基于高温熔盐储热系统的火电机组深度调峰方案对比及分析

为构建以新能源为主体的电力系统,亟须提高火电机组灵活性,火电机组与熔盐储热系统进行耦合能够强化调峰灵活性和调峰经济性。本文以某670MW电厂为依托,基于Ebsilon对该机组的4种熔盐—火电耦合系统改造方案进行仿真计算,并对比分析了各种方案的热力性能、调峰性能、环保性能及改造难度。结果表明：高温熔盐和低温熔盐储热组合方式有效克服了单种熔盐工作温度受限的问题,能够增强燃煤机组的调峰能力和循环效率;配置电加热器后熔盐能够以目标温度存储于热罐,热电转化效率得到提高,还额外平抑了部分可再生能源的不稳定性;通过低压缸零出力管道进行中压缸排汽蓄热和电加热提温的方案改造量最小、控制方式最为成熟灵活,能够兼顾调峰调频、节能环保和改造难度等方面的需求。     

660 MW机组锅炉稳燃改造方案研究

  目的  为了解决电站锅炉深度调峰过程中出现稳燃差、水动力不稳定、SCR入口烟温过低等问题,锅炉稳燃改造势在必行。  方法  文章以某660 MW火电机组锅炉灵活性改造为例,提出了两种有效的稳燃改造方案,分析了燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响。  结果  两种改造方案均可提升锅炉超低负荷稳燃特性,燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响小,在技术可靠性、施工难度及工作量等方面水平相当,相比之下方案一略优。  结论  两种改造方案经理论验证切实可行,可为同类型机组进行灵活性改造提供技术参考。     

辅助火电机组调峰系统的储热参数设计研究

  目的  为适应原有火电机组对新能源电力消纳的需求,提高其调峰能力是关键因素之一。  方法  储热系统作为燃煤热电机组“热电解耦”的重要方式,评价其参数匹配性具有工程参考价值。文章采用一种耦合储热装置来增加燃煤机组深度调峰能力的方法,并结合热负荷以及电负荷的功率曲线,对储热装置参数的影响规律展开了系统研究。  结果  结果表明:以区域负荷曲线为典型案例,随着储热罐的储热容量和充放热速率参数的提高,储热系统对机组的热负荷调节能力先逐渐提升并在分别在112.75 MW和129 37 MW·min时达到上限,此时深度调峰参数为77 MW左右;此外,储热容量与充放热速率具有一定的匹配关联,二者中瓶颈因素将直接制约系统的深度调峰性能。  结论  通过对储热和放热边界情景的积分,精确的展示了储热罐在辅助调峰过程的中作用,同时结合其运行策略的优化设计能够进一步分析储热辅助调峰系统的参数匹配关系,为后续火电机组耦合储热系统的参数设计提供参考。     

大型燃煤机组供热改造技术的工程应用

  目的  集中供汽的普及促使许多大型燃煤电厂开展了一系列供热改造,如何经济合理地选择供热改造技术是行业和企业普遍关注和深入研究的重点。  方法  文章以某电厂350 MW抽凝机组实施中压蒸汽供热改造为例,通过供热改造技术方案比选、水力计算分析来确定改造的技术路线。  结果  分析结果表明压力匹配器方案受机组抽汽参数和运行工况的限制,在机组低负荷时引射效率过低;水力计算结果表明在极端工况下机组供汽温度偏低,通过设置双供汽母管降低散热损失的方法仍不能满足要求,因此采用减温减压器并设置掺混蒸汽的方式进行供热。  结论  供热改造技术方案应根据机组运行条件、各项技术的特点,对比节能效果、投资大小、系统复杂程度等多方面因素后确定。对于存在不满足供汽温度要求的情况,可采用设置双母管系统,低流量时只通过一根母管供汽,可降低散热损失约30%;如仍不能满足温度要求,则可采用高温蒸汽掺混方案提高供汽初温以保证供热的可靠性和安全性。     

蒸汽加热熔盐换热试验研究

电力系统新形势要求火电机组实施灵活性改造,其中一种有效方式是增加储热装置。为提高系统效率,研究了利用蒸汽直接加热熔盐的储热方案,通过熔盐储换热试验平台,对不同工况下的系统充热流程、蒸汽加热熔盐的传热特性和能量转换效率进行了试验研究。结果表明：蒸汽加热熔盐储热方案是可行的,单向循环模式和连续循环模式都可以稳定地加热各个温度段的熔盐;低温时熔盐泵功耗比中高温时增加约6%;高温时换热器的总传热系数比低温时增加约15%。     

燃煤发电机组灵活性改造的研究进展综述

  目的  “碳达峰、碳中和”战略目标的提出增加了对新能源电力并网的需求,因此有必要提高燃煤发电机组的灵活性运行能力。  方法  文章详细介绍了现有燃煤机组灵活改造技术及常见的评价指标。灵活性改造主要包括:凝结水节流技术、燃煤机组耦合生物质混烧改造技术、燃煤机组制粉系统灵活性技术等;燃煤发电机组灵活性常用评价指标包括:发电机组厂用电率、锅炉热效率、机组发电标准煤耗率等。在此基础上,对灵活性改造技术以及评价指标进行总结和分析。  结果  文章提出了燃煤发电机组灵活性技术改造的7个发展方向及相关建议。  结论  原有机组的结构改进、新能源多形式的嵌入以及多储能协同提高燃煤机组灵活性是后续发展的主要方向,为后续燃煤发电机组适应“双碳”能源规划提供参考。     

抽凝机组耦合热电转换辅助调峰系统参数设计

  目的  为适应新能源电力并网需求,原有抽凝热电联产机组深度调峰供热改造已为重要途径之一。现有包括电热泵和电锅炉在内的热电转换装置为辅助火电机组调峰提供了潜在途径。  方法  以350 MW抽凝机组为例,建立了以热电转换装置辅助调峰参数优化模型,重点分析了热电转换设备参数对深度调峰性能的影响;其次,分别对比了电热泵和蓄热电锅炉两种典型热电转换系统在不同装置容量、不同放热速率下的调峰深度;最后,介绍了300 MW燃煤机组的煤耗率与污染物排放水平,指出本系统的节能效益,并给出热电转换装置的最优参数。  结果  结果显示:当电热泵的热功率为100 MW、放热速率与热功率相匹配也为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为73 MW左右;当蓄热式电锅炉的电功率为45 MW、放热速率为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为70.05 MW。蓄热式电锅炉的储热量在24 h中内略有增加,净储热量的数值为967.5 kWh。  结论  功率和放热速率是衡量热电转换装置辅助机组调峰能力的重要参数,且二者之间要有一定程度上的匹配性,针对不同情景灵活匹配热电转换装置的类型与参数可大幅提升机组的调峰深度。     

我国火电机组灵活性现状与技术发展

电力发展"十三五"规划中明确要求充分挖掘现有系统调峰潜力,增强火电机组的灵活性,大幅度接纳新能源入网。文中阐述了我国火电机组缺乏灵活性的现状与潜在压力,主要从系统储热改造和调峰运行策略的角度介绍了国内外关于提升火电机组灵活性技术的发展状况,其中丹麦提升火电机组灵活性技术的实例有借鉴启示,并初步提出了我国火电机组灵活性改善的路径建议。     

大型斜温层储热罐在火电厂灵活性调峰中的应用分析

以华能丹东电厂引进的大型斜温层储热罐为例,详细介绍了储热罐的原理、结构及实际应用情况。面对国内能源结构的深入调整,碳达峰、碳中和目标日益临近,火电调峰将成为常态,储热罐的应用及其与火电机组的有效配合,不但实现了热电解耦,有效增加了供热负荷,还为火电机组灵活性调峰创造了先机。实践表明,经过国产化及优化,储热罐有效蓄热量设计值5 040。0GJ,实测值5 324.7GJ,斜温层厚度设计值1.500m,实测值0.850m,丹东电厂通过储热罐的应用,在保证供暖的情况下,单机负荷率由20% 继续下降至12.85%（45MW）,并保持连续运行,创造了火电机组深度调峰的典范,验证了斜温层储热罐在火电厂深度调峰中的保低负荷供热以及顶尖峰压低谷的作用,为火电灵活性改造技术提供了切实可行的方案参考。     

燃煤机组调峰过程中污染物排放特性及控制技术

  目的  随着可再生能源在电网中发电比例的逐年提高,火电机组实际运行参数大幅偏离设计运行参数,将造成烟气中的污染物生成量增加,影响尾部烟气处理设备的正常运行,降低污染物的去除效率及机组运行经济性。  方法  文章聚焦于机组调峰过程中的典型污染物排放规律分析及相应排放控制策略,对氮氧化物、硫化物、挥发性有机物、重金属、颗粒物等排放特性的已有研究成果及进展进行分析总结,具体包括选择性催化还原法脱硝技术、湿法脱硫技术、静电除尘技术、催化氧化技术、吸附控制技术等。  结果  在此基础上,得出当下灵活调峰过程中所采用的控制技术及控制策略,并对各类污染物控制技术的经济性进行对比分析,得出灵活调峰过程中影响污染物排放性能及控制成本的因素。  结论  在燃煤机组灵活调峰的实际需求下,应基于各类污染物自身特性,构建合理的污染物停留时间、工作温区、流动及反应过程,开发适用于多污染物脱除的高效、低成本、适应性强的污染物协同脱除技术及工艺。期望文章内容可以为火电机组灵活调峰过程中的污染物排放控制措施提供一定参考。     

双碳目标下燃煤热电联产机组储能技术应用分析

  目的  “碳达峰、碳中和”目标要求现有能源结构进行深刻变革。提高原有燃煤热电联产机组灵活调节能力是保障新能源电力安全并网的重要内容之一。  方法  分别从燃煤热电联产系统灵活调节需求、潜在储能应用现状以及耦合储能技术的发展方向等方面进行了评述。  结果  分析认为深度“热电解耦”仍是提高燃煤热电联产系统的关键内容。其次,为满足“源–荷”匹配性,储能技术将在燃煤热电联产系统中发挥重要作用,其中具有应用潜力的储能技术主要包括储热、蓄电以及飞轮储能。  结论  最后根据燃煤热电联产机组耦合储能技术的应用特点,提出了储能性能老化、新能源消纳、扩容区域热电负荷中长期变更、初投资与回收期的经济性分析四个方面的建议以及需要注意的相关问题。     

熔盐塔式光热电站仿真机设计与开发

[目的]为了解决熔盐塔式光热电站建设和运维过程中,控制逻辑难以验证以及运行人员缺乏操作经验的问题.[方法]开发了一套用于塔式熔盐光热电站的仿真机.逻辑组态方面采用了虚拟DPU技术与软件化对象配置技术,采用了与实际电站完全相同的数值模型和设计参数.[结果]仿真试验结果表明该仿真机能够很好的实现电站生产过程中的工况模拟和仿...     

CFETR聚变发电厂概念设计技术研究

  目的  基于中国聚变工程实验堆（CFETR）功率输出特性,在聚变堆最大热功率1.25 GW条件下,提出一种CFETR聚变发电厂概念设计方案。  方法  针对CFETR聚变堆周期性长脉冲输出特性与常规岛设备连续稳定输入需求之间的矛盾,采用储能技术方案以“削峰填谷”的方式实现CFETR聚变发电安全稳定运行。讨论了CFETR聚变水冷与氦冷两种不同包层方案下的储能以及一回路与二回路之间耦合与解耦运行模式的组合方案,并通过方案比较,给出CFETR聚变堆不同包层对应的最佳储能运行组合建议。  结果  结果表明:水冷包层、氦冷包层聚变堆分别对应的最佳组合方案是导热油+解耦储热方案与熔盐+耦合储热方案。  结论  从常规岛侧而言,相对于水冷包层方案,采用氦冷包层方案的CFETR聚变发电厂技术经济性更好。研究提出的CFETR聚变发电厂概念设计方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计,具有较高的参考价值。     

CFETR聚变发电厂的储能技术适用性分析

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）具有功率周期性输出特性,无法直接满足常规发电设备的稳定连续输入需求,CFETR聚变发电厂需要在核岛和常规岛之间配置针对性的工艺系统。  方法  通过调研光热发电工程应用以及聚变发电相关研究,基于CFETR聚变堆初步预期性能,从储能与补能对比、储能技术类型、储热介质、储热系统方案等方面进行分析讨论。  结果  对于采用水冷包层、氦冷包层的聚变堆,分别推荐配置以氢化三联苯型导热油、Solar salt熔融盐为储热介质的间接式双罐显热储热系统,以保证发电侧系统的稳定连续运行。  结论  上述储能技术方案具备规模化商业应用条件,可为CFETR聚变发电厂的整体设计提供支撑。     

太阳能光热电站有关消防设计问题的探讨

  目的  为太阳光热发电站不同于常规发电厂的系统,制定安全可靠、经济合理的消防设施设计标准,以保障电站的建设和安全运行。  方法  利用现行的国家规范、标准,对太阳能光热电站采用的熔融盐、导热油的特性及其系统设备、建（构）筑物耐火等级进行分析判别;对电站采用的辅助燃料系统和消防给水的有关特殊消防设计问题进行分析探讨。  结果  分析判别固态单体熔融盐火灾危险性为甲类、熔融态熔融盐火灾危险性为戊类,导热油火灾危险性为丙类,熔融盐、导热油系统建（构）筑物的火灾危险性为二级,根据火灾危险性等级提出具体的消防防火措施。  结论  对电站采用熔融盐、导热油的火灾危险性类别分析判别结果符合现行的国家规范、标准,为太阳能光热电站工程的消防设计提供借鉴。     

聚变发电站总平面布置优化

  目的  在中国聚变工程试验堆(CFETR)的概念设计过程中，厂区总平面布置意义重大，通过对厂区总平面布置面临的储能系统和布置进行比较，初步探索聚变发电厂厂区总平面的布置方案。  方法  根据聚变发电厂工艺流程、储能技术路线及储热介质的分析、研究，通过组合储能方式和布置形成了四种方案，进行了技术经济对比。  结果  熔融盐储能经济优势突出，但高温腐蚀问题对核电站安全运行影响较大，导热油方案则刚好相反。提出的储能区与核岛、常规岛的三角形布置或串联布置方案均符合总平面布置要求，并且能很好地满足全厂热力系统及储能系统热力运行流向。  结论  储能技术路线及储能区的布置是影响聚变发电厂布置的关键因素，提出的布置方案均能很好地适应新增加的储能系统热力运行，为后续聚变发电厂总平面布置提供参考。