储热技术在太阳能热发电及热电联产领域研究进展

储热技术是太阳能热发电和热电联产领域中的关键技术之一,其以储热材料为媒介,将太阳能光热、工业余热、低品位废热等热能储存起来,在需要的时候释放出来加以利用,以解决能量供给与需求之间的不匹配问题。本文介绍了储热技术的分类与特点,分析了储热技术在太阳能热发电和热电联产领域中的研究进展,展望了储热技术未来的发展趋势。分析结果表明:储热技术有利于提高太阳能热发电以及热电联产系统的热力性能与经济性,未来具有广阔的应用前景。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

降低硫硝排放的含储热热电联产机组与风电联合调度策略

"以热定电"是"三北"地区供暖季热电联产机组的主要运行模式,其高出力水平的同时也造成严重的环境污染问题。在传统热电联产机组上增加储热装置,能够打破热电联产机组的热电耦合约束。构建了降低硫硝排放的含储热热电联产机组与风电联合出力调度模型,既降低SO_2、NO_x等污染物的排放,同时兼顾风电的并网消纳量。该模型综合考虑常规火电机组发电成本、热电联产机组运行成本、风电运行维护成本、脱硫脱硝装置运行成本、SO_2与NO_x的排污征收费用以及热力平衡与电力平衡的相关约束等因素,并通过CPLEX对模型进行求解。最后,以IEEE-30节点系统为例验证了文中模型的有效性。     

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO₂排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。     

考虑储热装置的风电-热电机组联合优化运行策略

基于日前供热负荷预测和风电出力预测,考虑储热装置运行机理,研究风电场与热电机组联合运行的优化方法。将含储热装置的热电厂和风电场组成一个发电利益集合体,在满足地区供热负荷和提升风电消纳的同时,通过调节热电机组和储热装置的出力最大化发电利益集合体的收益。考虑热电机组的热-电耦合特性和储热装置的运行约束,建立了日前调度模型并进行求解。在此基础上,考虑风电出力的随机性,建立了相应的随机优化模型。算例分析表明,考虑储热的风电-热电机组联合优化所获得的收益高于风电场和热电机组单独运行获得的总收益,并且可在现行"以热定电"运行机制下提高风电的消纳能力。同时采用随机优化模型能有效降低系统联合出力的不确定性,可较好地解决风功率预测中的不确定性问题。     

基于质量单元的热电联产机组热电分摊算法

将热电联产机组的热力系统划分为主凝汽、联产抽汽以及辅助汽水3个循环,在此基础上建立了基于质量单元的适用于热电联产机组热力系统主辅热力循环的通用计算方程和热电联产机组的热电分摊模型。以300MW热电联产机组为例,分别利用热量法、实际焓降法及质量单元分摊法对其热经济指标进行了计算。结果表明,所建模型具有准确度高、通用性强等特点,可为热电联产机组编制通用热电分摊计算软件提供依据。     

690KW燃气轮机热电联产机组

日本东京煤气公司会同环保设备生产企业及加拿大在日合资企业共同开发成功６９０ｋＷ燃气轮机发电兼供汽的小型热电联产机组、很适合日本市场的需要并受用户欢迎。日本自１９９５年以来,大力鼓励发展热利用率高和少排ＣＯ２的热电联产机组,东京煤气公司已开发成功利用煤气发电机发电并供应热水的３００ｋＷ热电联产机组,并已正式上市销售。随着市场的扩大,有不少用户需要电力同时又供应蒸汽的小型热电联产机组,煤气发动机发电的热电联产机组不便于供应蒸汽,而便于供应蒸汽的燃气轮机发电的热电联产机组大多在１０００ｋＷ以上,为解决…     

配置储热罐后热电联产机组运行优化

储热罐作为一种蓄能技术可在一定程度上实现热电联产机组热电解耦,提高热电联产机组深度调峰能力。针对目前热电联产机组配置储热罐后的运行优化问题,本文采用Ebsilon软件搭建热电联产机组运行优化分析模型,对某电厂亚临界2×330 MW热电联产机组配置储热罐后运行方式及优化效果进行分析计算。结果表明,配置储热罐后,在单台机组对外供热负荷250 MW时,调峰容量最小提高了额定容量的15.2%,最大提高了额定容量的24.2%。同时,为提高热电联产机组的运行经济性,建议在热电负荷一定时,采取电负荷平均分配、热负荷不均匀分配的运行方式。在此基础上,当该电厂3、4号机组热电负荷处于供需平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低76.1 kJ/(kW·h);当热电负荷处于供需不平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低12.9 kJ/(kW·h);整个采暖季总节煤量为1 618.2 t,总经济收益为129.5万元。该研究结果可为热电联产机组配置储热罐后的安全经济运行提供指导。     

火电机组灵活性提升技术研究

火电机组在我国发电市场中仍占主导地位,为满足可再生能源大规模接入的需求,应对日益扩大的电网峰谷差,亟需提高火电机组灵活性。从直接和间接两种途径研究了机组灵活性改造技术,对实现灵活性提升的几种典型技术途径进行了对比分析,分析了火电机组嵌入式储热配置,并分析了储热方式下的机组热电特性和调峰能力。为实施热电解耦,减少弃风弃光,优化储热配置,增加机组深度调峰能力提供最优方案。     

氧化还原储热技术的研究现状及进展

聚光太阳能热发电技术通过配备储热系统,可解决不连续的太阳能供给与连续的电能消耗之间的矛盾。随着太阳能热发电技术的发展,其系统工作温度和发电效率将逐步提高,相应地需要发展高温储热技术。在热化学储热体系中,氧化还原储热体系无需额外配置换热器和气体储存罐,可提高系统整体热效率,在高温储热领域具有较大应用潜力。讨论氧化还原储热体系相比于其他热化学储热体系的技术优势,综述氧化还原储热技术在储热材料和反应器两方面的研究现状和进展,并指出需要进一步研究和解决的问题。     

配置储热后热电机组调峰能力分析

热电联产机组"以热定电"运行所导致的调峰能力不足是目前造成中国"三北"电网大量弃风的一个重要原因,为此,提出了在中国大型抽汽式热电厂中通过配置储热来提高机组调峰能力的消纳方案。首先介绍了该方案的基本原理;进而对配置储热前、后热电机组的电热运行外特性进行了分析与建模,讨论了配置储热后热电机组的运行策略;在此基础上,建立了计算配置储热后热电机组调峰能力的数学模型,并分析了其影响因素。算例中对中国北方地区2台典型的300 MW和200MW供暖机组配置储热提高调峰能力的效果进行了分析,结果表明:在给定的供热中期的热负荷水平下,配置储热可使得2台机组的调峰容量分别提高额定容量的21%和13%,从而为弃风电力提供大量的上网空间;但储热的效果取决于机组所承担的热负荷水平,若热负荷接近于机组的最大供热能力,则效果并不明显。     

热电联产参与电网调峰补偿定价与利益分配方法

合理的调峰补偿可以有效激励热电联产机组参与电网调峰、促进风电消纳。该文对热电联产机组的调峰补偿问题进行研究,通过优化有偿调峰补偿价格和热力系统内调峰收益分配策略,激励热电联产机组充分利用热力系统的储热装置和辅助热源提升电力系统调峰灵活性。首先,考虑热力系统的详细运行模型与热电联产机组时序调峰能力的供热耦合特性,建立热电联产调峰补偿优化定价模型,并提出有效求解算法;然后,分析热力系统中各热源和储热装置对热电联产调峰能力的贡献,基于Shapley值方法,提出热力系统内部调峰收益分配策略。最后,通过仿真验证方法的有效性,并分析优化调峰补偿价格和调峰收益分配策略随供热、风电场景的变化规律。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

热网特性对弃风消纳效果的影响研究

储热可平移热负荷,通过削热峰填热谷解耦热电机组"以热定电"约束,提高风电消纳率,故而研究了热网储热、衰减、延时特性对弃风消纳效果的影响。分析了不考虑热网衰减、延时特性时管网储热的弃风消纳机理以及热网衰减、延时特性对管网储热弃风消纳效果的影响。建立了管网储热模型,构建了计及热网储热、衰减、延时特性的电热联合系统调度模型。实例仿真分析结果表明:管网储热配合电锅炉可进一步消纳弃风,且可替代储热式电锅炉的储热装置,节约装置成本;衰减特性引起了热网供热损耗和热源供热功率增加以及管网储热量减少,不利于消纳弃风;延时特性使热电机组供热功率与风电错峰,有利于消纳更多弃风,但不会影响管网储热量和管网储热的弃风消纳效果。     

考虑储热装置与碳捕集设备的风电消纳低碳经济调度

在电力系统低碳经济调度的背景下,针对"三北"地区供暖期热电机组因供热导致机组强迫出力过高,造成夜晚弃风严重的问题,提出了一种计及配置了储热装置的热电联产电厂及碳捕集电厂的电力系统优化调度模型,考虑热电机组的热电耦合相关约束、热、电平衡及机组爬坡等约束,兼顾系统的总发电煤耗成本最低以及CO_2排放最少两个目标,采用多目标细菌群体趋药性算法(MOBCC)对模型进行求解。对不同场景下系统的风电消纳情况以及系统的经济成本和碳排放进行了分析。算例结果验证了所提模型及求解方法的有效性和正确性。     

670 MW燃煤机组耦合熔盐储能系统方案设计及性能分析

为应对新能源发电机组的反调峰特性对电网平稳运行带来的挑战,煤电机组急需提高灵活性运行和深度调峰能力。针对某670 MW一次再热机组,设计了利用蒸汽引射器调配再热器蒸汽入口流量等9种储-释能方案,基于Ebsilon软件建立热力仿真模型并对耦合系统的各项性能进行了分析。研究结果显示：所有方案均能有效拓宽机组的调峰区间;储热时相同调峰深度下抽汽储热方式的热经济性优于电加热储热,集成蒸汽引射器调配抽汽补偿再热入口流量的储热方案可以有效地解决大量抽取主蒸汽带来的再热器超温问题;释热时高温熔盐加热高压给水可以获得更好的热经济效益;储-释热组合方案C1-S2表现出最好的经济性能,其向上调峰深度达到76.89 MW,循环热效率和?效率分别达到42.48%、41.31%。     

热电联产机组热、电负荷优化分配

针对太原钢铁(集团)有限公司(太钢)自备电厂热电联产汽轮机组(简称联产机组)热力系统,建立了联产机组特性关系式和热、电负荷优化分配模型,通过对机组运行数据的优化计算,表明优化分配与常规操作相比,可节约蒸汽47.83t/h。提出了联产机组热、电负荷优化分配方法。     

燃煤发电产业升级支撑我国节能减排与碳中和国家战略

为应对气候变化,实现我国碳达峰和碳中和目标,必须继续推进燃煤发电的节能减排和新能源的高速发展。而大量“阴晴不定”的新能源电量并网必将迫使以燃煤发电为主的基础能源电力全面参与深度调峰。为此,能源领域16位院士共同起草了“关于推动燃煤发电产业升级,强化机组深度调峰能力,提高可再生能源消纳水平,以推进节能减排的建议”,以支撑我国节能减排与碳中和国家战略。本文基于对燃煤发电相关理论、技术和产业发展的系统研究,进一步提出如下建议:1）基于能量品级综合高效利用的现代热力系统节能理论,建立涵盖燃料、燃烧、传热、动力循环、冷端等燃煤发电全系统?平衡体系,为探索燃煤发电节能技术的发展方向提供科学依据;2）研发基于燃煤发电机组热力系统状态重构的低负荷工况保效技术,同步实现燃煤发电机组深度调峰与高效节能;3）研发热电联产机组“按需定电”与调峰过程“能级匹配”的现代高效热电联产技术,同步保障热电联产机组供热、供汽与系统高效。通过全面推动燃煤发电产业升级,助力我国节能减排与碳中和国家战略的顺利实施。     

基于储热热电机组和电锅炉的风电消纳调度模型

为解决中国北方地区严重弃风问题,考虑通过储热装置解耦热电机组"以热定电"特性,通过电锅炉增大负荷侧用电负荷来提高风电消纳能力。以系统总经济成本最小和弃风量最少为目标函数,建立了含热电机组、火电机组、风电机组、储热装置以及电锅炉在内的多目标风电消纳协调调度模型。算例分析表明:所提模型有效,储热装置和电锅炉的联合调度,使得弃风时刻机组电出力明显减小,弃风状况得到改善,进一步验证了储热装置和电锅炉对于风电消纳的促进作用。     

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热-电联合调度模型

随着我国风力装机容量的不断增加,风电消纳能力成为制约其发展的瓶颈。尤其在北方冬季供暖期,城市内的热电联产机组实行"以热定电"的运行模式,其发电功率受到供热量的限制,在电力谷荷时段可能造成严重的弃风现象。为解决该问题,本文研究了燃气-蒸汽联合循环机组的模式转换特性,讨论了利用该特性消纳弃风的运行机理,建立了计及燃气-蒸汽联合循环机组模式转换特性的热-电联合调度模型。通过算例分析发现,与常规热电联产机组相比,联合循环机组在不同时段进行"一拖一"和"二拖一"模式转换,可在更大范围内灵活调节发电功率,降低电力谷荷时段热电联产机组的发电功率,有效提升系统的风电消纳能力。