CN115789616A - 一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法。利用低谷电加热熔盐储能由于电加热功率受限于厂用电设计而储热容量受限，不具备参与深度调峰能力。本发明主要解决蒸汽加热熔盐储能机组调峰深度的控制方法：就是通过大容量熔盐储能技术，把机组深度调峰时段多余的抽汽热能储存在熔盐中，储热抽汽加热过程参与机组辅助调频；在机组升负荷阶段则把蒸汽储能释放出来用于加热高加给水，间接提升机组升负荷速率，达到进一步提升机组深调升负荷爬坡速率目的，增强机组深度调峰能力。本发明用于熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制，同时也可以有效改进机组二次调频的控制方法和调节性能。

Description

一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法

技术领域：

本发明涉及涉及一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法。

背景技术：

双碳“目标推动新型电力系统建设，火电机组灵活性改（制）造全面启动，新型储能技术被大量应用到机组灵活性改造和制造中，其中热熔盐储能技术具有明显的技术和市场推广优势，目前国内利用熔盐储能技术提升火电机组灵活性主要有两条技术路线：

1.是利用低谷电加热熔盐储能：在机组低负荷阶段利用储能换热器加热给水生成供热蒸汽稳定机组供热，储能装置加热电源来自厂用电或者改造备用电源，通过电加热控制装置响应机组调频指令参与机组调频，获得电网辅助调频服务收益。由于电加热功率受限于厂用电设计而储热容量受限，不具备参与深度调峰能力。

2.利用机组蒸汽储能：在机组降负荷阶段用高温高压抽汽加热熔盐储存能量，在机组升负荷阶段利用储能辅助供热和加热凝结水，储热阶段可以辅助提高机组调频能力，储热释放阶段可以辅助稳定供汽。此方案的缺点是不具备参与深度调峰能力，储热释放阶段不能提高机组升负荷速率，尚无利用蒸汽加热进行熔盐储能，参与机组深调控制策略的研究和工程应用。

发明内容：

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，该方法包括如下步骤：

一、储热过程控制；

机组进入了深调阶段，则在锅炉主控输出不变，维持锅炉稳燃负荷点L_M的前提下，V_C首先辅助控制发电功率按AGC指令下降到目标负荷，再继续维持蒸汽储热功率，直到高低温储罐熔盐温度达到设计温度终止；

二、放热过程控制；

启动高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L或者停止储罐熔盐加热循环，熔盐泵接收AGC升负荷指令，利用高温熔盐热能加给水；

三、机组控制方式自动切换方法；

汽机主控逻辑修改增加“深调模式”逻辑，在锅炉指令小于稳燃负荷L_M 且锅炉主控在自动时，手动投入深调模式，汽机维持机前压力，锅炉维持最低稳燃负荷不变，让储热装置控制机组功率到目标负荷并维持储热到储罐额定温度；

四、深调阶段汽机侧能量平衡计算；

在机组进入“深调”阶段后，锅炉负荷稳定在最低稳燃负荷不变，汽机侧因抽汽储能会出现发电功率明显低于锅炉负荷情况，为此必须对机测功率进行补偿计算，把储能抽汽热功率增加到汽机侧电热总功率中，维持能量整体平衡，确保机组协调控制模式能正常投入。

所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，所述的储热过程控制具体过程为：

（1）满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，通过响应机组AGC负荷指令；

（2）控制储能汽源控制站的控制阀门V_C开度，间接辅助控制机组功率，通过功率补偿回路改善调节性能，通过再热气温边际偏差限制控制气温偏差，实现机组辅助调频功能；

（3）如果机组进入了深调阶段，则在锅炉主控输出不变，维持锅炉稳燃负荷点L_M的前提下，V_C首先辅助控制发电功率按AGC指令下降到目标负荷，再继续维持蒸汽储热功率，直到高低温储罐熔盐温度达到设计温度终止。

所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，所述的放热过程控制的具体过程为：在升负荷阶段，AGC辅助调频与深度调峰升负荷时段，满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，启动高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L或者停止储罐熔盐加热循环，熔盐泵接收AGC升负荷指令，利用高温熔盐热能加给水；

同时高加抽汽调门协同调节，依据末端给水温度来控制抽汽调门V₀ ，0#高加抽汽流量减少直至关闭，间接提升机组升负荷速率，增强机组深度调峰能力。

有益效果：

1.本发明不但储热过程实现调频功能，还可同时满足放热过程调频和调峰快速升负荷需求；利用高温熔盐加热给水来响应机组功率调节，同时利用0#高加抽汽调门控制跟踪给水温度最终实现了辅助机组调频。

2.本发明降负荷储热过程通过高缸抽汽储热调门直接加热熔盐储能，使机组AGC二次调频的速率会大幅度提高；升负荷放热过程通过控制汽轮机0#抽汽阀门开度响应给水温度来间接控制机组功率辅助机组调频，调频调节性能也会明显提高。

3.本发明降负荷阶段控制策略增加了“深调模式”逻辑，锅炉维持稳燃负荷变，储能蒸汽调门响应机组AGC指令逻辑进行熔盐储能，直到机组负荷逐步降低负荷到目标值；调峰时段继续维持储热功率直到储罐熔盐温度达到设定值自动结束或者因升负荷需要结束储能过程；升负荷阶段利用熔盐泵转速控制加热高加给水的热功率，同时利用0#高加抽汽调门跟踪给水温度减少抽汽量来间接提升机组升负荷速率，达到提升机组深调能力的目的。

4.本发明在机组深调过程中，控制策略保持锅炉稳燃负荷不变，汽机维持机前压力确保工况稳定，利用控制高压缸抽汽调门来储存锅炉多余蒸汽能量并响应机组降负荷功率，储热逻辑中还增加了再热气温偏差限制，可以按程序逐步减少再热蒸汽流量从而提高了再热蒸汽温度，控制策略可以有效提高低负荷阶段低压缸进汽过热度，有效提升机组运行安全性配合机组深调。

附图说明：

附图1是蒸汽加热熔盐储能提升调节灵活性和调峰深度原理示意图；

附图2是抽汽加热储能工艺系统示意图；

附图3是储热过程汽源控制站V_C，控制逻辑图；

附图4是放热过程熔盐泵转速控制逻辑图；

附图5是放热过程0#高加抽汽调门V₀控制逻辑图；

附图6是深调汽机主控逻辑图；

附图7是深调锅炉主控逻辑图；

附图8是深调阶段汽机侧能量平衡计算回路图。

具体实施方式：

参照图1，以百万机组一次再热机组辅助调频、调峰为例，采用高缸高温高压抽汽汽源，控制系统接受机组调频、调峰信号，调控蒸汽加热功率（蒸汽流量）来间接控制机组功率，并使熔盐最终达到设定温度。利用低谷负荷阶段长时间加热熔盐储能，把深调阶段多余的蒸汽能储存在熔盐中，达到间接响应机组辅助调频和深度调峰的目的。低谷调峰同时增加高缸抽汽量提高了再热蒸汽温度（有效降低了再热蒸汽流量），可以有效配合机组深调；升负荷阶段（深度调峰时段）采用高温熔盐加给水，同时协同调节高加抽汽量减少直至关闭，间接提升机组升负荷速率，增强机组深度调峰能力（包括深调最低负荷水平和降、升负荷速率）；

系统工艺流程构成：工艺系统由低温储罐单元、高温储罐单元、高温熔盐换热器、低温熔盐换热器、储能汽源控制站及其控制阀门V_C、凝结水加热器、0#高压加热器（给水末级蒸汽加热器）及其控制阀门V₀组成。各单元功能和工艺要求说明如下：

（1）高温储罐单元：由储罐、高温蒸汽加热器、循环泵与管道阀门组成的内循环系统，蒸汽加热器用来加热熔盐且功率可调，内循环系统用来保证罐内熔盐循环加热直到设定温度，高温储罐单元简易工艺流程图如图2所示抽汽加热储能工艺系统示意图；

（2）低温储罐单元：由储罐、低温蒸汽加热器、低温循环泵与管道阀门组成的内循环系统，蒸汽加热器用来加热熔盐且功率可调，内循环系统用来保证罐内熔盐循环加热直到设定温度，低温储罐单元简易工艺流程图如图2所示抽汽加热储能工艺系统示意图。

（3）高温熔盐换热器：用来利用熔盐储能加热高温给水，加热功率通过高温循环泵流量来调节，在储能释放过程中随同低温换热器一起具有一定范围调节最终给水温度的功能，熔盐换热循环设计流量依据提高给水温升范围和换热器效率计算设定。

（4）低温熔盐换热器：用来利用熔盐储能加热低温给水，加热功率通过高温循环泵流量来调节，实际运行高、低温换热器熔盐流量是一致的，在储能释放过程中随同高温换热器一起具有一定范围调节给水最终温度的功能。

（5）高、低温熔盐泵：为溶融盐换热与加热循环提供动力，高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L均自带电加热器，确保任何时候熔融盐流经泵体是不会降温增加流动阻力；在加热过程中出口阀（V_H和V_L）关闭熔融盐进行内循环升温到设定温度，在释放热能过程中出口阀打开熔融盐进行外循环加热给水，且流量可调使给水升温到设定温度范围。

（6）储能汽源控制站：汽源控制站汽源来自0#号抽汽（机组抽汽温度最高）逆止门，通过两个高、低压调节阀分别向高温加热器和低温加热器供汽同步加热罐内熔盐，其中低压调节阀同时具有降压调节流量的功能，高温熔盐加热器排汽压力温度较高，排汽余热用来加热凝结水回收热能 。

（7）凝结水加热器：利用高温储罐熔盐加热器排汽余热，输入配套专用热凝结水加热器中，加热凝结水回收余热，有效提高加热蒸汽热能利用效率。

（8）0#高压加热器：0#高压加热器是高压给水加热末端最后一个加热器，机组正常运行过程中加热器投入抽汽阀门全开，在储能设备释放热能加热给水过程中，0#号高加抽汽调门V₀逐渐关小直到完全关闭，减少机组抽汽量可以间接提高机组发电功率。

1）储热过程控制：满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，通过响应机组AGC负荷指令,控制储能汽源控制站的控制阀门V_C开度，间接辅助控制机组功率，通过功率补偿回路改善调节性能，通过再热气温边际偏差限制控制气温偏差，实现机组辅助调频功能；如果机组进入了深调阶段（自动生成深调模式），则在锅炉主控输出不变（维持锅炉稳燃负荷点L_M）的前提下，V_C首先辅助控制发电功率按AGC指令下降到目标负荷，再继续维持蒸汽储热功率，直到高低温储罐熔盐温度达到设计温度终止。控制程序逻辑图如下3所示储热过程汽源控制站V_C控制逻辑图和图7所示深调锅炉主控逻辑修改（深调指令）。

2）放热过程控制：在升负荷阶段（AGC辅助调频与深度调峰升负荷时段），满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，启动高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L（或者停止储罐熔盐加热循环），熔盐泵接收AGC升负荷指令，利用高温熔盐热能加给水；同时高加抽汽调门协同调节（依据末端给水温度来控制抽汽调门V₀ ）0#高加抽汽流量减少直至关闭，间接提升机组升负荷速率，增强机组深度调峰能力（包括深调最低负荷水平和升负荷速率）。控制程序逻辑图如下4所示放热过程熔盐泵转速控制逻辑图和图5所示放热过程0#高加抽汽调门V₀控制逻辑图。

3）机组控制方式自动切换方法：深调阶段汽机和锅炉主控逻辑均需进行修改：汽机主控逻辑修改增加“深调模式”逻辑，在锅炉指令小于稳燃负荷L_M 且锅炉主控在自动时，可以手动投入深调模式，汽机维持机前压力，锅炉维持最低稳燃负荷不变，让储热装置控制机组功率到目标负荷并维持储热到储罐额定温度。

控制程序逻辑图如图6所示深调汽机主控逻辑（修改增加深调模式逻辑）和图7所示深调锅炉主控逻辑修改（增加深调指令切换逻辑）。

4）深调阶段汽机侧能量平衡计算方法

在机组进入“深调”阶段后，锅炉负荷稳定在最低稳燃负荷不变，汽机侧因抽汽储能会出现发电功率明显低于锅炉负荷情况，为此必须对机测功率进行补偿计算，把储能抽汽热功率增加到汽机侧电热总功率中，维持能量整体平衡，确保机组协调控制模式能正常投入，汽机侧汽机负荷计算回路如下图8所示深调阶段汽机侧能量平衡计算回路：

现有技术通过蒸汽储能是控制蒸汽流量间接参与辅助调频，储能释放利用蒸汽发生器来产生蒸汽辅助供热，或者加热凝结水提高给水温度，储能放热过程不能调频。本专利同时满足放热过程调频和调峰快速升负荷需求，利用高温熔盐加热给水，同时利用0#高加抽汽调门控制跟踪给水温度实现了辅助机组调频。

降负荷过程控制策略通过高缸抽汽储热调门直接加热熔盐储能，储能容量和功率可以有效增大，使机组AGC二次调频的速率会大幅度提高，并考虑储能过程再热气温温偏变差限制要求；放热过程利用熔盐泵转速控制加热高加给水的热功率，间接响应控制机组功率辅助机组调频，最终通过控制汽轮机0#抽汽阀门开度响应给水温度来实现，升负荷过程调节性能也会明显提高；

在原有主机设计调峰深度的基础上，当机组负荷指令低于稳燃负荷时，控制策略增加了“深调模式”逻辑，锅炉维持稳燃负荷变，设计储能蒸汽调门响应跟踪机组AGC指令逻辑进行熔盐储能，直到机组负荷逐步降低负荷到目标值；修改汽机跟随切换逻辑维持机前压力配合储热调节机组功率。调峰时段继续维持储热功率直到储罐容颜温度达到设定值或者因升负荷需要结束储能过程；升负荷阶段利用熔盐泵转速控制加热高加给水的热功率，同时利用0#高加抽汽调门跟踪给水温度减少抽汽量，间接提升机组升负荷速率，达到提升机组深调能力的目的。

主要解决蒸汽加热熔盐储能机组调峰深度问题：就是在原有主机设计调峰深度的基础上，通过大容量熔盐储能技术，把机组深度调峰时段多余的抽汽热能储存在熔盐中，通过减少再热蒸汽流量同步提高再热蒸汽温度配合机组深调；在机组升负荷阶段则把蒸汽储能释放出来用于加热高加给水，同步协同大幅度减少高加加热蒸汽抽汽量，提升机组升负荷速率，达到进一步提升机组深调升负荷爬坡速率目的。与目前国内已有熔盐储能技术路线应用比较，一是辅助电网参与AGC二次调频能力更强性能更优，二是整体提升机组的深调能力，包括深调最低负荷水平和升、降负荷速率。

Claims (3)

1.一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

一、储热过程控制；

机组进入了深调阶段，则在锅炉主控输出不变，维持锅炉稳燃负荷点L_M的前提下，V_C首先辅助控制发电功率按AGC指令下降到目标负荷，再继续维持蒸汽储热功率，直到高低温储罐熔盐温度达到设计温度终止；

二、放热过程控制；

启动高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L或者停止储罐熔盐加热循环，熔盐泵接收AGC升负荷指令，利用高温熔盐热能加给水；

三、机组控制方式自动切换方法；

汽机主控逻辑修改增加“深调模式”逻辑，在锅炉指令小于稳燃负荷L_M 且锅炉主控在自动时，手动投入深调模式，汽机维持机前压力，锅炉维持最低稳燃负荷不变，让储热装置控制机组功率到目标负荷并维持储热到储罐额定温度；

四、深调阶段汽机侧能量平衡计算；

在机组进入“深调”阶段后，锅炉负荷稳定在最低稳燃负荷不变，汽机侧因抽汽储能会出现发电功率明显低于锅炉负荷情况，为此必须对机测功率进行补偿计算，把储能抽汽热功率增加到汽机侧电热总功率中，维持能量整体平衡，确保机组协调控制模式能正常投入。

2.根据权利要求1所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，其特征是：所述的储热过程控制具体过程为：

（1）满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，通过响应机组AGC负荷指令；

（2）控制储能汽源控制站的控制阀门V_C开度，间接辅助控制机组功率，通过功率补偿回路改善调节性能，通过再热气温边际偏差限制控制气温偏差，实现机组辅助调频功能；

（3）如果机组进入了深调阶段，则在锅炉主控输出不变，维持锅炉稳燃负荷点L_M的前提下，V_C首先辅助控制发电功率按AGC指令下降到目标负荷，再继续维持蒸汽储热功率，直到高低温储罐熔盐温度达到设计温度终止。

3.根据权利要求2所述的一种熔盐储能提升火电机组调峰能力的控制方法，其特征是：所述的放热过程控制的具体过程为：在升负荷阶段，AGC辅助调频与深度调峰升负荷时段，满足储热调频条件后手动投入“储热辅助调频”，启动高压熔盐循环泵 BF_H 和低压熔盐循环泵BF_L或者停止储罐熔盐加热循环，熔盐泵接收AGC升负荷指令，利用高温熔盐热能加给水；

同时高加抽汽调门协同调节，依据末端给水温度来控制抽汽调门V₀ ，0#高加抽汽流量减少直至关闭，间接提升机组升负荷速率，增强机组深度调峰能力。

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