电储热供蒸汽前景探讨

电储热供蒸汽前景探讨

张素娟

上海电气集团股份有限公司中央研究院 上海 200070

摘要：含储热系统的光热电站可以利用太阳能热进行发电，在负荷低谷期将热量存储于TES中，在负荷高峰期利用收集到的太阳能热以及TES中储存的热量进行发电。目前西北地区为促进太阳能资源的利用，同时提高系统调度灵活性，已建成并投运了多个含储热光热电站，其中包括青海50MW中广核德令哈光热电站与甘肃100MW首航敦煌光热电站等。CSP电站响应速度快，具有一定的能量时移特性。研究CSP电站作为灵活性电源与火电机组一同提供系统旋转备用服务，并利用其能量时移特性促进系统风电消纳对解决西北地区弃风问题有重要意义。本文基于电储热供蒸汽前景探讨展开论述。

关键词：电储热；蒸汽；前景探讨

引言

在工业生产中有大量的场合需使用工业蒸汽。之前，工业蒸汽主要来自电厂集中供热及一些燃煤小锅炉。但随着我国环保政策的趋严，燃煤小锅炉逐渐被禁止使用，取而代之的是天然气锅炉、生物质锅炉、电锅炉等产品，其中，电锅炉在用户端是完全绿色无污染，但由于电价较高，对应每t蒸汽的能源成本远远超过天然气锅炉及生物质锅炉，故限制了电锅炉的推广使用。现在，我国大多数省市都有峰谷电政策，谷电价格通常为峰电价格的1/2～1/3，如果可以将谷电的能量储存起来，在需要的时候释放出来产生蒸汽，将大大降低产生工业蒸汽的能源成本。

1电/热储能互补协调运行机理

能源利用与环境保护之间的矛盾越来越大，对社会的电能、热能等多种形式的能源需求不断增加，能源问题越来越受到关注。在构建能源互联网、提高能源利用率、促进可再生能源开发、实现能源节约和减排目标方面，有机地协调能源生产、传输和分配、转换、存储、消费等方面具有重要意义。电力系统和热力系统的结合变得紧密，过去，单能源系统的独立计划、独立运行方式已经难以满足社会的能源需求，电力系统和热力系统组成的IES近年来得到了广泛的关注和快速发展。IES包括能源供应网络(电网、供热管网)、电气耦合链接(热电联产、电锅炉等)、能源存储链接(电能存储、热能存储)和最终用户。根据热能储存的安装位置，热能储存分为两类:热电联产的热能储存(TES1)和安装在电气锅炉上的热能储存(TES2)。电能存储(BES)安装在连接了新能源的电网节点上。在新能源放弃和电力负荷峰值场景中，电能/热能储存的补充调整机制包括:①在新能源放弃期间(经常是电负荷谷等段)，BES根据电状态充电；热电联产在调整峰值向下的同时，降低发电功率和加热功率，由TES1补充供暖。电锅炉增加电能和取暖用电量，TES2利用庆典进行蓄热。②电负荷峰值期间，BES根据电状态放电。热电联产为了满足电力负荷需求，可以增加发电功率和加热功率，多余热量由TES1存储。电热锅炉减少电能和取暖用TES2补充供暖。峰谷电价调整、电能储存可以通过“高低储存”获得收益，包含热能储存的热电联产可以通过“高多低传输”获得收益，包含热能储存的电力锅炉可以通过“高低使用”降低成本。

2含储热CSP电站与EH联合运行机理

热存储CSP发电站主要由广场、热存储子系统和热循环子系统(power cycle，PC)组成。吸收太阳光热量并加热热工质(heat-transfer fluid，htf)的光场；HTF可以通过传热平台与TES的导热熔盐一起传热。需要热储存时，高温HTF的热转移到TES的低温导热熔盐中；如果需要热发电，则可以通过TES的高温导热性熔盐加热低温HTF，同时HTF的热量可以用于生成过热蒸汽，从而驱动PC链路蒸汽涡轮机以产生电力。考虑在CSP电站侧安装EH，使用EH的电热容量将多余风力转换为CSP电站的热存储系统，以方便系统风力消耗。考虑电热转换的储热CSP电站及风力发电系统运行框架。通过CSP发电厂和EH的联合运行，系统可以灵活地调整CSP发电厂的输出和EH的电力购买，如果系统断电，则可以减少CSP发电厂的输出，或从电网购买电力，将过剩风力转换为CSP发电厂的TES，从而提高CSP发电厂的调度灵活性。此外，EH是可调节负荷，可以增加或减少充电量，为系统提供负备件或正备件，相当于减少火电厂的旋转备件。因此，在本文档中，EH提供的备用磁盘也称为旋转备用磁盘。

3电/热云储能配置方法流程

分析了用户和云能源存储供应商两个主体的能源存储决策，建立了本文提到的电/热云能源存储综合优化方法。步骤1，用户层。步骤1:输入用户典型日负荷、光伏输出、风力发电、分时电价、燃气价格等原始数据。步骤2:分别为每个电气负荷用户和热负荷用户建模能量存储行为，以设置历史填充能量表达式。步骤3:样式(1)-(23)限制每个期间用户充电和能源存储的物理特性，并根据现有能源存储市场开发计划周期，从而形成每个用户的投资计划模型。步骤4:解决电力负荷用户的预计存储配置和热负荷用户的预计存储配置，以及所有用户每个时段的充电、能量释放、实例分析中方案1的结果。步骤2，云能源存储供应商层次结构。步骤5:云能量存储提供者利用用户能量存储行为的交互，在优化用户层后，为所有电气负荷用户和热负荷用户汇总历史充电能量总和、新的能量充电功率总和。步骤6:云能量存储提供程序设置购买的电力和购买的热电力的数学表达式，以满足用户的能量存储行为。步骤7:从云能源存储供应商的角度，构建整个RIES的电/热云能源存储的全面优化配置模型。步骤8:转换为线性编程问题。步骤9:使用Matlab程式设计，并与CPLEX解析器结合以取得最佳化结果。换句话说，场景分析以场景3的结果为例。步骤10:案例2的分析结果是，移除区域内电气和热的接合关系，并分别最佳化电气荷载使用者和加热荷载使用者云端能源储存规划，而保持其他资料不变。阶段11:从经济性和用户满意度方面分析了3个方案，验证了云能源存储的优点和RIES内电/热云能源存储综合优化的可行性和经济性。

4电储热供蒸汽系统应用方向

通过对市场政策和环境分析，电储热供蒸汽系统有可能在以下三个方向得到应用。1）电站环境由于新能源发电上网不断增加，而新能源发电具有不稳定的特征，因此传统火电站面临越来越大的调峰压力，为此，可在传统火电站安装电储热供蒸汽系统。当机组调峰时将发出的电能直接供给储热系统（最高可将火电站上网电量降为零），之后，在合适的时候使用储热系统产出蒸汽供给电站周围热用户，电站可获得调峰收益和供热费用。2）工业区能源站随着我国电力现货市场改革的推进，部分省、市部分时段已出现零电价甚至是负电价，为此，可在工业区建立能源站，通过电力现货市场购买一天中最廉价时段的电力，储存起来以供给整个工业区用热需求。3）直接用户处直接用户处用电规模相对较小，主要利用谷电为储热系统供能。当用户处谷电价格低于0.3元/kWh，同时配电系统容量足够时，电储热产蒸汽系统就有可能与天然气锅炉进行竞争。

结束语

而随着电厂经营发展的多元化，除居民供暖以外，相当数量的电厂还对周边企业提供高参数工业供汽，因此，如何实现工业供汽机组的热电解耦对提高电网可再生能源比例与供电灵活可靠等具有重大意义。

参考文献

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