張宇恒, 宋曉輝, 楊榮貴, 李小波

(1．華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430074;2．西安熱工研究院有限公司,西安 710054)

隨著我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出,電力系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型的步伐進(jìn)一步加快,火電將逐步由提供電力電量的主體電源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏﹄娏坎⒅氐闹涡院驼{(diào)節(jié)性電源?；痣姲l(fā)展的需求不僅要考慮效率,還要能夠靈活運(yùn)行,提供調(diào)頻、調(diào)峰和頂峰的能力[1-2]。目前,火電機(jī)組主要通過機(jī)組的變負(fù)荷運(yùn)行達(dá)到調(diào)節(jié)的目的,但由于鍋爐的響應(yīng)速度較慢,一般自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)指令下達(dá)后需要5～8 min才能響應(yīng)[3],無(wú)法滿足日益頻繁的調(diào)節(jié)需求。另外,為了保證機(jī)組最低穩(wěn)燃和安全要求,鍋爐常規(guī)調(diào)節(jié)以30%負(fù)荷為下限;如果進(jìn)一步下調(diào)負(fù)荷,會(huì)產(chǎn)生鍋爐難以穩(wěn)燃、排放增加和效率降低等問題。近年來(lái),火電與儲(chǔ)能耦合被認(rèn)為是一種較好的可能解決這些問題的方法[4-5]。

火電與儲(chǔ)能具有多種耦合方式[6]。如儲(chǔ)能系統(tǒng)可以用于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電解耦[7]。在中國(guó)北方供暖季,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一般采用“以熱定電”模式運(yùn)行,即供熱量給定時(shí),供電量也確定了,無(wú)法解耦調(diào)節(jié)。因此,如果為了滿足高供熱需求,當(dāng)新能源電力充沛需要往下調(diào)峰時(shí),機(jī)組會(huì)供電過剩;如果滿足電力調(diào)峰需求而降低發(fā)電出力,則供熱能力隨之下降。為了解決以上矛盾,電廠常采用電鍋爐與蓄熱水相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)熱電解耦[8-9],提高機(jī)組發(fā)電與供熱的靈活性,但高品位的電能直接轉(zhuǎn)化為低品位熱能,也造成一定的浪費(fèi)。基于以上電熱轉(zhuǎn)化并耦合儲(chǔ)能的思路,研究人員提出了各種不同的方案。在江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司“與煤電耦合的熔鹽儲(chǔ)熱調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽技術(shù)”項(xiàng)目中,為了滿足工業(yè)供汽量的要求,且同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組的靈活調(diào)峰、調(diào)頻,采用電加熱將機(jī)組所發(fā)的電轉(zhuǎn)化為熱,把熔鹽從280 ℃提高到400 ℃完成充熱,而放熱階段通過加熱給水提供工業(yè)蒸汽,相較于電鍋爐供暖提高了能量利用的效率。為了提高電熱轉(zhuǎn)化效率,還可以通過耦合熱泵實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組過剩電力的電熱轉(zhuǎn)化。例如, Zhang等[10]針對(duì)高背壓機(jī)組調(diào)節(jié)性差的問題,提出了一種耦合熱泵與熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的多級(jí)加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以有效利用冷卻塔的廢熱,提高供熱能力,供熱量比參考系統(tǒng)高6%,同時(shí)消納機(jī)組過剩出力,機(jī)組負(fù)荷比參照系統(tǒng)低10%。

除了通過電-熱轉(zhuǎn)化來(lái)降低機(jī)組出力實(shí)現(xiàn)削峰,火電機(jī)組還需要滿足頂峰需求,因此需要考慮電-熱-電的轉(zhuǎn)化。Yong等[11]提出一種通過電加熱與高溫熔鹽儲(chǔ)能的耦合方式,將退役火電廠改造成電網(wǎng)儲(chǔ)能電站,降低電網(wǎng)儲(chǔ)能成本。在用電低谷時(shí)消納電網(wǎng)過剩電力,通過電加熱器將電轉(zhuǎn)化為約580 ℃的熱存儲(chǔ)在熔鹽中,用電高峰期,熔鹽釋放熱量后通過火電機(jī)組發(fā)電。之后, Yong等[12]為了提高耦合系統(tǒng)的電-電往返效率又提出采用高溫?zé)岜锰娲娂訜?。這些研究對(duì)火電系統(tǒng)均采用了理想化處理,即未考慮鍋爐的運(yùn)行狀況。此外,雖然熱泵可以提高往返效率,但目前尚無(wú)能夠匹配火電主蒸汽溫度的高溫壓氣機(jī)等關(guān)鍵裝備。近年來(lái),也有許多人提出火電抽汽蓄能的概念,即通過抽取高溫蒸汽降低機(jī)組負(fù)荷,同時(shí)利用過熱蒸汽、煙氣與儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱實(shí)現(xiàn)熱能存儲(chǔ),放熱階段可以在鍋爐負(fù)荷保持不變的情況下進(jìn)行,利用存儲(chǔ)熱量加熱給水或蒸汽來(lái)提高機(jī)組的發(fā)電能力。例如,Zhang等[13]提出了一種利用煙氣和鍋爐主蒸汽加熱熔鹽進(jìn)行儲(chǔ)能調(diào)峰的方法,結(jié)果顯示當(dāng)鍋爐保持穩(wěn)定負(fù)荷時(shí),機(jī)組最小出力可以從30%降低到14.5%,往返效率可以達(dá)到85%。從理論上講,燃煤電廠中的抽汽儲(chǔ)熱方案有很多[14],充熱方案有主蒸汽抽汽排至高壓加熱器或低壓加熱器、再熱蒸汽抽汽排至低壓缸等;放熱方案有取代高壓加熱器、低壓加熱器放熱和低壓缸放熱等。

筆者針對(duì)再熱蒸汽抽汽蓄能耦合熔鹽熱儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行研究,放熱過程采用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生主蒸汽和再熱蒸汽,研究了充熱階段和放熱階段的熱力過程,探究?jī)?chǔ)熱溫度等參數(shù)對(duì)耦合系統(tǒng)熱力性能參數(shù)的影響。

1 耦合模型

圖1給出了基于再熱蒸汽抽汽-熔鹽儲(chǔ)能的火電系統(tǒng)耦合模型,超臨界機(jī)組選取N600-24.2 MPa/566 ℃/566 ℃。耦合系統(tǒng)在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了儲(chǔ)熱單元、充熱單元和放熱單元。對(duì)于燃煤電廠來(lái)說,對(duì)靈活性起決定性作用的主要是最小負(fù)荷,最小負(fù)荷主要受到鍋爐穩(wěn)燃的最小熱負(fù)荷限制。因此,如果將鍋爐產(chǎn)生的熱量在進(jìn)入汽輪機(jī)之前進(jìn)行儲(chǔ)存,就可以有效改變?nèi)济弘姀S的最小負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷與汽輪機(jī)負(fù)荷的解耦。

圖1 基于再熱蒸汽抽汽-熔鹽儲(chǔ)能的火電系統(tǒng)

儲(chǔ)熱單元采用雙罐式熔鹽儲(chǔ)熱,充熱時(shí),鍋爐保持一定的低負(fù)荷運(yùn)行,抽取再熱蒸汽(566 ℃,1.18 MPa),通過蒸汽/熔鹽換熱器換熱,蒸汽溫度降至330 ℃,經(jīng)過節(jié)流后與汽輪機(jī)中壓缸排汽合流,進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功。熔鹽從低溫熔鹽罐經(jīng)過蒸汽/熔鹽換熱,再通過電加熱器加熱提溫后流入高溫罐實(shí)現(xiàn)蓄熱。在考慮換熱溫差的情況下,需要引入電加熱器使高溫罐的溫度在放熱時(shí)匹配主蒸汽溫度,此處假設(shè)所使用的電來(lái)自發(fā)電機(jī)組自身的出力。放熱時(shí),鍋爐保持一定的高負(fù)荷,熔鹽通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過熱器)加熱鍋爐給水(279 ℃, 25.2 MPa)產(chǎn)生超臨界蒸汽(566 ℃, 24.2 MPa),并與鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽合流進(jìn)入高壓缸做功,高壓缸排汽(326 ℃,4.8 MPa)通過再熱器加熱至566 ℃后重新進(jìn)入中壓缸做功。需要說明的是:考慮到充放熱過程的蒸汽參數(shù)和換熱溫差,熔鹽的工作溫度區(qū)間約為315～581 ℃;同時(shí),近些年多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開展了一系列提高硝基熔鹽使用溫度的研究[15-17],太陽(yáng)鹽(60%w(NaNO3)+40%w(KNO3))的工作溫度有望滿足圖1中所需要的耦合溫度。因此,筆者采用太陽(yáng)鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì),并假設(shè)其工作溫度能夠達(dá)到580 ℃,其熱物性參照EBSILON軟件物性庫(kù),物性庫(kù)溫度上限可達(dá)600 ℃。

筆者使用STEAG公司開發(fā)的EBSILON軟件對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算,首先使用調(diào)門全開(VWO)工況的熱力參數(shù)進(jìn)行“設(shè)計(jì)工況”模式下的建模,然后在“非設(shè)計(jì)工況”模式下進(jìn)行變工況模擬。在建模過程中對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化:(1)忽略汽輪機(jī)的軸封、閥桿漏氣損失;(2)忽略系統(tǒng)中各設(shè)備與管道的散熱損失;(3)假設(shè)發(fā)電機(jī)效率為99%,汽輪機(jī)機(jī)械效率為99.8%。

為了驗(yàn)證模擬計(jì)算的有效性,采用原始燃煤機(jī)組熱平衡圖的100%熱耗率驗(yàn)收(THA)工況下的數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?模擬值與設(shè)計(jì)值差距較小,可認(rèn)為模擬有效可信。

表1 THA工況下模擬值與設(shè)計(jì)值的對(duì)比

2 儲(chǔ)熱系統(tǒng)模擬方法

充、放熱過程示意圖如圖2所示。充熱過程中,機(jī)組保持30%THA負(fù)荷,通過抽取再熱蒸汽加熱熔鹽,換熱后經(jīng)節(jié)流(330 ℃,6.8 bar)進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸繼續(xù)做功,熔鹽經(jīng)過電加熱提溫后進(jìn)行儲(chǔ)存。充熱過程分為2個(gè)子過程:蒸汽-熔鹽換熱過程和熔鹽的電加熱過程。在再熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸前,抽取一定量的再熱蒸汽用于蒸汽熔鹽換熱,抽取流量的限制為抽取蒸汽后汽輪機(jī)流量不低于額定流量的10%以避免葉片損傷[18]。

圖2 充、放熱過程示意圖

通過抽取蒸汽流量,可以確定換熱過程的換熱量為

(1)

式中:Q1為換熱量,kW;qm1為蒸汽質(zhì)量流量,t/h;hs,1和hs,2分別為蒸汽的入口焓和出口焓,kJ/kg。

該換熱過程中的平均換熱溫差可以表示為

(2)

式中:ΔTm為平均換熱溫差,K;Ts,1、Tms,1分別為蒸汽和熔鹽的入口溫度;Ts,2、Tms,2分別為蒸汽和熔鹽的出口溫度。其中熔鹽的入口溫度即為熔鹽的低溫儲(chǔ)熱溫度。

蒸汽/熔鹽換熱后,需要通過電加熱將熔鹽加熱至所需的高溫儲(chǔ)熱溫度,其電加熱功率Pe為

(3)

式中:hms,h為熔鹽高溫儲(chǔ)熱溫度的焓,kJ/kg;hms,1為熔鹽低溫儲(chǔ)熱溫度的焓,kJ/kg;hms,2為換熱過程中熔鹽的出口焓,kJ/kg。

儲(chǔ)能功率P為

P=Pe+Q1

(4)

儲(chǔ)熱過程采用低溫儲(chǔ)罐和高溫儲(chǔ)罐組成的雙罐系統(tǒng),儲(chǔ)熱過程中的熱損失假設(shè)為每天0.5%[19],儲(chǔ)熱時(shí)間假設(shè)為12 h。

放熱過程中,鍋爐保持100%負(fù)荷,機(jī)組在100%THA負(fù)荷基礎(chǔ)上增大給水流量,由熔鹽加熱多余的給水和多余的高壓缸排汽(蒸汽再熱)。放熱過程包含產(chǎn)生主蒸汽和產(chǎn)生再熱蒸汽2個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程。

如圖3(a)所示,產(chǎn)生主蒸汽過程中,由于蒸汽物性在相變點(diǎn)附近的急劇變化,換熱過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫差極小的“夾點(diǎn)”[10]。此時(shí)平均換熱溫差不能再準(zhǔn)確評(píng)價(jià)換熱過程的溫度差距,因此選擇夾點(diǎn)溫差作為換熱過程的一個(gè)參數(shù)。

(a) 蒸汽比熱容隨溫度的變化

在熔鹽-蒸汽的換熱過程中,在夾點(diǎn)溫差不變的情況下,熔鹽的出口溫度變化會(huì)對(duì)入口溫度產(chǎn)生劇烈影響。如圖3(b)所示,虛線和點(diǎn)劃線分別代表出口溫度下降和出口溫度上升2種情況。結(jié)果顯示,虛線的換熱過程相對(duì)初始狀況的換熱過程在夾點(diǎn)溫差不變的條件下,熔鹽出口溫度下降約5 K,所需入口溫度上升約20 K。而點(diǎn)劃線的換熱過程相對(duì)初始狀況的換熱過程,熔鹽的出口溫度上升約20 K,對(duì)所需進(jìn)口溫度幾乎沒有影響,這是由于熔鹽進(jìn)口溫度已經(jīng)很接近蒸汽溫度,難以進(jìn)一步變化。

在熱力學(xué)上,根據(jù)放熱過程入口、出口溫度可以確定夾點(diǎn)溫差:

ΔTpinch=f1(Tms,h,Tms,3,Tw,in,Ts,main)

(5)

式中:ΔTpinch為放熱過程的夾點(diǎn)溫差,K;Tms,3為放熱過程熔鹽經(jīng)過換熱之后的出口溫度,℃;Tw,in、Ts,main分別為鍋爐給水溫度和主蒸汽溫度,℃;函數(shù)f1取決于換熱工質(zhì)的物性參數(shù)和換熱過程的入口和出口參數(shù)。

由于機(jī)組的熱力平衡,產(chǎn)生的再熱蒸汽流量與產(chǎn)生的主蒸汽質(zhì)量流量有一定關(guān)聯(lián):

qm,reheat=f2(qm,main)

(6)

式中:qm,reheat、qm,main分別為放熱換熱器產(chǎn)生的再熱蒸汽質(zhì)量流量和主蒸汽質(zhì)量流量,kg/s;函數(shù)f2受到機(jī)組不同工況下熱力平衡的影響。

產(chǎn)生再熱蒸汽過程的平均換熱溫差為

(7)

式中:Ts,reheat為再熱蒸汽溫度,℃;Ts,in為蒸汽再熱前的溫度,℃;Tms,4為該過程熔鹽的出口溫度,℃。

由于該過程的流量較小,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的影響較小,可以假設(shè)該過程的平均換熱溫差為定值。

最后,需要限制放熱過程的兩股熔鹽合流后達(dá)到熔鹽的低溫儲(chǔ)熱溫度:

Tms,1=f3(Tms,3,Tms,4)

(8)

其中,函數(shù)f3受到2個(gè)放熱換熱器的換熱功率及工質(zhì)流量影響。

模擬的主要參數(shù)如表2所示。

表2 模擬中使用的參數(shù)

3 結(jié)果與分析

圖1耦合系統(tǒng)中,系統(tǒng)的參數(shù)直接影響系統(tǒng)效率,這些因素主要包括熔鹽的冷熱罐儲(chǔ)熱溫度、水/蒸汽與熔鹽的換熱溫差,而系統(tǒng)在不同負(fù)荷之間的充放熱主要影響儲(chǔ)能總量。熔鹽的低溫罐儲(chǔ)熱溫度與充、放熱的換熱過程相關(guān)聯(lián),在充熱過程中其等于熔鹽入口溫度,在放熱過程中等于熔鹽出口溫度,其與高溫罐溫度、電加熱功率等有關(guān),進(jìn)而影響系統(tǒng)效率。

充熱過程中,低溫儲(chǔ)熱溫度影響蒸汽/熔鹽的換熱過程。在給定的平均換熱溫差下,熔鹽的低溫儲(chǔ)熱溫度越高,換熱后熔鹽的出口溫度越低。

放熱過程中,由于夾點(diǎn)溫差的存在,熔鹽的低溫儲(chǔ)熱溫度對(duì)所需的熔鹽入口溫度有一定影響。低溫儲(chǔ)熱溫度越低,就需要更高的入口溫度來(lái)避免夾點(diǎn)。

假設(shè)ΔTm、ΔTpinch均為10 K時(shí),圖4給出了充熱過程中經(jīng)過蒸汽/熔鹽換熱器換熱后的熔鹽出口溫度、高溫儲(chǔ)罐溫度以及電加熱功率隨低溫儲(chǔ)熱溫度的變化情況。計(jì)算中,蒸汽側(cè)的入口參數(shù)設(shè)為566 ℃,1.18 MPa。當(dāng)給定ΔTm時(shí),隨著Ts,1的上升,低溫端蒸汽與熔鹽的溫差減小,高溫端蒸汽與熔鹽的溫差增大,熔鹽的出口溫度降低。在放熱過程中,熔鹽與超臨界水/蒸汽換熱,超臨界水/蒸汽的入口和出口溫度分別為279 ℃和566 ℃。當(dāng)?shù)蜏貎?chǔ)熱溫度從319 ℃下降到309.8 ℃時(shí),所需的高溫儲(chǔ)熱溫度從566 ℃快速升至600 ℃。而當(dāng)?shù)蜏貎?chǔ)熱溫度高于319 ℃時(shí),高溫儲(chǔ)熱溫度只需要略高于566 ℃即可保證夾點(diǎn)溫差大于10 K。電加熱所需的功率如圖4中虛線所示,Tms,h與Tms,2之差決定了電加熱的功率,在低溫儲(chǔ)熱溫度為319 ℃時(shí),電加熱功率出現(xiàn)最小值。

圖4 充熱過程換熱器熔鹽出口溫度、所需高溫儲(chǔ)熱溫度及電加熱功率的變化

由于ΔTm、ΔTpinch的不同,上述溫度和電加熱功率的變化規(guī)律也不同,計(jì)算結(jié)果如圖5所示。可以看出,ΔTm越大,充熱過程的熔鹽出口溫度越低,所需要的電加熱功率也越高。另外,隨著ΔTpinch升高,儲(chǔ)熱的最低可用溫度越高,最低電加熱功率出現(xiàn)的溫度也越高,同時(shí)最低電加熱功率也有所上升。

(a) ΔTpinch=5 K

充熱過程的能量包含蒸汽換熱量和電加熱器電耗,為了評(píng)估充放電往返的效率,定義等效往返效率η為放熱過程中機(jī)組額外的發(fā)電量與充熱過程中機(jī)組減少的發(fā)電量之比:

(9)

式中:Wdischarge和Wcharge分別為系統(tǒng)放熱、充熱時(shí)的電輸出功率,MW;WTHA100和WTHA30分別為原機(jī)組100%THA和30%THA工況下的電輸出功率,MW;tdischarge和tcharge分別為放電時(shí)間和充電時(shí)間,h。

不同條件下電加熱的功率差別很大,因此系統(tǒng)的等效往返效率也變化較大。從圖6可以看出,當(dāng)夾點(diǎn)溫差從5 K增加至15 K時(shí)會(huì)導(dǎo)致最高等效往返效率從88.2%降低至85.0%,降低3.2百分點(diǎn),同時(shí)最佳儲(chǔ)熱溫度從314 ℃升高至324 ℃,最低可用溫度從305 ℃升高至315 ℃,這同時(shí)會(huì)降低熔鹽的儲(chǔ)熱溫區(qū)。相對(duì)地,充熱過程的平均換熱溫差并不會(huì)影響儲(chǔ)熱溫度的可用區(qū)間和最佳儲(chǔ)熱溫度,平均換熱溫差從5 K增加至15 K時(shí),最高等效往返效率從89.5%降低至85.8%,降了3.7百分點(diǎn),這是由于充熱平均換熱溫差對(duì)電加熱溫度區(qū)間影響較大,電加熱功率越大,等效往返效率越低。

(a) ΔTm=10 K

選取ΔTm、ΔTpinch均為10 K,低溫儲(chǔ)熱溫度在該條件下的最優(yōu)值為319 ℃,充、放熱時(shí)間比為1∶1時(shí),儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域如圖7所示。從圖7可以看出,在充熱過程中,隨著充熱功率的上升,系統(tǒng)的電負(fù)荷下降,在抽汽量最大時(shí),儲(chǔ)能功率為54 MW,電加熱功率為2.5 MW,抽汽質(zhì)量流量為400 t/h,電負(fù)荷從30%下降至24.3%。而在放熱過程中,電負(fù)荷最高可以從100%上升至105.1%。

圖7 耦合系統(tǒng)的運(yùn)行范圍及等效往返效率

以上述條件下最大功率工況為基準(zhǔn),保持各設(shè)備參數(shù)不變,調(diào)整抽汽量,得到各充、放熱功率下的等效往返效率如圖7所示。隨著抽汽量的增大,等效往返效率逐漸提高,最高可達(dá)87.1%,這是由于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)工況(最大抽汽工況)下溫度互相匹配為原則。當(dāng)抽汽量下降時(shí),由于充熱過程蒸汽釋放至低壓缸時(shí)溫度不匹配,冷熱蒸汽相互混合,導(dǎo)致效率下降。

根據(jù)前文分析結(jié)果,以模擬的最優(yōu)結(jié)果配置熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng),儲(chǔ)熱功率為54 MW,其中電加熱器功率為2.5 MW,儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)按照目前國(guó)內(nèi)每日平均頂峰和深調(diào)4 h考慮,則整體儲(chǔ)能容量為216 MW·h,運(yùn)行模式為一充一放?？紤]到放熱階段蒸汽直接回到高壓缸,主蒸汽溫度和壓力均較高,系統(tǒng)改造成本也相應(yīng)增加,按照現(xiàn)有熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)造價(jià)估算,工程靜態(tài)總投資約14 000萬(wàn)元。增加儲(chǔ)能系統(tǒng)后方案的收益主要來(lái)自放熱階段的頂峰收益和儲(chǔ)熱階段的深調(diào)收益,以日前試點(diǎn)的電力現(xiàn)貨交易市場(chǎng)的參考報(bào)價(jià)為例,頂峰時(shí)段報(bào)價(jià)0.85元/(kW·h),深調(diào)階段報(bào)價(jià)0.75元/(kW·h),年運(yùn)營(yíng)天數(shù)300 d計(jì)算,則增加儲(chǔ)能后年收益約6 200萬(wàn)元。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本主要來(lái)自電加熱器的用電成本,按照0.49元/(kW·h)計(jì),則年運(yùn)營(yíng)成本約176萬(wàn)元。由此可知該方案的內(nèi)部收益率約42.1%,投資回收期2.37 a。

與單獨(dú)的電加熱系統(tǒng)[10]相比,抽汽+電加熱系統(tǒng)與原始燃煤機(jī)組耦合程度更高,能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽、熔鹽的溫度匹配,減少熱力過程中的能量損失,達(dá)到更高的等效往返效率,但同時(shí)系統(tǒng)更加復(fù)雜,相對(duì)電加熱系統(tǒng)的靈活充電,抽汽+電加熱系統(tǒng)的效率依賴于其運(yùn)行工況,在設(shè)計(jì)工況下等效往返效率約為87.1%,而純電加熱方案的往返效率僅有約42%。

4 結(jié)論

(1) 本文研究了一種基于再熱蒸汽抽汽-熔鹽儲(chǔ)能的火電聯(lián)合系統(tǒng)。研究結(jié)果表明,熔鹽的低溫儲(chǔ)熱溫度同時(shí)影響充熱和放熱過程,會(huì)對(duì)系統(tǒng)效率有較大影響。隨著低溫儲(chǔ)熱溫度的升高,充熱的電加熱過程功率先降低后升高,系統(tǒng)等效往返效率先升高后降低,在某個(gè)低溫儲(chǔ)熱溫度下等效往返效率存在最優(yōu)值。

(2) 充熱過程的溫差對(duì)系統(tǒng)等效往返效率有較大影響,當(dāng)平均換熱溫差從5 K增加到15 K時(shí),往返效率能降低約3.7百分點(diǎn)。放熱過程的“夾點(diǎn)”溫差不僅會(huì)影響系統(tǒng)的等效往返效率,還會(huì)影響儲(chǔ)熱溫度的最優(yōu)值和最低值。夾點(diǎn)溫差從5 K增加到15 K時(shí),往返效率降低約3.2百分點(diǎn),最佳儲(chǔ)熱溫度從324 ℃降低至314 ℃。選取儲(chǔ)熱溫度319 ℃、充熱過程平均換熱溫差10 K、放熱過程夾點(diǎn)溫差10 K,儲(chǔ)能系統(tǒng)的等效往返效率最高可達(dá)約87.1%。充熱時(shí)儲(chǔ)能功率約為54 MW,系統(tǒng)的電負(fù)荷最低可以從30%下降至24.3%,放熱時(shí)系統(tǒng)的電負(fù)荷可以從100%上升至105.1%。