作者：于博旭1 韓瑞2 劉倩1 廖志榮1 巨星1 徐超1
包養網推薦單位：1.華北電力年夜學動力動力與機械工程學院 2. 國電電力發展股份無限公司年夜同第二發電廠
援用本文：于博旭, 韓瑞, 劉倩, 等. 耦合火電廠靈活改革的卡諾電池儲能系統熱力學機能研討[J]. 儲能科學與技術, 2025, 14(4): 1461-1470.
DOI：包養10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0996
本文亮點：1.熔鹽卡諾電池耦合火電廠靈活性改革 2.火儲與熱泵儲熱結合的電廠效力及調峰機能剖析 3.儲/釋熱負荷及計劃的優化和篩選。
摘 要 將儲能技術與電廠改革技術相結合，能夠在實現可再生動力穩定并網的同時解決火電機組靈活調峰的問題。本任務將熔鹽卡諾電池儲能系統與火電廠靈活性改革相結合，基于典範600 MW亞臨界燃煤電站，應用Aspen Plus搭建了電廠、熱泵儲熱和抽汽儲熱耦合的系統模子，剖析了火儲、火儲-熱泵聯合及熱泵三種儲熱情勢在分歧儲熱負荷下儲能過程、釋能過程及全過程的系統效力、調峰包養網容量及調峰深度的變化情況，并剖析了分歧儲/釋能負荷和計劃下耦合系統的效力和調峰機能。研討表白，火儲儲熱方法能夠在電廠低負荷運行時實現更高的耦合系統效力。熱泵儲熱方法的調峰機能表現更優，其單位儲熱負荷的最年夜調峰容量相較于火儲儲熱方法可以進步69%。增添儲熱模塊能夠在僅損掉大批耦合系統運行效力時顯著進步電廠的調峰機能甜心花園，當電廠滿負荷運行且儲/釋熱負荷均為90 MW時，通過火儲-熱泵聯合儲熱可以使得調峰容量和調峰深度包養網單次分別增添78.29 MW和13.04%，此時系統效力僅下降0.16%。儲能過程抽取中壓缸的再熱蒸汽并在其釋熱后送回除氧器，釋能過程中通過旁路將部門給水加熱送進鍋爐，這種火儲儲熱的耦合方法兼顧了蓄熱量、調峰容量、調峰深度以及循環效力，是一種優選的耦合計劃。本任務有助于指導應用熔鹽卡諾電池對火電廠進行靈活性改革。
關鍵詞 卡諾電池；火電廠靈活性改革；熔鹽儲熱；調峰
隨著化石動力的慢慢乾涸以及環境問題的日益嚴重，以包養網太陽能、風能等為代表的可再生動力在動力供應體系中的比重逐漸增年夜，對傳統火電機組的變負荷運行才能提出了更高的請求。實際火電廠靈活性改革常見的情勢是對汽輪機組采取部門抽汽來下降其出力，然后將這部門抽汽的熱能存儲在新增的儲熱模塊上，該方法也被稱為火儲情勢。此外，耦合新型儲能技術的火電機組改革也是實現機組靈活調峰的一種主要解決計劃。近年來，以熔鹽卡諾電池為代表的火電機組靈活性改革技術惹起了國內外學者的廣泛關注和研討。
卡諾電池是一種在實驗室待了幾天，被拖到這個環境，葉也趁著休息的基于熱能存儲和動力循環技術發展起來的年夜規模長時儲能技術。在儲能時包養網，通過直接電加熱或許熱泵循環的情勢將電能轉化為熱能；在釋能時，通過熱機循環將存儲的高溫熱能轉化為電能。
火電廠改革的熔鹽卡諾電池儲能系統，即保存原有的發電循環作為熱轉電部門，新增電加熱/逆布雷頓循環等作為電轉熱部門，同時引進低本錢的熔鹽儲熱作為年夜規模儲電部門。改革后的熔鹽卡諾電池，既可以減少化石動力的耗費，下降環境淨化息爭決可再生動力并網帶來的平安問題，又可以進步傳統火電機組的靈活性。
今朝，對熔鹽卡諾電池的研討重要觸及分歧集成系統的構建及效力剖析、系統經濟可行性和調峰機能等方面。Blanquiceth等集成了分歧充放電類型的電廠改革卡諾電池儲能系統，研討了分歧耦合形式下的合適儲熱介質，集成后的卡諾電池儲能系統的往復效力為50%～65%。Yong等剖析了熔鹽蓄熱代替鍋爐與超臨界燃煤電廠相結合的系統的經濟性，滿負荷時，往復效力約為41.8%，隨著放電時間的延長(≥10 h)，集成系統的平準化電力本錢與壓縮空氣儲能相當。Wang等提出了抽取主蒸汽或再熱蒸汽儲存能量和蒸汽前往低壓汽輪機或冷凝器的四種集成形式，并評價了四種集成形式的包養意思調峰機能。
通過上述文獻可知，年夜部門學者研討任務集中于卡諾電池系統機能和火電廠改革熔鹽卡諾電池儲能系統的效力剖析或經濟本錢剖析。對熔鹽卡諾電池在以靈活調峰為目標的火電廠靈活性改革中的機能表現缺少深刻剖析。是以，本任務對耦合火電廠靈活改革的卡諾電池儲能系統開展研討，應用Aspen Plus搭建了耦合系統模子，剖析了火儲、火儲-熱泵聯合及熱泵三種儲熱情勢在分歧熱負荷下在儲能過程、釋能過程及全過程的系統效力和調峰機能的變化情況，接著比較了分歧儲/釋能負荷下的系統效力，獲得了合適的儲/釋能負荷戰略，最后剖析了分歧儲/釋能計劃下耦合系統調峰機能和熱力機能等參數，獲得合適的儲/釋能計劃。
1 系統道理
圖1為耦合火電廠靈活改革的卡諾電池儲能系統儲/釋能道理圖，系統包含存儲部門，儲/釋能部門和燃煤電站部門。存儲部門包含兩個太陽鹽儲罐HT1、CT1以及兩個三元Hitec鹽儲罐HT2、CT2。儲能部門包含火儲和熱泵儲熱兩部門，燃煤電廠部門采用國產亞臨界600 MW機組，型號為N600-16.7/537/537，機組回熱采用“三高、四低、一除氧”。
圖 1 耦合火電廠靈活調峰的卡諾電池儲能系統：(a) 儲能過程；(b) 包養網釋能過程
儲能過程：如圖1(a)所示，火儲情勢提取中壓缸IPT進口蒸汽，與CT2中的冷鹽換熱，存儲在HT2中，換熱后的蒸汽前往除氧器，通過下降汽輪機內蒸汽流量的方法下降電廠發電量從而實現調峰。熱泵儲熱情勢將燃煤電站發出的部門電力通過熱泵轉化為熱能存儲在HT1中，通過直接下降電廠對外發電量的方法實現調峰。
釋能過程：如圖1(b)所示，汽輪機組除氧器OFW的部門蒸汽被引出包養女人，經過HT1中的太陽鹽或HT2中的Hitec鹽加熱，然后送回低壓缸LPT1進口做功。用電岑嶺期時，可同時應用鍋爐和熱鹽罐釋放熱量與蒸汽換熱來發電。表1總結了儲熱部門中分歧儲熱情勢對應的儲熱資料和溫度范圍。
表 1 儲熱部門設計參數
2 數學模子及計算方式
2.1數學模子
2.1.1 儲/釋能部門
對于熱泵儲熱部門采用的壓縮機和膨脹機，其進出口的壓力、溫度以及功耗分別為：
(1)
(2)
(3)
對于蒸汽-熔鹽及熱泵循環工質-熔鹽換熱器，其能量均衡方程為：
(4)
式中，表現壓比；表現多變指數；表現質量流量；表現比焓；下標in和out分別表現部件的進出口；下標1和2分別表現換熱器的冷熱流股。
2.1.2 放電部門
鍋爐負荷b為：
(5)
式中，ms、rh、crh和bfw分別為主蒸汽、再熱蒸汽、再熱冷端蒸汽和鍋爐給水的質量流量；ms、rh、crh和bfw分別為主蒸汽、再熱蒸汽、再熱冷端蒸汽和鍋爐給水的焓值。
汽輪機等熵膨脹過程做功為：
(6)
整個汽輪機組的出力可通過累加獲得：
(7)
式中，表現第級的等熵膨脹輸出功；s和m分別表現汽輪機的等熵效力和機械效力；表現進進第級的蒸汽流量；Δ表現第級的等效焓降。
給水加熱模子為：
包養網
(8)
(9)
(10)
式中，表現第包養合約級抽氣比焓，d,表現第級加熱器的疏水比焓，w1,和w2,分別表現第級加熱器進口和出口水比焓；表現加熱器的類型。
2.2機能評價方式
對于耦合系統的機包養網能評價，重要從系統分別在儲能過程、釋能過程以及全過程三方面的系統效力，調峰容量和調峰深度三個指標進行評價。
儲能過程中的耦合系統效力c為：
(11)
儲能過程中的調峰容量和調峰深度Δc和c分別為：
(12)
(13)
釋能過程耦合系統效力可表現為s：
(14)
釋能過程中的調峰容量和包養網ppt調峰深度Δs和s分別為：
(15)
(16)
耦合系統全過程效力可表現為q：
(17)
全過程中的調峰容量和調峰深度分別為Δq和q：
(18)
(19)
式中，c和s分別表現儲能和釋能過程中電廠輸出功率；0表現無儲熱時電廠輸出功率；e表現電廠額定輸出功率；c1和c2分別表現通過火儲和熱泵方法儲熱的熱負荷；c1和c2分別表現通過火儲儲熱和熱泵儲熱方法樹立的冷熱源溫度下對應的卡諾效力；b,c和b,s分別表現儲能和釋能過程中的鍋爐熱負荷。
3 結果她入學時，是他幫忙搬的行李。他還曾經要過她的聯與剖析
耦合系統在儲能過程中可以通過火儲儲熱，也可以通過熱泵循環儲熱。是以，剖析了30%THA、包養75%THA和100%THA三種工況下，純火儲、火儲-熱泵聯合以及純熱泵三種儲能方法機能表現，并探討了分歧耦合計劃的影響。
3.1儲能過程
圖2~圖4展現了分歧負荷和分歧儲能方法下儲能過程的系統效力、調峰容量和調峰深度。由圖2可以看出，由于蒸汽與熔鹽之間的換熱存在損掉，通過儲熱樹立的冷熱源之間的溫差相較于蒸汽放熱前后的溫差更小。是以，火儲儲熱方法會下包養網降耦合系統在儲能過程的系統效力，且電廠負荷和儲熱負荷越高，系統效力下降得越明顯，100%THA，90 MW儲熱負荷時，耦合系統效力下降0.64%。熱泵儲熱方法能夠直接應用汽輪機發電進行儲熱，其在單位儲熱負荷下的對電包養廠發電的下降量更為顯著，是以耦合系統效力下降得也更顯著，100%THA，90 MW純熱泵儲熱負荷時，耦合系統效力相較于無儲熱情況下降了2.35%。由圖3和圖4可以看出，調峰容量和調峰深度與儲熱負荷和電廠負荷均呈現正相關關系。得益于對汽輪機發電的直接應用，純熱泵儲熱在調峰容量和調峰深度方面更具優勢，其調峰容量和調峰深度在儲熱負荷為90 MW時獲得最高值，分別可達63.97 MW和10.65%。儲能過程中，火儲儲熱，火儲-熱泵聯合儲熱和熱泵儲熱方法單位負荷的最年夜調峰容量分別為0.42 MW，0.57 MW和0.71 M小貓在交接時似乎有些不滿，哀鳴了兩聲。W。
3.2釋能過程
圖5和圖6分別為釋能過程包養軟體中分歧儲熱負荷下的系統效力，調峰容量和調峰深度。從圖5可以看出，由于熔鹽與蒸汽換熱時存在溫差損掉，釋能過程耦合系統的效力相較于無儲熱的電廠熱效力更低，且隨著儲熱負荷的增添，釋能過程的系統效力逐漸減小。此外，當電廠以更高的負荷運行時，儲熱負荷的變化對于系統效力的影響更小，當電廠為100%THA，儲熱負荷為90 MW時，耦合系統效力下降量僅為0.63%，而電廠為30%THA，儲熱負荷為30 MW時，耦合系統效力下降量則為2.05%。由圖6可以看出，釋能過程的調峰容量及調峰深度與儲熱負荷和電廠負荷均呈現正相關關系。釋能過程中，分歧電廠運行負荷下，單位儲熱負荷的調峰容量順次為0.30 MW，0.26 MW和0.23 MW。
3.3儲/釋能全過程剖析
表2展現了根據儲/釋能過程中分歧熱負荷制訂的6種全過程運行戰略。圖7～9分別為火儲-熱泵聯合的儲熱情勢在分歧儲能釋能戰略下全過程的系統效力、調峰容量和調峰深度。從圖7可以看出，儲能過程和釋能過程熱負荷雷同時，耦合系統循環效力隨著儲熱負荷的進步而下降，但降幅較小，當儲釋熱負荷為90 MW時，100%THA運行的循環過程僅有0.16%的效力下「明天會有人帶去檢查包養價格，然後我們會在社區裡發布信降，而通過圖8和圖9可以看出，此時的調峰容量和調峰深度則可達78.29 MW和13.04%。是以，儲熱的增添對于電廠的靈活運行是有利的。當儲能過程熱負荷必定時，釋能過程熱負荷越低，耦合系統效力越高；當釋能過程熱負荷必定時，儲能過程熱負荷越高耦合系統效力越高。這是由于釋熱過程中未應用的部門，可以作為備用熱源，用于其他場景。從圖8和圖9可以看出，儲/釋能過程熱負荷越高的戰略，耦合系統的調峰容量和調峰深度也越年夜，如100%THA、75%THA和30%THA工況下的調峰容量和調峰深度最年夜的均為戰略c，但是此時的系統效力在分歧電廠運行工況下均為最低。當電廠以分歧負荷運行時，對于儲釋熱負荷雷同的a，b和c三個運行戰略，其儲/釋能循環過程的單位熱負荷調峰容量順次為0.87 MW，0.79 MW和0.74 MW。
表 2 全過程分歧儲釋能戰略
3.4分歧耦合計劃剖析
為了更好地探討純火儲儲能中儲/釋能過程分歧的蒸汽提取和釋放地位對耦合系統的影響，提出四種分歧的耦合計劃，并剖析了四種計劃在30%THA工況儲能和75%THA工況釋能的系統機能。四種計劃具體如下。
計劃R1：圖1所示計劃；
計劃R2：儲能時，提取高壓缸HPT進口的部門再熱蒸汽和CT2中的低溫熔鹽換熱，換熱后的蒸汽進進低壓缸LPT1進口；釋能過程與R1分歧；
計劃R3：儲能時，提取中壓缸IPT進口的部門主蒸汽和CT2中的低溫熔鹽換熱，換熱后的蒸汽進進低壓缸LPT1進口；釋能過程與R1分歧；
計劃R4：儲能過程與R1分歧；釋能時，通過旁路將部門給水泵出口水加熱台灣包養網到鍋爐給水溫度，儲能過程與R1分歧。
圖10和圖11展現了四種計劃在30%THA工包養網單次況下抽取雷同蒸汽流量時耦合系統的電功率、調峰容量、蓄熱量、系統效力和調峰深度。可以看出，當從中壓缸抽取再熱蒸汽，并在其放熱后前往除氧器時，會同時下降蒸汽在中壓缸和低壓缸的做功，導致汽輪機輸出功率下降顯著，為21.03 MW。但由于此時抽取的蒸汽放熱充足，是以調峰容量、調峰深度和蓄熱量更年夜。當抽取主蒸汽或再熱蒸汽，并在其釋熱后前往低壓缸進口時，僅會下降蒸汽在中壓缸的做功，對汽輪機的輸出功率影響不明顯，如計劃R3，僅能下降6.54 MW。此外，當電廠以低負荷運行時，更年夜的蓄熱量對耦合系統效力的貢獻更為顯著。在計劃R1和R4中，其蓄熱量為68.51 MW，使得耦合系統效力相較于無儲熱設置裝備擺設電廠包養網車馬費效力進步0.12%。儲能過程中，計劃R1~R4的單位儲熱負荷的調峰容量分別為0.31 MW，0.77 MW，0.61 MW和0.31 MW。可以看出，計劃R2的儲熱形式能夠以更低的儲熱負荷實現儲能過程中更高的調峰機能。
圖12展現了4種計劃在75%THA工況下釋能過程耦合系統的電功率、調峰容量調峰深度和系統效力。可以看出，計劃R4釋能過程的電功率、調峰容量和調峰深度表現最優，這是由于其在釋能時將抽取的除氧水直接加熱并送至鍋爐，使得通過汽輪機的蒸汽流量變年夜，汽輪機做功進步，年夜幅增添了電功率、調峰容量和調峰深度。計劃R2和計劃R3的儲能過程的蓄熱量低且釋能過程中部門蒸汽僅通過低壓缸做功，導致輸出電功率、調峰容量和調峰深度較低。包養網dcard釋能過程的耦合系統效力基礎分歧且耦合系統效力均低于無儲熱的火電廠效力，其緣由在于釋能時熔鹽和蒸汽存在較年夜的溫差，會有較年夜的熱損掉，進而導致效力下降。釋能過程中，計劃R1~R4的單位儲熱負荷的調峰容量分別為0.27 MW，0.26 MW，0.26 MW和0.33 MW。可以看出，由于熱能品質顯著下降，計劃R2和計劃R3的單位儲熱負荷的調峰容量在釋能過程中的下降最為顯著。
圖13為儲/釋能全工況下耦合系統機能情況，此中，設置循環周期10 h，儲能5 h，釋能5 h。整個循環周期儲熱過程處于30%THA包養網站工況，釋能過程處于75%THA工況。由圖可知，儲能過程中蒸汽流量必定時，R1和R4的蓄熱量最年夜，R3最小。聯合工況下，調峰容量和調峰深度由高到低順次為：R4、R1、R2和R3。計劃R1~R4包養網的儲/釋能循環過程的單位熱負荷調峰容量順次為0.57 MW，1.03 MW，0.88 MW和0.63 MW。耦合系統效力由高到低順次為：R4、R1、R3和R2。但是，整個循環周期耦合系統效力相差不年夜，最年夜誤差僅為0.431%。綜合而言，考慮到計劃R4在蓄熱量、調峰容量和調峰深度有著較年夜的優勢，且效力略優于其他計劃，雖然其單位儲熱負荷的調峰容量相對較小，計劃R4依然不掉為一種包養金額優選計劃。
4 結論
本任務重要研討了應用熔鹽卡諾電池對火電廠進行靈活性包養網調峰改革，討論了分歧儲熱負荷的火儲儲熱、火儲-熱泵聯合儲熱和熱泵儲熱三種情勢在儲能過程、釋能過程和全過程的系統效力、調峰容量和調峰深度的變化情況。隨后，針對儲/釋熱過程中蒸汽的現實中，事情確實如夢中展開——葉秋鎖的蜂鳴器故障，提取和釋放地位提出了4種分歧的耦合計劃，并比較了4種計劃下耦合系統調峰機能和熱力學機能，具體結論如下：
（1）對于儲能過程，耦合系統的調峰機能會隨著儲熱負荷的進步而增添，當儲熱負荷為90 MW時，可以通過純熱泵儲熱方法獲得最高甜心寶貝包養網63.97 MW的調峰容量和10.65%的調峰深度。在電廠以高負荷運行時，儲熱負荷越高，系統效力越低，且熱泵儲熱方法對系統效力的下降更為顯著。熱泵儲熱方法在調峰容量和調峰深度方面相較于火儲儲熱更具優勢，其單位儲熱負荷的最年夜調峰容量相較于火儲方法可進步69%。
（2）對于釋能過程，耦合系統效力、調峰容量和調峰深度均會隨著儲熱負荷的進步而下降，隨著電廠負荷的進步而進步。電廠滿負荷運行狀態下，90 MW釋熱負荷對耦合系統效力的影響僅為0.63%。由于換熱損掉和較低的熱能品質，釋能過程單位釋熱負荷的調峰容量往往較低，最高僅為0.3 MW擺佈。
（3）對于儲/釋能全過程，儲/釋熱負荷雷同時，進步熱負荷可以獲得較好的調峰機能，同時對耦合系統效力的損掉較小。當儲/釋熱負荷均為90 MW，采取火儲-熱泵聯合儲熱方法的調峰容量和深度分別為78.29 MW和13.04%，此時，單位熱負荷調峰容量為0.87 MW，耦合系統效力僅下降0.16%。此外，進步儲能過程熱負荷同時下降釋能熱負荷可以有用進步全過程耦合系統效力。
（4）對于分歧耦合計劃，需求綜合考慮其系統效力，調峰機能和單位熱負荷調峰容量。抽取主蒸汽并在其釋熱后送回低壓缸，能夠有用進步單位儲包養網熱負荷調峰容量，但蓄熱量包養價格ptt較低。在儲能過程抽取中壓缸的再熱蒸汽并在其釋熱后送回除氧器，在釋能過程中通過旁路將部門給水加熱送進鍋爐，通過這種儲/釋熱方法可以獲得相對較高的蓄熱量、調峰容量和調峰深度以及耦合系統效力，為最優耦合計劃。
符號說明
CT——冷罐
——工質比焓，kJ/kg
——蒸汽焓降，kJ/kgHT——熱罐HPT——高壓缸H——第級加熱器IPT——中壓缸LPT——低壓缸
——質量流量，kg/s
——多變指數
——調峰容量，MW
——負荷，MW
——溫度，KTHA——電廠運行負荷，%
——功，MW
——壓比m——機械效力，%s——等熵效力，%
——調峰深度，%
第一作者：于博旭（1996—），男，博士研討生，重要研討標的目的為卡諾電池儲能，E-mail：boxuny@163.com包養；
通訊作者：徐超，傳授，重要研討標的目的為太陽能熱應用、儲熱和電解水制氫等，E-mail：mechxu@ncepu.edu.cn。
基金信息：國家重點研發計劃項目（2023YFB2406500），國家天然科學基金項目（52376181）。
中圖分類號：TQ 028
文章編號：2095-4239（2025）04-1461-10
文獻標識碼：A
收稿每日天期：2024-10-28
修回每日天期：2包養024-12-13
出書每日天期：2025-04-28
網刊發布每日天期：2025-05-20
郵發代號：80-732
聯系熱線：010-64519601/9602/9643
投稿網址：http://esst.cip.com.cn/CN/2095-4239/home.shtml圖 2 儲能過程耦合系統效力圖 3 儲能過程調峰容量圖 4 儲能過程調峰深度圖 5 釋能過程耦合系統效力圖 6 釋能過程調峰容量和調峰深度圖 7 耦合系統全過程效力圖 8 耦合系統全過程調峰容量圖9 耦合系統全過程調峰深度圖 10 儲能過程耦合系統電功率、調峰容量和蓄熱量
圖 11 儲能過程耦合系統效力和調峰深度圖 12 釋能過程耦合系統電功率、調峰容量、調峰深度和系統效力圖 13 儲/釋能全過程耦合系統蓄熱量、調峰容量、調峰深度和效力
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