CN114251950A - 一种火力发电与储能集装箱的组合*** - Google Patents

一种火力发电与储能集装箱的组合*** Download PDF

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CN114251950A CN202011009014.1A CN202011009014A CN114251950A CN 114251950 A CN114251950 A CN 114251950A CN 202011009014 A CN202011009014 A CN 202011009014A CN 114251950 A CN114251950 A CN 114251950A
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王长宝
侯凯
陈永翀
汪科
郝文波
朱峰
张彬
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Abstract

本发明提供了一种火力发电与储能集装箱的组合***。冷却塔中冷却的流体不仅可以用来冷却火力发电设备，还可以对储能集装箱内的储能电池进行冷却；流经火力发电设备之后的具有一定余热的流体也可以对储能集装箱内的储能电池进行加热。通过本发明的火力发电与储能集装箱的组合***，可以在一定程度上实现多能互补，充分利用电厂余热资源，避免热能的无效散失，极大地节省了能源。

Description

一种火力发电与储能集装箱的组合***
技术领域
本发明涉及电池领域，具体地涉及一种火力发电与储能集装箱的组合***。
背景技术
调频是火力发电***中的重要组成部分，发电机组需要不断调整出力来响应电网频率的变化，长期的调频任务会对机组寿命、发电成本以及电能质量产生影响。随着储能技术的进步，利用大规模储能装置辅助火电调频成为了当前的研究热点。其中，锂离子电池储能***能够承担调频过程中的大功率脉冲式充放电条件，并且拥有能量密度大、运行成本低、收益潜能巨大等优点，因此具有良好的经济效益和市场前景。
由于锂离子电池内部电化学反应的影响，储能电站的最佳使用温度范围在0～45℃之间，因此在使用过程中必须配备电池热管理***。当电池发热严重时通过冷却***给电池降温，当外界环境温度过低时通过加热***给电池加热，从而充分保障电池的循环性能及安全性能。然而，热管理***在运行过程中同样需要消耗能量，在一定程度上影响了调频储能电站的储能效率及收益。
火力发电***中需要配备大型水冷机组，利用循环冷却水对凝汽器等装置进行冷却，经过凝汽器之后循环水温度将升至40～60℃。此时，循环水中的这部分低品位热很难回收利用，只能通过冷却塔将热量排放到空气中，实现冷却水的循环使用。因此，冷却塔中的循环水在发电过程中将散失大量的热能，如果对循环水中的余热进行合理利用，将会对电厂能效的提高产生重要意义。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提供一种火力发电与储能集装箱的组合***。冷却塔中冷却的流体不仅可以用来冷却火力发电设备，还可以对储能集装箱内的储能电池进行冷却；流经火力发电设备之后的具有一定余热的流体也可以对储能集装箱内的储能电池进行加热。通过本发明的火力发电与储能集装箱的组合***，可以在一定程度上实现多能互补，充分利用电厂余热资源，避免热能的无效散失，极大地节省了能源。
本发明提供的技术方案如下：
根据本发明提供一种火力发电与储能集装箱的组合***，该组合***包括火力发电子***、储能集装箱子***和循环管路***，火力发电子***包括火力发电设备、冷却塔，储能集装箱子***包括一个或多个储能集装箱，循环管路***包括设有第一低温管路和第一中温管路的冷却循环回路以及设有第一高温管路和第二中温管路的加热循环回路。在冷却循环回路中，冷却塔经由第一低温管路连接于储能集装箱从而利用经冷却塔冷却的流体对储能集装箱进行冷却，储能集装箱经由第一中温管路连接于冷却塔用以将在储能集装箱中热交换升温后的流体输入冷却塔中进行冷却；在加热循环回路中，火力发电设备经由第一高温管路连接于储能集装箱从而利用经火力发电设备加热的流体对储能集装箱进行加热，储能集装箱经由第二中温管路连接于冷却塔用以将在储能集装箱中热交换降温后的流体输入冷却塔中进行冷却。利用火力发电子***的冷却塔和流体可以对储能集装箱内部进行冷却，从而无需对储能集装箱设置额外的流体储罐和大型冷却设备。被火力发电设备所加热的流体可以用于对储能集装箱内部进行加热，从而充分利用发电过程中产生的余热，另外当流体对储能集装箱加热之后，流体的温度会进一步降低，因此流体在进入冷却塔进行冷却时可以减少能源的消耗。火力发电子***中还可包括火力发电子***高温管路和火力发电子***低温管路，冷却塔经由火力发电子***低温管路连接于火力发电设备用以对火力发电设备进行冷却，火力发电设备经由火力发电子***高温管路连接冷却塔用以将冷却火力发电设备的具有余热的流体输入冷却塔中进行冷却。也就是说，流体可以在火力发电子***中形成一个循环，首先低温流体在火力发电设备处吸收热量，之后进入冷却塔中进行降温，在冷却塔中冷却后的流体再次进入火力发电设备对其进行冷却。第一低温管路可以与火力发电子***低温管路流体连通，从而经冷却塔冷却的流体可以经由火力发电子***低温管路来冷却火力发电设备、也可以经由第一低温管路进入储能集装箱以便对储能集装箱内的电池进行冷却。第一高温管路可以与火力发电子***高温管路流体连通，从而冷却火力发电设备之后的具有余热的流体可以直接进入冷却塔进行冷却、也可以经由第一高温管路进入储能集装箱以便对储能集装箱内的电池进行加热。
在第一低温管路上还可设置冷却装置，用以对第一低温管路内的流体进一步冷却。第一低温管路中的流体的温度可以低于10℃。在第一高温管路上还可设置加热装置，用以对第一高温管路内的流体进一步加热。第一高温管路中的流体的温度可以为60～90℃。
在储能集装箱子***中，可以利用管路的布置以及控制阀的设置来实现各个储能集装箱的并联温度控制、串联温度控制或独立温度控制。下面，将描述本发明的储能集装箱子***的几个示例。
在储能集装箱子***中可包括与各个储能集装箱连接的第一并联管路以及与各个储能集装箱连接的第二并联管路，第一并联管路分别经由控制阀与第一高温管路连通以及与第一低温管路/第一中温管路连通，第二并联管路分别经由控制阀与第二中温管路连通以及与第一中温管路/第一低温管路连通。例如，在储能集装箱子***中，第一并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，第一并联管路的总管经由控制阀分别与第一高温管路和第一中温管路连通；第二并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，第二并联管路的总管经由控制阀分别与第一低温管路和第二中温管路连通。多个储能集装箱可以同时进行加热或者同时进行冷却。在加热过程中，第一高温管路上的控制阀和第二中温管路上的控制阀开启，第一高温管路中的流体经由第一并联管路的总管和支管进入多个储能集装箱中，在储能集装箱中热交换后的流体经由第二并联管路的支管和总管进入第二中温管路中。在冷却过程中，第一低温管路上的控制阀和第一中温管路上的控制阀开启，第一低温管路中的流体经由第二并联管路的总管和支管进入多个储能集装箱中，在储能集装箱中热交换后的流体经由第一并联管路的支管和总管进入第二中温管路中。另外，可以在第一并联管路的支管上或第二并联管路的支管上设置单独的控制阀，从而可以实现针对某个或某些储能集装箱单独进行加热或冷却。第一并联管路可以与第二并联管路直接连通，或者第一并联管路可以经由集装箱内设置的管路与第二并联管路连通。
在储能集装箱子***中可包括第一串联管路、中间串联管路和第二串联管路，多个储能集装箱经由中间串联管路串联连接，第一串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的首个储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与第一高温管路连通以及与第一中温管路/第一低温管路连通，第二串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的末尾储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与第一低温管路/第一中温管路连通以及与所述第二中温管路连通。例如，在储能集装箱子***中，第一串联管路可连接于第一高温管路和第一中温管路，第一串联管路连接于多个储能集装箱中的第一个储能集装箱，多个集装箱利用串联管路相互串联，最后一个储能集装箱连接于第二串联管路，第二串联管路可连接于第二中温管路和第一低温管路。在加热过程中，第一高温管路上的控制阀和第二中温管路上的控制阀开启，第一高温管路中的流体经由第一串联管路进入首个储能集装箱并经由中间串联管路依次经过多个储能集装箱，最后在末尾储能集装箱经由第二串联管路进入第二中温管路中。在冷却过程中，第一低温管路上的控制阀和第一中温管路上的控制阀开启，第一低温管路中的流体经由第二串联管路进入末尾储能集装箱并经由中间串联管路依次经过多个储能集装箱，最后在首个储能集装箱经由第一串联管路进入第一中温管路中。此外，在中间串联管路上可设有加热装置或冷却装置，从而确保串联的各个储能集装箱能够得到相同程度的加热或冷却。第一串联管路可以与中间串联管路直接连通、中间串联管路可以与第二串联管路直接连通，或者第一串联管路可以经由储能集装箱内部的管路与中间串联管路直接连通、中间串联管路可以经由储能集装箱内部的管路与第二串联管路直接连通。
在储能集装箱子***中可包括与各个储能集装箱连接的第一并联管路、第二并联管路、第三并联管路和第四并联管路，第一并联管路经由控制阀与第一高温管路连通，第二并联管路经由控制阀与第二中温管路连通，第三并联管路经由控制阀与第一低温管路连通，第四并联管路经由控制阀与第一中温管路连通。具体地讲，在储能集装箱子***中，第一并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，在第一并联管路的多个支管上分别设置控制阀，第一并联管路的总管与第一高温管路连通；第二并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，在第二并联管路的多个支管上分别设置控制阀，第二并联管路的总管与第二中温管路连通；第三并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，在第三并联管路的多个支管上分别设置控制阀，第三并联管路的总管与第一低温管路连通；第四并联管路中的多个支管分别与多个储能集装箱相连，在第四并联管路的多个支管上分别设置控制阀，第四并联管路的总管与第一中温管路连通。在该实施方式中，可实现各个储能集装箱的单独温度控制，例如，其中某些储能集装箱可进行加热、而另外某些储能集装箱可进行冷却，各个储能集装箱之间的温控时间、温控程度、温控类型可分别控制。在加热过程中，需加热的储能集装箱所对应的第一并联管路的支管上的控制阀和第二并联管路的支管上的控制阀开启，第一高温管路中的流体经由第一并联管路的支管进入待加热的储能集装箱中，在储能集装箱中热交换后的流体经由第二并联管路的支管进入第二中温管路中。在冷却过程中，需冷却的储能集装箱所对应的第三并联管路的支管上的控制阀和第四并联管路的支管上的控制阀开启，第一低温管路中的流体经由第三并联管路的支管进入待冷却的储能集装箱中，在储能集装箱中热交换后的流体经由第四并联管路的支管进入第一中温管路中。
本发明的优势在于：
对于锂离子电池储能***辅助火电调频项目，为了解决储能集装箱的恒温问题，可以利用冷却塔中的循环流体对其进行加热或冷却，在保障电池使用温度范围的同时又减少了发电过程中热量的无效散失，从而达到节能提效的目的。
附图说明
图1为根据本发明第一实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图；
图2为根据本发明第二实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图；
图3为根据本发明第三实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图。
附图标记列表：
1——火力发电设备
2——冷却塔
3——火力发电子***高温管路
4——火力发电子***低温管路
5——第一低温管路
6——第一中温管路
7——第一高温管路
8——第二中温管路
9——加热装置
10——冷却装置
11——泵送装置
12——储能集装箱
13——第一并联管路
14——第二并联管路
15——第三并联管路
16——第四并联管路
17——第一串联管路
18——中间串联管路
19——第二串联管路
具体实施方式
下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
图1为根据本发明第一实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图。在图1所示的实施方式中，火力发电与储能集装箱的组合***包括火力发电子***、储能集装箱子***和循环管路***。火力发电子***中还包括火力发电设备1、冷却塔2、火力发电子***高温管路3和火力发电子***低温管路4，冷却塔2经由火力发电子***低温管路4连接于火力发电设备1用以对火力发电设备1输送冷却的流体，火力发电设备1经由火力发电子***高温管路3连接于冷却塔2用以将冷却火力发电设备1的具有余热的流体输入冷却塔2中进行冷却。循环管路***包括第一低温管路5、第一中温管路6、第一高温管路7和第二中温管路8，在第一高温管路7上设置加热装置9，在第一低温管路5上设置冷却装置10，在循环管路***中还设有泵送装置11。储能集装箱子***包括多个储能集装箱12、第一并联管路13和第二并联管路14。第一并联管路13的总管分别经由控制阀与第一高温管路7和第一中温管路6连通，第一并联管路13的多个支管分别通向多个储能集装箱12，第二并联管路14的多个支管分别从多个集装箱汇流到第二并联管路14的总管，第二并联管路14的总管分别经由控制阀与第一低温管路5和第二中温管路8连通。
在火力发电设备运行期间，经冷却塔2冷却的流体不断经由火力发电子***低温管路4供向火力发电设备1用以对火力发电设备进行冷却，在火力发电设备1进行热交换后的流体经由火力发电子***高温管路3返回冷却塔2再次进行冷却。当储能集装箱12需要加热时，通过火力发电设备1加热的流体经由第一高温管路7进入第一并联管路13从而对多个储能集装箱12同时进行加热，然后流体经由第二并联管路14和第二中温管路8返回至冷却塔2进行冷却。当储能集装箱12需要冷却时，通过冷却塔2冷却的流体经由第一低温管路5进入第二并联管路14从而对多个储能集装箱12同时进行冷却，然后流体经由第一并联管路13和第一中温管路6返回至冷却塔2进行冷却。
图2为根据本发明第二实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图。在图2所示的实施方式中，与图1所示的第一实施方式的主要不同之处在于，储能集装箱子***包括多个储能集装箱12、第一串联管路17、中间串联管路18和第二串联管路19，第一串联管路17的一端连接于串联储能集装箱12中的首个储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与第一高温管路7和第一中温管路6连通，多个储能集装箱12经由中间串联管路18串联连接，第二串联管路19的一端连接于串联储能集装箱中的末尾储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与第一低温管路5和第二中温管路8连通。
在火力发电设备运行期间，经冷却塔2冷却的流体不断经由火力发电子***低温管路4供向火力发电设备1用以对火力发电设备进行冷却，在火力发电设备1进行热交换后的流体经由火力发电子***高温管路3返回冷却塔2再次进行冷却。当储能集装箱12需要加热时，通过火力发电设备1加热的流体经由第一高温管路7进入第一串联管路17和中间串联管路18从而对经由串联管路串联的多个储能集装箱12依次进行加热，然后流体经由第二串联管路19和第二中温管路8返回至冷却塔2进行冷却。当储能集装箱12需要冷却时，通过冷却塔2冷却的落体经由第一低温管路5进入第二串联管路19和中间串联管路18从而对经由串联管路串联的多个储能集装箱12依次进行冷却，然后流体经由第一串联管路17和第一中温管路6返回至冷却塔2进行冷却。
图3为根据本发明第三实施方式的火力发电与储能集装箱的组合***的示意图。在图3所示的实施方式中，与图1所示的第一实施方式的主要不同之处在于，储能集装箱子***包括多个储能集装箱12、第一并联管路13、第二并联管路14、第三并联管路15和第四并联管路16。第一并联管路13的总管与第一高温管路7连通，第一并联管路13的多个支管分别经由控制阀与多个储能集装箱12相连，第二并联管路14的多个支管分别经由控制阀与多个储能集装箱12相连，第二并联管路14的总管与第二中温管路8连通，第一并联管路13支管与第二并联管路14支管在储能集装箱12内是连通的。第三并联管路15的总管与第一低温管路5连通，第一并联管路13的多个支管分别经由控制阀与多个储能集装箱12相连，第四并联管路16的多个支管分别经由控制阀与多个储能集装箱12相连，第四并联管路16的总管与第一中温管路6连通，第三并联管路15支管与第四并联管路16支管在储能集装箱12内是连通的。
在火力发电设备运行期间，经冷却塔2冷却的流体不断经由火力发电子***低温管路4供向火力发电设备1用以对火力发电设备进行冷却，在火力发电设备1进行热交换后的流体经由火力发电子***高温管路3返回冷却塔2再次进行冷却。当储能集装箱12需要加热时，通过火力发电设备1加热的流体经由第一高温管路7进入第一并联管路13从而可以分别对多个储能集装箱12进行加热，然后流体经由第二并联管路14和第二中温管路8返回至冷却塔2进行冷却。当储能集装箱12需要冷却时，通过冷却塔2冷却的落体经由第一低温管路5进入第三并联管路15从而可以分别对多个储能集装箱12进行冷却，然后流体经由第四并联管路16和第一中温管路6返回至冷却塔2进行冷却。
本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，所述组合***包括火力发电子***、储能集装箱子***和循环管路***，所述火力发电子***包括火力发电设备、冷却塔，所述储能集装箱子***包括一个或多个储能集装箱，所述循环管路***包括设有第一低温管路和第一中温管路的冷却循环回路以及设有第一高温管路和第二中温管路的加热循环回路，在所述冷却循环回路中，所述冷却塔经由所述第一低温管路连接于所述储能集装箱从而利用经所述冷却塔冷却的流体对所述储能集装箱进行冷却，所述储能集装箱经由所述第一中温管路连接于所述冷却塔用以将在所述储能集装箱中热交换升温后的流体输入所述冷却塔中进行冷却；在所述加热循环回路中，所述火力发电设备经由所述第一高温管路连接于所述储能集装箱从而利用经所述火力发电设备加热的流体对所述储能集装箱进行加热，所述储能集装箱经由所述第二中温管路连接于所述冷却塔用以将在所述储能集装箱中热交换降温后的流体输入所述冷却塔中进行冷却。
2.根据权利要求1所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，所述火力发电子***中还包括火力发电子***高温管路和火力发电子***低温管路，所述冷却塔经由所述火力发电子***低温管路连接于所述火力发电设备用以对所述火力发电设备进行冷却，所述火力发电设备经由所述火力发电子***高温管路连接于所述冷却塔用以将冷却所述火力发电设备的具有余热的流体输入所述冷却塔中进行冷却，所述第一低温管路与所述火力发电子***低温管路流体连通，所述第一高温管路与所述火力发电子***高温管路流体连通。
3.根据权利要求1或2所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，所述第一低温管路上设置冷却装置，用以对所述第一低温管路内的流体进一步冷却。
4.根据权利要求3所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，所述第一低温管路中的流体的温度低于10℃。
5.根据权利要求1或2所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，在所述第一高温管路上设置加热装置，用以对所述第一高温管路内的流体进一步加热。
6.根据权利要求5所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，所述第一高温管路中的流体的温度为60～90℃。
7.根据权利要求1或2所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，在所述储能集装箱子***中包括与各个所述储能集装箱连接的第一并联管路以及与各个所述储能集装箱连接的第二并联管路，所述第一并联管路分别经由控制阀与所述第一高温管路和所述第一中温管路连通，所述第二并联管路分别经由控制阀与所述第一低温管路和所述第二中温管路连通；或者，所述第一并联管路分别经由控制阀与所述第一高温管路和所述第一低温管路连通，所述第二并联管路分别经由控制阀与所述第一中温管路和所述第二中温管路连通。
8.根据权利要求1或2所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，在所述储能集装箱子***中包括第一串联管路、中间串联管路和第二串联管路，多个所述储能集装箱经由所述中间串联管路串联连接，所述第一串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的首个储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与所述第一高温管路和所述第一中温管路连通，所述第二串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的末尾储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与所述第一低温管路和所述第二中温管路连通；或者，所述第一串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的首个储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与所述第一高温管路和所述第一低温管路连通，所述第二串联管路的一端连接于串联储能集装箱中的末尾储能集装箱并且另一端分别经由控制阀与所述第一中温管路和所述第二中温管路连通。
9.根据权利要求1或2所述的火力发电与储能集装箱的组合***，其特征在于，在所述储能集装箱子***中包括与各个所述储能集装箱连接的第一并联管路、第二并联管路、第三并联管路和第四并联管路，所述第一并联管路经由控制阀与所述第一高温管路连通，所述第二并联管路经由控制阀与所述第二中温管路连通，所述第三并联管路经由控制阀与所述第一低温管路连通，所述第四并联管路经由控制阀与所述第一中温管路连通。
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