儲存于蓄熱水體11中，也可以直接對熱網中的生活熱水用戶供熱；冬季供熱期，通過供熱管網系統(tǒng)將蓄熱水體11中儲存的熱能釋放出來用于供熱，可以保證熱電廠冬季100%地滿足供熱管網的供熱服務。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
1）通過引入跨季節(jié)自熱水體結合汽機旁路可實現(xiàn)夏季熱電聯(lián)產運行方式，可以實現(xiàn)夏季的火電靈活性調峰功能，這樣可大大提高熱電廠的經濟效益和夏季運行熱效率。而且跨季節(jié)自然水體的單位體積蓄熱成本遠遠低于大型蓄熱水罐和其他相變儲能技術，其安全性也遠大于蓄熱水罐和相變儲能。
2）在夏季，通過更高壓力和溫度的汽機旁路系統(tǒng)，可以使實現(xiàn)最低0%的電力負荷生產方式，即主蒸汽旁路2實現(xiàn)的單供熱運行方式，可以最大限度地實現(xiàn)0上網電量，達到夏季火電靈活性深度調峰的目的，最大程度的為清潔能源讓出上網空間，有效緩解可再生能源消納困境。
3）自然蓄熱水體11可以作為最佳的應急備用熱源，提高供熱的可靠性。
4）隨著調峰服務費、峰谷電價等政策的逐步落實，特別是未來電力現(xiàn)貨市場的建立和負上網電價的出現(xiàn)，必然會促進熱電廠的深度調峰需求，未來的市場發(fā)展空間將會越來越大。
盡管具體地參考其優(yōu)選實施例來示出并描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員可以理解，可以作出形式和細節(jié)上的各種改變而不脫離所附權利要求書中所述的本發(fā)明的范圍。以上結合本發(fā)明的具體實施例做了詳細描述，但并非是對本發(fā)明的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍。