[发明专利]一种利用二氧化碳逆循环实现完全热电解耦的热电系统

说明书

本发明公开了一种利用二氧化碳逆循环实现完全热电解耦的热电系统，包括热电机组、二氧化碳逆循环机组及热网管道，其中，热电机组包括热电机组回热系统、锅炉、汽轮机高/中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器及二氧化碳热网加热器，二氧化碳逆循环机组包括蒸汽热网加热器、二氧化碳蒸发器、二氧化碳压缩机及二氧化碳节流阀；热网管道包括热网回水管道及热网供水管道，该热电系统能够完全实现热电解耦，并且具有高效供热、寒冷天气调峰能力高及电‑热转化效率高的特点，同时解决了储热设备容量及供热能力受限制、能源利用率较低的问题。

技术领域

本发明属于热电联产领域，涉及一种利用二氧化碳逆循环实现完全热电解耦的热电系统。

背景技术

从国内电力行业目前的情况来看，我国电力系统调节能力难以完全适应新能源大规模发展和消纳的要求，部分地区出现了较为严重的弃风、弃光问题。2015年，全年弃风电量高达339亿千瓦时，“三北”部分地区弃风和弃光率超过20％。而火电机组特别是煤电机组，在未来相当长一段时期仍是我国“三北”地区的主力电源。通过对煤电机组改造，释放其潜在的灵活性，可有效提高我国电力系统的调节能力，是我国推进高效智能电力系统建设的重要内容。

目前，我国的热电机组主要包含背压机组和抽凝机组两类。背压机组末级透平排汽温度较高，可直接加热热网给水实现供热，这种热电联产机组供热量和发电量的比例由透平背压决定，其热电比基本不具备可调能力。抽凝机组大多是从低压缸之前抽汽，并用该部分抽汽加热热网回水实现供热的，抽凝热电机组供热量和发电量的比例由抽汽参数和抽汽流量决定，其热电比具备一定的调节幅度。但是，受抽汽参数、汽轮机低压缸最小凝器流量等条件的限制，抽凝热电机组提供一定供热负荷时，存在最低的供电负荷。抽凝热电机组的供电负荷调节能力受到供热负荷的严重制约，且供热负荷越大，供电负荷的调节能力越弱。由此可见，目前热电机组“以热定电”的问题非常严重，调峰能力很差。

随着以风电、光电为代表的新能源发电装机容量的显著增长，新能源发电上网负荷的大波动性对我国火电机组的调峰能力提出了更高的要求。火电机组灵活性不足的问题日益显现，尤其是热电机组调峰能力不足的问题更为突出，北方地区采暖季因为火电机组调峰能力差而导致的弃风、弃光问题越来越多。因此，火电机组灵活性改造势在必行，而热电解耦则是热电机组灵活性改造的重点工作之一。

目前，比较常见的热电解耦方法有旁路补偿供热热电解耦技术、储热补偿供热热电解耦技术，电加热补偿供热热电解耦技术等。

旁路补偿供热热电解耦技术：增加高/中压缸的补偿供热旁路，通过将更高参数的蒸汽(甚至锅炉送来的新汽)抽出，通过减压阀降压降温后参与供热。优势：减少高/中压缸的发电量，实现大幅度的热电解耦。有整机旁路时，极端情况下可将整个透平机组旁路掉，实现停机不停炉，锅炉蒸汽直接供暖。可实现热电机组供暖期多次参与应急停机调峰。缺点：锅炉送出的高品质蒸汽直接参与供暖，能效低。

储热补偿供热热电解耦技术：供电负荷高、供热负荷低时，进行储热；供电负荷低，供热负荷高时，储热罐参与补偿供暖。优势：在供电高峰期，将部分抽汽供热的蒸汽用来加热储热设备，该部分抽气通常来自中压缸出口，热品质不是很高，保证了较高的热-热转换效率；在储热设备容量足够大的情况下，可以实现应急停机调峰。缺点：调峰能力受储热容量、储热供热功率等因素制约，热电解耦不彻底；在连续的极冷天气、长时间高供热负荷时，机组无法大量储热，几乎丧失调节能力。

电加热补偿供热热电解耦技术：通过电锅炉，直接将热电机组超发的电转化为热，实现热电解耦。优势：供电负荷调节速度快；热电解耦彻底，可实现深度调峰；可以参与频繁的停机调峰(东北某些风电富裕的地方甚至要求每日至少停机一次)。缺点：电加热补偿技术是一个热-电-热的转换过程，热-电转化效率为机组发电效率(通常低于40％)，电-热转换效率约为100％，整个补偿供热过程的热-热转化效率通常不会超过40％，能源利用效率过低。

发明内容