本發(fā)明涉及供電和供熱領域，尤其涉及一種能源聯(lián)網(wǎng)節(jié)能的分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)。

背景技術：

當前，我國風電、光伏發(fā)電的發(fā)展面臨的主要矛盾仍然是棄風限電、棄光限電問題。“三北地區(qū)”(即東北、華北和西北地區(qū))冬季供暖期棄風量巨大的問題尤為突出。主要原因是“三北地區(qū)”風能資源充足但電網(wǎng)傳輸通道受限，風電、光電外送十分困難；另一方面，熱電廠“以熱定電”的方式進一步壓縮了風電、光伏發(fā)電的上網(wǎng)空間，也導致了風電、光電的能源浪費。

在熱用戶方面，城市熱網(wǎng)的發(fā)展面臨的主要問題是大規(guī)模集中供熱改造耗資巨大，實施困難，大量小型鍋爐仍然難以替代，而這些小型鍋爐大部分仍燃用化石燃料，存在利用率低與污染環(huán)境的問題。

當前我國相當一部分大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電廠上網(wǎng)電量過低，已面臨虧損困境，而火力發(fā)電廠規(guī)?；崛源嬖诩夹g瓶頸，建設或改造大規(guī)模集中供熱網(wǎng)同樣存在耗資巨大，實施困難的問題。

國外電網(wǎng)規(guī)模較小，分布式能源多采用就近消納方式，大量棄風的現(xiàn)象較少，風電機組利用儲熱裝置或電鍋爐消納少量棄風。德國、丹麥等國的熱電機組已經(jīng)或正在配置儲熱裝置來解決“以熱定電”的問題。

但目前仍未出現(xiàn)有效的技術手段同時解決風電棄風、光電棄光、火電限出力問題與取締老舊小區(qū)鍋爐或工業(yè)用戶小鍋爐的問題。

國外對于風電供熱技術的研究較為成熟，但能量轉換媒介主要為集中、大容量的儲熱系統(tǒng)、熱泵和電熱鍋爐等。除此之外，由于能量互聯(lián)系統(tǒng)對于提高系統(tǒng)調節(jié)能力，擴大風電上網(wǎng)空間，解決棄風問題有重要意義，因此國外較早開展了關于能量綜合集成系統(tǒng)的研究。

為此，未來的電力系統(tǒng)將與熱力系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)緊密結合，形成多層次、全覆蓋的能源互聯(lián)系統(tǒng)，集中供熱系統(tǒng)與分布式蓄能供熱系統(tǒng)將呈并行發(fā)展、互為補充的趨勢。

申請?zhí)枮?01320422303.3、公開號為CN203434177U的實用新型專利，名稱為“一種利用太陽能和燃料化學能的新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，其公開了一種太陽能光伏電池和熱光伏電池相耦合的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由水泵、冷卻水管、熱光伏電池、太陽能光伏電池、煙氣換熱器、熱輻射器和熱源構成，將低溫水依次經(jīng)過熱光伏電池、太陽能光伏電池、煙氣換熱器，最終加熱成高溫熱水。該實用新型提高了太陽能的利用率，但沒有考慮太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性，沒有充分利用蓄能與儲熱技術，系統(tǒng)穩(wěn)定性仍然有待提高。

申請?zhí)枮?01220700247.0、公開號為CN202991373U的實用新型專利，名稱為“太陽能與風能互補型熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，其公開了一種將太陽能和風能、熱儲能有效結合的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，利用太陽能產(chǎn)生高溫高壓蒸汽驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電；利用風能通過風電機組、電加熱裝置產(chǎn)生蒸汽并儲存于蒸汽蓄熱罐中，使太陽能和風能兩個可再生能源得到有效、互補的利用，但該實用新型基于蒸汽蓄熱罐實現(xiàn)蓄能，蓄能緩沖的容量有限，系統(tǒng)結構難以實現(xiàn)風電機組向遠距離用戶的供熱。

申請?zhí)枮?01320568468.1、公開號為CN203454466U的實用新型專利，名稱為“一種可再生能源互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，其公開了一種常溫發(fā)酵沼氣和太陽能預熱的空氣混合燃燒物共同推動微型燃氣輪機發(fā)電的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，微型燃氣輪機排出的高溫煙氣經(jīng)余熱利用系統(tǒng)用于供熱和制冷。該實用新型對太陽能的利用僅限于加熱空氣，太陽能的利用率低且間歇性和不穩(wěn)定性較明顯。

申請?zhí)枮?01521119122.9、公開號為CN205356219U的實用新型專利，名稱為“一種風光氣儲互補的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，包括風能綜合利用子系統(tǒng)、太陽能綜合利用子系統(tǒng)、天然氣綜合利用子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)和綜合儲能子系統(tǒng)。其綜合儲能子系統(tǒng)包括蓄電池、蓄熱式電鍋爐和P2G儲能裝置，P2G儲能裝置用于將水蒸汽分解為氫氣，并轉化為甲烷，向天然氣綜合利用子系統(tǒng)供給燃料；P2G儲能裝置所需的水蒸汽由蓄熱式電鍋爐的蓄熱裝置提供，所需電能由風力發(fā)電機提供。該風光氣儲互補的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)提高了能源利用率與系統(tǒng)穩(wěn)定性，在一定程度上解決了“以熱定電”的技術矛盾，但該系統(tǒng)復雜，成本昂貴，規(guī)模化推廣應用的難度較大。

綜上所述，當前國內(nèi)能源市場急需開發(fā)多層次、全覆蓋的能源互聯(lián)系統(tǒng)，將電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)結合，以分布式蓄能供熱的方式消納風電棄風、光伏棄光和火電機組的冗余電量。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種能源聯(lián)網(wǎng)節(jié)能的分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)相比利用了大量的風電棄風、光伏棄光、火電低谷冗余電量，通過耐高溫油、溶鹽等蓄熱介質的電熱轉換器轉化為熱能，轉化效率達98％。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)，包括：電網(wǎng)、多個電廠/電站、輸電線路以及多個分布式蓄能熱站，多個所述電廠/電站皆通過所述輸電線路連接至所述電網(wǎng)，多個所述分布式蓄能熱站分別與所述電網(wǎng)或多個所述電廠/電站相連接；其中，

每個所述分布式蓄能熱站均包含：一級電-熱耦合蓄能換熱器、一級熱循環(huán)泵、二級換熱器、二級熱循環(huán)泵、三級換熱器、熱網(wǎng)循環(huán)泵以及用于連接至外部的多個熱網(wǎng)用戶端散熱器的連接管道，所述一級電-熱耦合蓄能換熱器的出口管道與所述二級換熱器的一次側入口連接，所述二級換熱器的一次側出口與所述一級熱循環(huán)泵的入口連接，所述一級熱循環(huán)泵的出口與所述一級電-熱耦合蓄能換熱器的入口連接；所述一級電-熱耦合蓄能換熱器的電源端與所述電網(wǎng)、或與所述電廠/電站相連接；所述二級換熱器的二次側出口與所述三級換熱器的一次側入口連接，所述三級換熱器的一次側出口與所述二級熱循環(huán)泵的入口連接，所述二級熱循環(huán)泵的出口與所述二級換熱器的二次側入口連接；所述三級換熱器的二次側出口與外接的熱網(wǎng)供水管連接，二次側入口與所述熱網(wǎng)循環(huán)泵的出口連接，所述熱網(wǎng)循環(huán)泵的入口與外接的熱網(wǎng)回水管連接。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步地，所述一級電-熱耦合蓄能換熱器包括：電加熱元件、高溫蓄能熱媒、蓄能室與外殼，所述電加熱元件、所述高溫蓄能熱媒和所述蓄能室均設于所述外殼內(nèi)，所述電加熱元件接受所述電廠/電站的并網(wǎng)電量以外的冗余電能，然后加熱所述高溫蓄能熱媒，最后將熱能蓄存在所述蓄能室內(nèi)。

進一步地，所述高溫蓄能熱媒為耐高溫導熱油、耐高溫熔鹽或高壓水媒。

進一步地，所述電廠/電站包括：風力發(fā)電廠、光伏電站、火力發(fā)電廠和/或水電廠。

進一步地，所述一級電-熱耦合蓄能換熱器的電源端接口可并聯(lián)蓄電池；由此，提高了蓄能熱站的蓄能容量，增強了系統(tǒng)適應性。

本發(fā)明的有益效果是：無需消耗電網(wǎng)的高價電能，各電站可以在并網(wǎng)發(fā)電的同時，向城市熱網(wǎng)或大型工業(yè)供熱用戶大規(guī)模輸送低價電能，從而實現(xiàn)風電機組的棄風消納，實現(xiàn)光伏電站與火電機組的冗余電量消納，并解決了熱電廠“以熱定電”的技術瓶頸，突破了純凝汽式火力發(fā)電機組不能供熱的技術障礙，提高了我國能源互聯(lián)系統(tǒng)的綜合節(jié)能水平。

附圖說明

圖1為分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)總圖；

圖2為分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)結構圖；

圖3為孤島運行的火力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)；

圖4為并網(wǎng)運行的火力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)；

圖5為孤島運行的風力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)；

圖6為并網(wǎng)運行的風力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)；

圖7為一級電-熱耦合蓄能換熱器結構圖。

在附圖中，各標號所表示的部件名稱列表如下：

100、電網(wǎng)；E、電廠/電站；T、分布式蓄能熱站；

1、一級電-熱耦合蓄能換熱器；2、一級熱循環(huán)泵；3、二級換熱器；4、二級熱循環(huán)泵；5、三級換熱器；6、熱網(wǎng)循環(huán)泵；7、熱網(wǎng)用戶端散熱器；

1-1、電加熱元件；1-2、高溫蓄能熱媒；1-3、蓄能室；1-4外殼；E1、風力發(fā)電廠；E2、光伏電站；E3、火力發(fā)電廠；T1、T2、T3、T4、T5……Tn皆為分布式蓄能熱站。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

首先，需要進行說明的是：由于“電(electricity)”常用符號“E”來表示，“熱(Thermo)”常用符號“T”來表示，所以，本發(fā)明的分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)一般簡稱為“E&T系統(tǒng)”。

請參照圖1、2所示，圖1為分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)總圖，圖2為分布式電-熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)結構圖；所述供熱系統(tǒng)包括：電網(wǎng)100、多個電廠/電站E、輸電線路以及多個分布式蓄能熱站T，多個所述電廠/電站E皆通過所述輸電線路連接至所述電網(wǎng)100，多個所述分布式蓄能熱站T分別與所述電網(wǎng)100或多個所述電廠/電站E相連接；其中，

所述電廠/電站E包括：風力發(fā)電廠E1、光伏電站E2、火力發(fā)電廠E3以及水電廠等，請參照圖3～6所示，圖3為孤島運行的火力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)，圖4為并網(wǎng)運行的火力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)，圖5為孤島運行的風力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)，圖6為并網(wǎng)運行的風力發(fā)電廠分布式電熱耦合蓄能供熱系統(tǒng)；

多個所述分布式蓄能熱站T在附圖中示為T1、T2、T3、T4、T5……Tn，每個所述分布式蓄能熱站T均包含：一級電-熱耦合蓄能換熱器1、一級熱循環(huán)泵2、二級換熱器3、二級熱循環(huán)泵4、三級換熱器5、熱網(wǎng)循環(huán)泵6以及用于連接至外部的多個熱網(wǎng)用戶端散熱器7的連接管道，所述一級電-熱耦合蓄能換熱器1的出口管道與所述二級換熱器3的一次側入口連接，所述二級換熱器3的一次側出口與所述一級熱循環(huán)泵2的入口連接，所述一級熱循環(huán)泵2的出口與所述一級電-熱耦合蓄能換熱器1的入口連接。

下面，請參照圖7所示，其為一級電-熱耦合蓄能換熱器結構圖；所述一級電-熱耦合蓄能換熱器1包括：電加熱元件1-1、高溫蓄能熱媒1-2、蓄能室1-3與外殼1-4，所述電加熱元件1-1、所述高溫蓄能熱媒1-2和所述蓄能室1-3均設于所述外殼1-4內(nèi)，所述電加熱元件1-1接受所述電廠/電站E的并網(wǎng)電量以外的冗余電能，然后加熱所述高溫蓄能熱媒1-2，最后將熱能蓄存在所述蓄能室1-3內(nèi)；當短時斷電時能夠持續(xù)釋放熱量，維持熱網(wǎng)穩(wěn)定供熱；當電網(wǎng)負荷波動導致發(fā)電機組的供電量大于熱網(wǎng)用戶所需熱量時，能夠接受、緩沖電能，維持電站以經(jīng)濟負荷運行；

其中，所述高溫蓄能熱媒1-2可為耐高溫導熱油、耐高溫熔鹽或高壓水媒。

此外，所述一級電-熱耦合蓄能換熱器1的電源端可以與所述電網(wǎng)100連接，采取并網(wǎng)運行接受低價冗余電量的方式；也可以與所述電廠/電站E連接，采取獨島運行的方式。本系統(tǒng)可根據(jù)城市熱網(wǎng)或大型工業(yè)用戶的需求布置多個分布式蓄能熱站，對于老城區(qū)的小型鍋爐供熱，可利用原供熱管網(wǎng)，取消小型鍋爐，使用單個或多個分布式蓄能熱站進行分區(qū)供熱，無需耗資建設大型熱網(wǎng)。

所述二級換熱器3接受來自所述一級電-熱耦合蓄能換熱器1的熱媒，并加熱水媒產(chǎn)生高溫蒸汽或高溫水；所述二級換熱器3的一次側為高溫蓄能熱媒，二次側為高溫蒸汽或高溫水，二次側的出口與所述三級換熱器5的一次側入口連接，所述三級換熱器5的一次側出口與所述二級熱循環(huán)泵4的入口連接，所述二級熱循環(huán)泵4的出口與所述二級換熱器3的二次側入口連接。

所述三級換熱器5接受來自所述二級換熱器3的高溫蒸汽或高溫水并加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，實現(xiàn)對城市熱網(wǎng)或大型工業(yè)用戶的循環(huán)供熱；所述三級換熱器5的一次側為來自所述二級換熱器3的高溫蒸汽或高溫水，二次側為供向熱網(wǎng)各用戶的采暖水；所述三級換熱器5的二次側出口與熱網(wǎng)供水管連接，二次側入口與所述熱網(wǎng)循環(huán)泵6的出口連接，所述熱網(wǎng)循環(huán)泵6的入口與熱網(wǎng)回水管連接。

所述分布式蓄能熱站所用電能為各電廠上網(wǎng)交易電量以外的冗余電量；該部分冗余電量可以為風電機組的棄風電量，也可以為光伏電站的冗余電量，也可以為火力發(fā)電廠低谷發(fā)電時段電網(wǎng)計劃電量以外的冗余電量，或為其他電站的冗余電量，該部分電量均為低價電，可顯著降低供熱成本，同時也提高了各發(fā)電廠機組的利用小時數(shù)，提高各電站的生存能力。

請再參照圖2所示，例如，風力發(fā)電廠E1、光伏電站E2、火力發(fā)電廠E3與電網(wǎng)連接，蓄能熱站T2、T4與電網(wǎng)連接，蓄能熱站T1與風力發(fā)電廠E1連接，蓄能熱站T3與光伏電站E2連接，蓄能熱站T5與火力發(fā)電廠E3連接；則——

以風力發(fā)電廠E1為例，其發(fā)出的電量送出至電網(wǎng)，當電網(wǎng)降低風力發(fā)電廠E1的負荷△Q時，風力發(fā)電廠E1在常規(guī)情況下需棄風限電。在本系統(tǒng)中，風力發(fā)電廠E1則無需棄風，將多余的電量△Q(也可稱為冗余電量△Q)送至各個蓄能熱站；這部分電量有兩種送出方式，其一是并網(wǎng)送出，這部分冗余電量△Q經(jīng)由電網(wǎng)以低價送至蓄能熱站T2、T4，在那里進行蓄能與供熱；其二是專線送出，風力發(fā)電廠E1與蓄能熱站T1為專線連接，E1的冗余電量△Q直接送至T1。來自風力發(fā)電廠E1的冗余電量△Q進入一級電-熱耦合蓄能換熱器1，使電加熱元件1-1溫度升至800℃～900℃，高溫蓄能熱媒1-2的溫度升至250℃～300℃，并大部分蓄存在蓄能室1-3內(nèi)。其供熱過程為：約250℃的高溫蓄能熱媒經(jīng)連接管道進入二級換熱器3一次側，使二級換熱器3二次側內(nèi)的水媒加熱升溫(例如，由70℃升高至120℃)，同時高溫蓄能熱媒的溫度降低至100℃～150℃，進入一級熱循環(huán)泵并被送回蓄能室1-3；二級換熱器3二次側的水媒(溫度120℃)進入三級換熱器5的一次側，使三級換熱器5二次側的水媒溫度升高(例如，由50℃升高至90℃)，同時一次側水媒溫度降低至70℃，進入二級熱循環(huán)泵4并被送回至二級換熱器3；三級換熱器5的水媒(溫度90℃)進行各熱網(wǎng)用戶，經(jīng)放熱后溫度降低至50℃并由熱網(wǎng)循環(huán)泵6送回至三級換熱器5的二次側進行循環(huán)加熱，上述過程均是循環(huán)進行的傳熱過程。蓄能室1-3蓄存了大部分高溫蓄能熱媒，當短時斷電時這部分熱媒仍能夠緩慢持續(xù)釋放熱量，在12h內(nèi)維持熱網(wǎng)穩(wěn)定供熱；當電網(wǎng)負荷波動導致發(fā)電機組發(fā)電廠E1的供電量大于熱網(wǎng)用戶所需熱量時，蓄能室1-3仍能夠持續(xù)接受、緩沖電能，維持電站以經(jīng)濟負荷運行。蓄能室1-3的容積與高溫蓄能熱媒1-2的溫度、比熱決定了一級電-熱耦合蓄能換熱器1的蓄能容量。

各電站可以靈活調整運行方式，保證上網(wǎng)發(fā)電的同時，無需限出力發(fā)電或大幅降出力運行，可將冗余電量以并網(wǎng)外送或專線外送的方式輸送到各地區(qū)的蓄能熱站，實現(xiàn)電能的穩(wěn)定輸出。對于各地區(qū)熱用戶而言，則可以分別由電網(wǎng)或電站得到低價、穩(wěn)定的電量，并得到穩(wěn)定的熱量供應，從而取消了老舊熱網(wǎng)的小鍋爐，實現(xiàn)了綠色環(huán)保能源的聯(lián)網(wǎng)與穩(wěn)定供應。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。