本發明涉及熱電廠火電靈活性調峰和跨季節蓄熱領域，尤其涉及火力發電廠供熱機組夏季靈活性深度調峰領域。

背景技術：

在中國三北地區電力市場容量富裕，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電鍋爐等熱電解耦和調峰方案，都無法實現。

目前電廠內部調峰在夏季主要依靠鍋爐減負荷或汽機旁路減溫減壓供熱、電鍋爐和蓄熱水罐儲熱等技術實現供熱機組熱電短期解耦來實現，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，以及大型蓄熱水罐蓄熱體積和安全性的限制，無法實現深度調峰的目的，最大的問題是這些技術和電鍋爐及蓄熱水罐本身，在夏季完全無法運行，因此一般熱電廠在夏季是無法通過電鍋爐和蓄熱水罐進行深度調峰的，而且由于鍋爐低負荷運行，會帶來脫硫脫硝系統排放超標，鍋爐熄火等一系列問題。另有現有技術利用土壤源蓄冷蓄熱系統裝置參與調峰，如申請號為201620107121.0的中國專利，提供了一種用于熱電廠熱調峰用的土壤源蓄冷蓄熱系統裝置，包括除傳統熱電廠發電及供熱必備裝置外，還包括地埋管換熱器，溴化鋰吸收式熱泵機組，閉式冷卻塔。該現有技術中，夏季時先利用地下冷量降低冷卻塔循環水的溫度，后期利用冷卻塔循環水對土壤進行蓄熱；冬季時利用溴化鋰吸收式熱泵機組提取蓄存的熱量，為城市集中供熱提供熱量，后期利用閉式冷卻塔進行蓄冷。該現有技術雖結合了土壤源蓄冷蓄熱以及吸收式熱泵吸熱放熱，但是所使用的蓄熱裝置無法滿足功率范圍可調節的實際需求，而且成本較高，存在系統的儲熱能力差和調峰能力低的問題。再如申請號為CN201620467058.1的中國專利，公開了一種用于火電廠調峰蓄熱的蓄熱系統，包括：鍋爐、汽輪機、供熱管道、蓄熱裝置和熱用戶，蓄熱裝置與供熱管道連接，蓄熱裝置為直接蓄熱裝置或間接蓄熱裝置，所述蓄熱裝置的蓄熱介質為水、蒸汽、導熱油或相變蓄熱材料，所述熱用戶為工業用戶或居民采暖用戶。該專利一定程度上滿足了冬季火電機組的供熱和發電需求，但是無法實現夏季電網調峰和蓄熱。

技術實現要素：

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。本發明通過火電供熱機組運行靈活性技術及電鍋爐區域供暖技術，并結合夏季的跨季節自然水體蓄熱，可以實現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，又可以實現供熱熱水的大體量跨季節蓄熱，未來必將擁有廣闊的市場發展前景。

為了克服現有技術中存在的問題，本發明所采用的技術方案是：一種固體蓄熱電鍋爐和跨季節自然水體結合的蓄熱調峰系統，包括電廠加熱系統、跨季節自然水體系統、固體蓄熱電鍋爐系統和熱網水循環系統，其特征在于：所述跨季節自然水體系統包括蓄水坑、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；所述固體蓄熱電鍋爐系統包括固體蓄熱電鍋爐及其連接電網和管路；所述電廠加熱系統包括熱網加熱器。

優選的是，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。

上述任一方案優選的是，所述蓄熱水體包括水質達一次供熱循環水標準的自然水體，水量大于1萬噸，水溫最高溫度低于85℃。

上述任一方案優選的是，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。

上述任一方案優選的是，所述固體蓄熱電鍋爐包括高壓控制柜、保溫層、高壓發熱電阻、儲能體、風水換熱器和循環風機。

上述任一方案優選的是，所述保溫層形成封閉空間，所述儲能體、風水換熱器和循環風機位于所述保溫層內部，所述風水換熱器與所述儲能體通過熱收集端相連接。所述風水換熱器與進水管、出水管相連接，所述進水管、出水管分別開口于保溫層，并與保溫層外的輸送管道相連接。所述高壓控制柜與所述儲能體之間設置有高壓接線，所述高壓控制柜位于所述保溫層外部，所述高壓接線穿過所述保溫層，與高壓發熱電阻連接，所述高壓發熱電阻分布于儲能體的一側。

上述任一方案優選的是，所述儲能體包括高溫蓄熱鎂磚，高壓電通過所述高壓發熱電阻發熱，加熱所述高溫蓄熱鎂磚從而實現蓄熱。

上述任一方案優選的是，所述高壓發熱電阻包括電阻發熱管、電阻發熱絲或電阻發熱板片多種形態。

上述任一方案優選的是，所述風水換熱器為水側走管束內部的低壓翅片管束換熱器。

上述任一方案優選的是，所述循環風機可循環高溫空氣，具有可變速、耐高溫、低耗電和長壽命期的特點。

上述任一方案優選的是，所述固體蓄熱電鍋爐系統電壓等級范圍10~220kV，單臺功率范圍0~90MW，部分型號鍋爐的功率可在0%~100%范圍內無級調節。

上述任一方案優選的是，所述熱網水循環系統包括熱網加熱器進、出水管路，固體蓄熱電鍋爐進、出水管路，跨季節自然水體系統進、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。

上述任一方案優選的是，一次供熱管網供水管路設置三通A和三通B，所述三通A一端連接跨季節自然水體系統，另兩端作為供熱熱水的入口和出口，所述三通B一端連接固體蓄熱電鍋爐系統出水管路，第二端連接熱網加熱器出水管道，第三端連接一次供熱管網供水端；一次供熱管網回水管路設置三通C和三通D，所述三通C一端連接跨季節自然水體系統，另兩端作為供熱熱水的入口和出口，所述三通D一端連接固體蓄熱電鍋爐系統進水管路，第二端連接熱網加熱器進水管道，第三端連接一次供熱管網回水端。

上述任一方案優選的是，蓄熱時，集中供熱熱水可以進入固體蓄熱電鍋爐系統進行一級加熱，也可以進入固體蓄熱電鍋爐+熱網加熱器進行二級加熱，最后都進入蓄熱水體進行蓄熱。

上述任一方案優選的是，在夏季調峰時段，固體蓄熱電鍋爐將電能轉換為熱能，并將此熱能跨季節儲存于蓄熱水體中；在冬季供熱期，通過熱網水循環系統將蓄熱水體中儲存的熱能釋放出來用于供熱，這樣反復循環，通過電能熱能的轉換和熱網循環水系統的供熱輸送，可以極大地提高熱電廠的冬季供熱能力，并且100%地保證供熱的安全性。

本發明中，自然水體實現的是跨季節的長時間的蓄熱，而固體蓄熱電鍋爐本身可實現短時間的蓄熱需求。

上述跨季節蓄熱調峰系統的核心為跨季節蓄熱水體和固體蓄熱電鍋爐設備，通過跨季節蓄熱水體將熱電廠和固體蓄熱電鍋爐結合為一個大的調峰系統，實現夏季的深度調峰和夏季供熱生產，并將其熱量跨季節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，又有廣闊的市場發展空間。

本發明中的一臺或幾臺固體蓄熱電鍋爐也可替換為電極鍋爐，由固體蓄熱電鍋爐系統變為固體蓄熱電鍋爐和液體式電極鍋爐混合系統。固體電蓄熱調峰裝置具有高電壓、大功率、可蓄熱的特點。液體式電極鍋爐系統包括一個或多個電極鍋爐本體及一次循環系統及其電網接入系統。將電極熱水鍋爐與固體蓄熱電鍋爐相結合，可以綜合考慮兩種電鍋爐各自的優點，電極鍋爐電壓變化平滑，對電網沖擊小，而固體蓄熱電鍋爐驅動電壓等級高，可以節省變壓器預算。

目前電廠內部調峰在夏季主要依靠鍋爐減負荷或汽機旁路減溫減壓供熱、電鍋爐和蓄熱水罐儲熱等技術實現供熱機組熱電短期解耦來實現，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，以及大型蓄熱水罐蓄熱體積和安全性的限制，無法實現深度調峰的目的，最大的問題是這些技術和電鍋爐及蓄熱水罐本身，在夏季完全無法運行，因此一般熱電廠在夏季是無法通過電鍋爐和蓄熱水罐進行深度調峰的，結合上述說明本發明相比于現有技術具有以下優點：

1）通過引入跨季節自熱水體結合固體蓄熱電鍋爐，可以實現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）適度配置固體蓄熱電鍋爐，可以使機組達到最小發電負荷的情況下，上網電量趨近于0，基本上實現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）在冬季供暖季，自然蓄熱水體和固體蓄熱電式熱水鍋爐都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，特別是未來電力現貨市場的建立和負上網電價的出現，必然會促進熱電廠的深度調峰需求，未來的市場發展空間將會越來越大。

附圖說明

圖1為按照本發明的固體蓄熱電鍋爐和跨季節自然水體結合的蓄熱調峰系統的一優選實施例的示意圖。

圖2為本發明的固體蓄熱電鍋爐和跨季節自然水體結合的蓄熱調峰系統的固體蓄熱電鍋爐的一優選實施例的剖面圖。

圖示：1-固體蓄熱電鍋爐，2-熱網加熱器，3-三通B，4-三通D，5-三通A，6-三通C，7-保溫覆蓋層，8-布水器，9-蓄熱水體，10-水底保護層，11-高壓控制柜，12-高壓接線，13-高壓發熱電阻，14-儲能體，15-保溫層，16-風水換熱器，17-循環風機。

具體實施方式

為了更進一步了解本發明的發明內容，下面將結合具體實施例對本發明作更為詳細的描述，實施例只對本發明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本領域技術人員在本發明的基礎上作出的非實質性修改，都應屬于本發明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，一種固體蓄熱電鍋爐和跨季節自然水體結合的蓄熱調峰系統，包括電廠加熱系統、跨季節自然水體系統、固體蓄熱電鍋爐系統和熱網水循環系統，其特征在于：所述跨季節自然水體系統包括蓄水坑、蓄熱水體9、布水器8、水底保護層10和水體表面保溫覆蓋層7、雨水收集和排水系統；所述固體蓄熱電鍋爐系統包括固體蓄熱電鍋爐1及其連接電網和管路；所述電廠加熱系統包括熱網加熱器2。

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9包括水質達一次供熱循環水標準的自然水體，水量5萬噸，水溫最高溫度80℃。

在本實施例中，所述布水器8設置在蓄熱水體9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10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7設置于蓄熱水體9表面，為浮動式保溫覆蓋層。

在本實施例中，所述固體蓄熱電鍋爐1包括高壓控制柜11、保溫層15、高壓發熱電阻13、儲能體14、風水換熱器16和循環風機17。

如圖2所示，在本實施例中，所述保溫層15形成封閉空間，所述儲能體14、風水換熱器16和循環風機17位于所述保溫層15內部，所述風水換熱器16與所述儲能體14通過熱收集端相連接。所述風水換熱器16與進水管、出水管相連接，所述進水管、出水管分別開口于保溫層15，并與保溫層15外的輸送管道相連接。所述高壓控制柜11與所述儲能體14之間設置有高壓接線12，所述高壓控制柜11位于所述保溫層15外部，所述高壓接線12穿過所述保溫層15，與高壓發熱電阻13連接，所述高壓發熱電阻13分布于儲能體14的一側。

在本實施例中，所述儲能體14包括高溫蓄熱鎂磚，高壓電通過所述高壓發熱電阻13發熱，加熱所述高溫蓄熱鎂磚從而實現蓄熱。

在本實施例中，所述高壓發熱電阻13包括電阻發熱管、電阻發熱絲或電阻發熱板片多種形態。

在本實施例中，所述風水換熱器16為水側走管束內部的低壓翅片管束換熱器。

在本實施例中，所述循環風機17可循環高溫空氣，具有可變速、耐高溫、低耗電和長壽命期的特點。

在本實施例中，所述固體蓄熱電鍋爐系統電壓等級范圍10~220kV，單臺功率范圍0~90MW，部分型號鍋爐的功率可在0%~100%范圍內無級調節。

在本實施例中，所述熱網水循環系統包括熱網加熱器進、出水管路，固體蓄熱電鍋爐進、出水管路，跨季節自然水體系統進、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三通A5和三通B3，所述三通A5一端連接跨季節自然水體系統，另兩端作為供熱熱水的入口和出口，所述三通B3一端連接固體蓄熱電鍋爐1系統出水管路，第二端連接熱網加熱器2出水管道，第三端連接一次供熱管網供水端；一次供熱管網回水管路設置三通C6和三通D4，所述三通C6一端連接跨季節自然水體系統，另兩端作為供熱熱水的入口和出口，所述三通D4一端連接固體蓄熱電鍋爐1系統進水管路，第二端連接熱網加熱器2進水管道，第三端連接一次供熱管網回水端。

在本實施例中，蓄熱時，集中供熱熱水可以進入固體蓄熱電鍋爐系統進行一級加熱，也可以進入固體蓄熱電鍋爐1+熱網加熱器2進行二級加熱，最后都進入蓄熱水體9進行蓄熱。

在本實施例中，在夏季調峰時段，固體蓄熱電鍋爐1將電能轉換為熱能，并將此熱能跨季節儲存于蓄熱水體9中；在冬季供熱期，通過熱網水循環系統將蓄熱水體9中儲存的熱能釋放出來用于供熱，這樣反復循環，通過電能熱能的轉換和熱網循環水系統的供熱輸送，可以極大地提高熱電廠的冬季供熱能力，并且100%地保證供熱的安全性。

在本實施例中，自然水體實現的是跨季節的長時間的蓄熱，而固體蓄熱電鍋爐1本身可實現短時間的蓄熱需求。

上述跨季節蓄熱調峰系統的核心為跨季節蓄熱水體9和固體蓄熱電鍋爐1設備，通過跨季節蓄熱水體9將熱電廠和固體蓄熱電鍋爐1結合為一個大的調峰系統，實現夏季的深度調峰和夏季供熱生產，并將其熱量跨季節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，又有廣闊的市場發展空間。

目前電廠內部調峰在夏季主要依靠鍋爐減負荷或汽機旁路減溫減壓供熱、電鍋爐和蓄熱水罐儲熱等技術實現供熱機組熱電短期解耦來實現，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，以及大型蓄熱水罐蓄熱體積和安全性的限制，無法實現深度調峰的目的，最大的問題是這些技術和電鍋爐及蓄熱水罐本身，在夏季完全無法運行，因此一般熱電廠在夏季是無法通過電鍋爐和蓄熱水罐進行深度調峰的，結合上述說明本發明相比于現有技術具有以下優點：

1）通過引入跨季節自熱水體結合固體蓄熱電鍋爐1，可以實現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）適度配置固體蓄熱電鍋爐1，可以使機組達到最小發電負荷的情況下，上網電量趨近于0，基本上實現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）在冬季供暖季，自然蓄熱水體9和固體蓄熱電式熱水鍋爐都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，特別是未來電力現貨市場的建立和負上網電價的出現，必然會促進熱電廠的深度調峰需求，未來的市場發展空間將會越來越大。

實施例2

本實施例與實施例1所述的固體蓄熱電鍋爐和跨季節自然水體結合的蓄熱調峰系統結構相同，所不同的是，將其中的一臺或幾臺固體蓄熱電鍋爐1替換成電極熱水鍋爐，形成固體蓄熱電鍋爐和液體式電極鍋爐混合系統，最終將兩種電鍋爐加熱的熱水打入自然水蓄熱。固體電蓄熱調峰裝置具有高電壓、大功率、可蓄熱的特點。將電極熱水鍋爐與固體蓄熱電鍋爐1相結合，可以綜合考慮兩種電鍋爐各自的優點，電極鍋爐電壓變化平滑，對電網沖擊小，而固體蓄熱電鍋爐1驅動電壓等級高，可以節省變壓器預算。

盡管具體地參考其優選實施例來示出并描述了本發明，但本領域的技術人員可以理解，可以作出形式和細節上的各種改變而不脫離所附權利要求書中所述的本發明的范圍。以上結合本發明的具體實施例做了詳細描述，但并非是對本發明的限制。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，均仍屬于本發明技術方案的范圍。