分布式集热储能系统的利记博彩app

技术领域

本发明涉及一种以熔盐为介质的分布式集热储能系统，属于光热发电技术领域。

背景技术：

当前光热发电领域带有储热能力的太阳能电站多以熔盐为吸热及储热工质。由于太阳能流密度低，光热电站需要占用大量的土地资源，采用模块化镜场设计可大幅度提高镜场光效率，从而提高土地利用率。在模块化的光热电站设计中，通常包括3-20个相同的镜场及集热模块，每个集热模块配置一台熔盐吸热器，从储能系统泵送来的冷熔盐经吸热器升温成热熔盐后通过管网汇流至热力岛热熔盐储罐储存热量。在发电时热熔盐经换热子系统换热，水吸收熔盐热量，变成过热蒸汽推动汽轮机发电。与水换热后的冷熔盐进入冷熔盐储罐，再通过冷熔盐储罐上的熔盐泵将熔盐推送至各个集热模块经吸热器升温后再次输送至热力岛热熔盐储罐，完成一次循环。

由于熔盐本身的物理化学特性和模块化光热电站的技术特点，需对其熔盐输送、储能方案进行创新设计。

首先是熔盐的输送，由于光热电站的技术特点，在阴雨天、夜间等不具备聚光条件的情况下，即失去熔盐的基础热量来源，此时电站的管道输送系统存在冻堵风险。以使用量最大的硝酸钠、硝酸钾二元混合熔盐为例，温度低于300℃其粘度随温度降低而急剧增加，下降到238℃开始出现结晶，该物理化学特性决定了熔盐的合适输送温度不得低于260℃，否则极易导致设备或熔盐管道冻堵，熔盐回路伴热或保温的失效是光热电站主要风险源之一。对于大型熔盐管网，如果采用大量电伴热的方式对管道进行伴热势必导致厂用电消耗巨大，导致电厂经济性降低。基于上述原因，熔盐管网作为连接集热系统和储能系统的“血管”要具备及时、稳定、高效的传输能力，保证熔盐所经设备、管道全程无冻堵，并要兼顾电厂运行的经济性。

其次是熔盐的流量及温度波动，由于模块化光热电站采用熔盐管网输送熔盐，每个集热模块并非同开同关，在集热模块启停过程中，熔盐经管网汇流会导致热熔盐温度出现波动，储能系统不仅要具备储能容量大、散热损失小的基本要求，还要能够与集热系统、熔盐管网灵活调配，主动参与流量、温度等参数的调节控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对模块化光热电站的技术特点，提出一套创新型分布式集热储能的技术方案。采用该方案能极大地降低熔盐冻堵风险，充分发挥模块化光热电厂灵活、高效、大规模的镜场布置能力，最大限度降低大型光热发电项目整体设计难度和建设周期，并提高土地利用率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

（一）系统设备

本发明所述的分布式集热储能系统包括集热子系统、熔盐管网、储能子系统和换热子系统。

在本发明中的集热子系统由3-20个集热模块组成，单个集热模块内包括吸热器、冷熔盐缓冲罐及冷熔盐缓冲罐泵、热熔盐缓冲罐及热熔盐缓冲罐泵、温度传感器、流量调节阀、高温熔盐排空阀、低温熔盐排空阀以及设备间的连接管道；在吸热器中，聚焦的太阳光能量转化为熔盐的热量；热熔盐缓冲罐使接入管网的热熔盐（550℃～580℃）温度稳定、流量可调；冷熔盐缓冲罐为进入吸热器的冷熔盐（290℃～300℃）流量调节提供一定缓冲时间；热熔盐缓冲罐泵为热熔盐汇流至热熔盐储罐提供动力；通过冷熔盐缓冲罐泵向吸热器注入冷熔盐；流量调节阀起到吸热器进出口流量调节作用。

在本发明中的熔盐管网，包括高温熔盐管道、低温熔盐管道、切换阀组、燃气炉和流量传感器；低温、高温熔盐管道分别输送冷、热熔盐，只有在低速循环时，高温熔盐管道才输送冷熔盐，此外，低温熔盐管道因材质原因，不具备输送热熔盐的能力；切换阀组可将集热模块与储能子系统和熔盐管网解耦，并使熔盐管网具备了熔盐低速循环的功能；燃气炉为熔盐低速循环提供补热；根据流量传感器收集各接入点的实时流量数据通过熔盐泵变频控制器调节冷熔盐储罐内的低温熔盐的流量供给。

在本发明中的储能子系统，包括热熔盐储罐及热熔盐储罐泵、冷熔盐储罐及冷熔盐储罐泵、切换阀组、熔盐泵变频控制器、温度传感器及熔盐流向转换阀；热熔盐储罐储存各个集热模块输送来的热熔盐，存储电厂发电所需的热量；冷熔盐储罐用来存储换热后的冷熔盐；热熔盐储罐泵为换热子系统的换热器熔盐回路提供动力；冷熔盐储罐泵为输送冷熔盐至各集热模块的冷熔盐缓冲罐提供动力；在低速循环时切换阀组将熔盐管网与热熔盐储罐断开，根据流量传感器的实时数据调节冷熔盐储罐泵转速，以此保证热熔盐与冷熔盐的流量动态平衡；温度传感器负责测量汇流的熔盐温度，控制流向阀根据熔盐温度信号执行调节动作，将冷熔盐、热熔盐分流，使之分别流入冷熔盐储罐和热熔盐储罐，确保了热熔盐储罐的储能温度不低于设定值。

本发明中的切换阀组是确保将熔盐管网与集热模块、储能子系统切断，使熔盐管网能够以最小功耗进行低速循环；另外，切换阀组也实现了各集热模块接入及调节功能；切换阀组作为关键的管网控制部件，须确保阀组自身具备不冻堵、稳定、灵活的使用要求，为此，须对切换阀组进行特殊设计，在阀组直径3米范围内的管道均安装电伴热，所述的切换阀组包括保护箱和保护箱内的4台电动闸阀以及切换阀组控制器，所述保护箱和4台电动闸阀的空隙填充硅酸铝保温材料，每台电动闸阀的外侧安装电加热保温夹套，保护箱用镀锌铁皮或薄钢板材质构成，缝隙应搭接紧密，做到防雨防潮；切换阀组只作切换使用，通过切换阀组控制器接受管网主控信号进行切换动作，制作切换阀组时，注意将不耐高温的电气部件引出保护箱并固定。

本发明中的换热子系统，包括4台换热器、给水泵和汽轮机，负责将热熔盐的热量换热给水，产出过热蒸汽推动推动汽轮机，换热后的冷熔盐流入冷熔盐储罐进行存储。

（二）系统设备连接方式

在所述的集热模块中，冷熔盐通过冷熔盐缓冲罐泵从冷熔盐缓冲罐送至吸热器，冷熔盐经吸热器吸收聚焦的高倍太阳光能量变为热熔盐，再由压力或重力排入热熔盐缓冲罐，待热熔盐缓冲罐中液位达到设定值时，热熔盐缓冲罐泵启动，将热熔盐输送至管网；热熔盐缓冲罐泵开启的同时，切换阀组从“短路模式”转换到“输送模式”，该模块的流量传感器将测量到的实时流量数据‘发送至储能子系统的控制系统，控制系统向熔盐泵变频控制器发出调节信号，调节冷熔盐储罐泵转速，增加冷熔盐的流量输出，完成集热模块的接入和调节。

从所述的集热模块输出并在熔盐管网汇流后的热熔盐的温度在系统启动时会有波动，为此，在流入热熔盐储罐前的一段高温熔盐管道上设置温度传感器，根据该段汇流的热熔盐温度进行判断，通过流向转换阀控制高温熔盐的流向，以确保注入热熔盐储罐的高温熔盐达到500℃以上的温度，温度不达标的熔盐随即注入冷熔盐储罐。

当电站发电时，通过热熔盐储罐泵将在热熔盐储罐中储存的热熔盐根据发电负荷以预定的流量泵入蒸汽发生系统与水换热，产出过热蒸汽推动汽轮机发电，换热后的冷熔盐排入冷熔盐储罐，再由冷熔盐储罐泵将冷熔盐通过管网的冷熔盐管道输送至各集热模块的冷熔盐缓冲罐，进行下一次循环。

（三）分布式集热储能系统运行方案

分布式熔盐集热储能系统运行方案是本发明的一部分，以下说明仅是一种较优的运行方式，并不构成对本发明的不当限定。

系统有以下运行模式：集热子系统排空、管网低速循环、切换阀组和储能子系统主动储能。

（1）集热子系统排空： 为了防止单个集热模块在无聚光条件下发生熔盐冻堵，并降低集热模块能耗，一种较优的运行方式为熔盐系统排空；熔盐系统排空主要指吸热器及管道排空，吸热器排出的熔盐温度高于设定值则排入热熔盐缓冲罐，达不到设定值的熔盐则排入冷熔盐缓冲罐，排空可利用重力、真空泵、风机等动力，管道布置避免出现“U”型弯，以防熔盐排空受阻。

（2）管网低速循环：熔盐管网系统复杂，长度通常在5-10km，在夜间或阴雨工况下采用排空方式会使管网反复承受较大的热应力，电站开场时的启动时间也会较长，因此可采取低速循环的方式保证熔盐及熔盐管网的安全性；在无聚光条件下开启燃气炉对熔盐管网进行补热，可以长时间保障管网安全运行，较好地解决了管网冻堵及开场启动缓慢的问题；熔盐管网采用高温熔盐管道、低温熔盐管道双管并排敷设的方案，在低速循环时以冷熔盐（300℃-320℃）为工质，通过切换阀组将高温熔盐管道和低温熔盐管道“短路”，由冷熔盐储罐泵提供动力，必要时用燃气炉对熔盐进行补热，保证熔盐管网在长时间低速循环工况下维持足够的运行温度，防止发生凝固冻堵；低速循环热损失与燃气炉能耗相匹配并可灵活调节，既保证熔盐管网不冻堵，又以最少的耗气量、最小的用电量安全运行。

（3）储能子系统主动储能：由于分布式熔盐集热系统受当时太阳辐射瞬时波动影响，导致冷热熔盐的瞬时流量会出现较大波动；在光照强烈时，在严重的工况下会出现吸热器的热熔盐不断输出，而冷熔盐未能及时供给，导致集热系统停机；当熔盐管网从低速循环切换到正常输送时，冷熔盐此时尚在熔盐管网中低速流动，集热模块将输出的热熔盐逐步注入熔盐管网，在这段启动时间，向热熔盐储罐汇入的熔盐温度并未完全达标，且温度分段较为明显，导致热熔盐品质下降；在集热模块对应的切换阀组设置流量传感器，将各个集热模块接入熔盐管网的流量实时发送至储能子系统的冷熔盐储罐泵的控制系统，通过调节熔盐泵变频控制器及时调整冷熔盐储罐泵的转速，从而使冷、热熔盐流量及时达到平衡；在热熔盐储罐前的管道安装温度传感器，温度测点不少于5处，间隔不大于2米，通过测得汇流来的高温熔盐温度数据，控制其后的两个流向转换阀；当温度高于500℃时，开启流向转换阀，合格熔盐注入热熔盐储罐；当温度低于500℃时，关闭流向转换阀，熔盐注入冷熔盐储罐。

本发明的有益效果：

1．本发明针对模块化光热电站提出的新需求，提供了一套完善的分布式集热储能技术方案，最大限度降低了大型光热发电项目整体设计难度；

2.采用集热模块排空设计，将集热模块内的冻堵风险降到最低，节省了熔盐泵功耗，其中吸热器的熔盐根据温度分段排空的运行方式较好地回收了热熔盐，提高了系统效率；

3.在不具备聚光条件下采用熔盐管网低速循环运行方式并用燃气炉进行补热防凝，解决了大型熔盐管网冻堵风险高的问题，使得分布式集热的光热发电项目可以充分发挥自身布置灵活、效率高、成本低等优势；

4.采用切换阀组使熔盐管网具备低速循环的功能，并使各集热模块具备了及时、安全的并入、撤出管网的能力；

5.储能子系统采用主动储能运行方式，使冷、热熔盐流量保持动态平衡，在低速循环切换时起到维持管网流量稳定的作用，热熔盐储罐的储能温度因此得以保证，避免了低温熔盐的混入；

6.本发明整体技术方案或关键技术点也可以用于其他类型光热发电，为传统塔式向分布式方向发展提供了完善的技术方案，同时对槽式、蝶式、线性菲涅尔式等光热电站的扩容提供了高效的技术方案。

附图说明

图1是本发明的系统总图；

图2是本发明的集热子系统详图；

图3是本发明的熔盐管网及储能子系统详图；

图4是本发明的切换阀组运行示意图；

图5是本发明的切换阀组结构详图；

其中：

图1中，1、集热模块；2、集热模块；3、集热模块；4、熔盐管网；5、储能子系统；6、换热子系统；7、换热器； 1A、温度传感器；2A、温度传感器；3A、温度传感器；1B、流量调节阀；1C、流量调节阀；2B、流量调节阀；2C、流量调节阀；3B、流量调节阀；3C、流量调节阀；1D、高温熔盐排空阀；2D、高温熔盐排空阀；3D、高温熔盐排空阀；1E、低温熔盐排空阀；2E、低温熔盐排空阀；3E、低温熔盐排空阀；1F、截止阀；1G、截止阀；1H、截止阀；1I、截止阀；2F、截止阀；2G、截止阀；2H、截止阀；2I、截止阀；3F、截止阀；3G、截止阀；3H、截止阀；3I、截止阀；101、吸热器；201、吸热器；301、吸热器；102、冷熔盐缓冲罐；202、冷熔盐缓冲罐；302、冷熔盐缓冲罐；102A、冷熔盐缓冲罐泵；202A、冷熔盐缓冲罐泵；302A、冷熔盐缓冲罐泵；103、热熔盐缓冲罐；203、热熔盐缓冲罐；303、热熔盐缓冲罐；103A、热熔盐缓冲罐泵；203A、热熔盐缓冲罐泵；303A、热熔盐缓冲罐泵；401、切换阀组；402、切换阀组；403、切换阀组；404、切换阀组；405、切换阀组；、 406、流量传感器；407、流量传感器；408、流量传感器；409、燃气炉；410、燃气炉旁路阀；411、燃气炉旁路阀；412、截止阀；401A、切换阀组的输送模式;401B、切换阀组的短路模式；401C、切换阀组的短路模式；401D、切换阀组的短路模式;401E、电动闸阀；401F、电动闸阀；401G、电动闸阀；401H、电动闸阀;401I、切换阀组控制器；401J 、硅酸铝保温材料；401K 、保护箱；401L、电伴热;501、热熔盐储罐；501A、热熔盐储罐泵；502、冷熔盐储罐；502A、冷熔盐储罐泵；503、切换阀组；504、熔盐泵变频控制器；505、温度传感器；506、熔盐流向转换阀；507、熔盐流向转换阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种分布式集热储能系统，包括集热子系统（集热模块1、2、3），熔盐管网4、储能子系统5和换热子系统6，所述的集热子系统（以集热模块1为例）主要由吸热器101、冷熔盐缓冲罐102和热熔盐缓冲罐103组成，熔盐管网4采用高温熔盐管道（图1实线）和低温熔盐管道（图1虚线）双管并排敷设，将集热模块1、2、3与储能子系统5相连接，储能子系统5主要由热熔盐储罐501和冷熔盐储罐502组成，热熔盐储罐501储存电厂发电所需高温熔盐，换热子系统6主要由4台换热器7组成，热熔盐在储能子系统5与水换热，产出过热蒸汽，推动汽轮机发电，换热后的熔盐变成冷熔盐，流入冷熔盐储罐502。

结合图2中系统图，集热子系统的集热模块1（集热模块2和集热模块3具有相同功能的设备采取同样操作）可采用的运行流程如下：

集热流程，此时流量调节阀1B、1C开启，熔盐排空阀1D、1E关闭，截止阀1F、1G、1I开启，截止阀1H关闭，冷熔盐缓冲罐102的冷熔盐通过冷熔盐缓冲罐泵102A泵入吸热器101，流量调节阀1B微调吸热器101进口流量，冷熔盐在吸热器101中受高密度太阳能流照射升温，通过流量调节阀1C微调吸热器101出口流量，熔盐升到设定温度后进入热熔盐缓冲罐103，热熔盐缓冲罐泵103A将罐内的热熔盐送入熔盐管网4。

排空流程，此时流量调节阀1B、1C关闭，截止阀1F开启，截止阀1G、1H 、1I关闭，集热模块1内的热熔盐缓冲罐泵102A和冷熔盐缓冲罐泵103A停机，集热模块1连接熔盐管网4的切换阀组401已转换到“短路模式401D”，依靠重力或其他动力设备排空吸热器101内的熔盐，大型吸热器内部熔盐温度排空时会出现分布不均的情况，故设置温度传感器1A实时监测流经的排空熔盐温度，当温度低于450℃时高温熔盐排空阀1D关闭、低温熔盐排空阀1E开启，当高于450℃时高温熔盐排空阀1D开启、低温熔盐排空阀1E关闭，待熔盐排空则所有阀门关闭，完成该模块的排空流程。

低速循环流程，若当前集热模块不经较长的支管段接入熔盐管网4则无需该项流程操作。以集热模块2为例，切入低速循环流程时，流量调节阀2B开启、流量调节阀2C关闭，高温熔盐排空阀2D开启、低温熔盐排空阀2E关闭，截止阀2F、2G、2I关闭，截止阀2H开启，热熔盐缓冲罐泵203A停机，冷熔盐缓冲罐泵202A开机为支管段低速循环提供动力，低温熔盐依次流经：冷熔盐缓冲罐202——流量调节阀2B——高温排空阀2D——截断阀2H——支管段——冷熔盐缓冲罐202。

如图3和图4所示，熔盐管网4工作流程有两种，分别如下：

输送流程，该流程根据集热系统全部集热模块1、2、3开场运行或只有部分模块开场运行进行相应调整。当集热模块1、2、3全部开场运行时，熔盐管网4内所有切换阀组401、402、403、404、405均为“输送模式401A”，燃气炉旁通阀410、411关闭，截止阀412开启，该工况下不需要外部燃气补热防凝。高温熔盐通过高温熔盐管道（图1实线）输送，低温熔盐通过低温熔盐管道输送（图1虚线），在切换阀组的高温管道侧均安装有流量传感器406、407、408，实时监测高温熔盐接入管网4的流量数据，并将数据即时发送至控制系统，根据高温熔盐流量波动情况及时调节熔盐泵变频控制器504控制低温熔盐流量，达到高温熔盐和低温熔盐流量动态平衡，保证系统稳定运行。当部分集热模块运行时，先以集热模块1关闭，集热模块2、3运行为例，集热模块1是在切换阀组401后直接接入了熔盐管网4，先切换阀组401转换至“短路模式401D”，集热模块1再排空关闭，其他切换阀组仍为“输送模式401A”，以此完成隔离集热模块1，不影响系统其他部分正常运行；再以集热模块2关闭，集热模块1、3运行为例，集热模块2通过较长的支管段接入熔盐管网4，当进行关闭流程时，支管段内高低温熔盐须继续维持运行方能防止冻堵，故先将切换阀组404转换至“短路模式401C”，切换阀组405仍为“输送模式401A”，在集热模块2排空关闭后依靠冷熔盐缓冲罐泵202A提供动力，保证该支管段熔盐的低速循环。

低速循环流程，熔盐管网4及储能子储能5系统在阴雨天、夜间等无聚光的条件下开启低速循环流程。此时集热模块1、2、3停止运行，熔盐管网4进行低速循环，熔盐管网4低速循环流程下，切换阀组401、405为“短路模式401D”，切换阀组403为“短路模式401C”，切换阀组402、404为“输送模式401A”。为避免无聚光条件下熔盐管网4的冻堵，需要开启燃气炉409，并将燃气炉旁通阀410、411开启，截止阀412关闭，使低速循环的熔盐通过进入燃气炉409补热，补偿循环过程中的热量损失。熔盐管网4的低速循环依靠储能子系统5的冷熔盐储罐泵502A提供动力，该流程下的储能子系统5的切换阀组503为“输送模式401A”，流向转换阀506关闭、507开启，通过温度传感器505监测温度。如此，完成熔盐管网4低速循环所需设置，低温熔盐从冷熔盐储罐502进入低温管道，末端切换阀组401、403、405使高低温熔盐管道形成短路，低温熔盐通过高温管道回到冷熔盐储罐502，该低速循环方案可以维持大型熔盐管网长时间、无冻堵、低功耗运行。

如图3和图4所示，储能子系统5工作流程有两种，分别如下：

储能流程，该流程为储能子系统5关键运行流程，通过储能子系统5的主动储能，控制热熔盐储罐501内的储能温度、保证高低温熔盐流量动态平衡，储能子系统5可以边储能边换热，也可以只储能不换热。熔盐管网4处于输送流程时，切换阀组503为“输送模式401A”，控制系统通过监测温度传感器505温度信号控制熔盐流向转换阀506、507开关动作。以熔盐管网4低速循环切换到输送流程为例，由熔盐管网4高温熔盐管道输送的熔盐逐步升温，该过程需将在低速循环时残留高温管道中的冷熔盐排入冷熔盐储罐502，保持熔盐流向转换阀506开启和熔盐流向转换阀507关闭。当温度传感器505检测到熔盐温度低于设定值，则发送信号控制熔盐流向转换阀506逐渐关闭，同时控制熔盐流向转换阀507逐渐开启，将该段冷熔盐排放至冷熔盐储罐502，排放完成则两熔盐流向转换阀506、507及时归位，以此控制热熔盐储罐501内的储能温度。同时，根据各集热模块对应的流量传感器407、408、409的流量数据，熔盐泵变频控制器504进行调频，控制冷熔盐储罐泵502A调节低温熔盐的流量供给，使系统高温和低温熔盐流量维持动态平衡。

储能子系统5低速循环流程，该流程与熔盐管网4的低速循环流程相关联，此时储能子系统5的冷熔盐储罐泵502A为熔盐管网4低速循环提供动力，该流程下储能子系统5的切换阀组503为“输送模式401A”， 熔盐流向转换阀506关闭、熔盐流向转换阀507开启，温度传感器505监测回流熔盐温度，该流程下冷熔盐从冷熔盐储罐502进入熔盐管网4，并回到冷熔盐储罐502。

如图5所示，切换阀组设计细节如下：

切换阀组401、402、403、404作为熔盐管网4的关键控制设备，自身必须具备不易冻堵、调节快速、安全可靠等特点，为此需进行特殊设计。切换阀组401、402、403、404直径3米范围内的管道均安装电伴热401L，包括保护箱401K和保护箱401K内的4台电动闸阀401E、401F、401G、401H以及切换阀组控制器401I，在电动闸阀401E、401F、401G、401H外侧安装电加热保温夹套，保证切换阀组各处最低温度不低于290℃，保护箱401K由镀锌铁皮或薄钢板材质构成，箱体须做到防雨防潮，搭接焊接平整，喷涂高温防锈漆，箱内与切换阀组的空隙填充硅酸铝保温材料401J，保证切换阀组不发生冻堵。通过采用电动阀401E、401F、401G、401H实现工作模式的稳定切换，保证了灵活、快速的要求。控制信号来源于熔盐管网4的主控，主控将信号发送至切换阀组控制器401I，再由切换阀组控制器401I向所控切换阀组发送动作指令。该切换阀组仅以实现切换功能为目的，4台电动阀401E、401F、401G、401H均采用闸阀形式，保证了工作时的可靠性和一致性，调节、备用、旁通等功能依靠设置其他闸阀实现，对于切换阀组控制器401I及其他不耐高温的电气部件引出保护箱401K并固定。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，通过各系统流程的相互配合，满足分布式熔盐集热储能系统的各种运行工况，但作为一个完整且复杂的热工系统，本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。