本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)，具體涉及一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)及運行方法。

背景技術(shù)：

1、鋼鐵企業(yè)是典型的碳排放和能耗大戶。其中，碳排放約占全國的15%，能耗約占全國的11%，用電量占全國工業(yè)用電量的9%。以2023年我國第二產(chǎn)業(yè)用電量6萬億度電計算，鋼鐵全行業(yè)用電量超過5400億度。在此背景下，鋼鐵企業(yè)對儲能的訴求更加多元化，除了峰谷套利降低用電成本這一顯性因素外，降低碳排放和保持用電穩(wěn)定性也至關(guān)重要。

2、對于需要從電網(wǎng)購電的鋼鐵企業(yè)來說，電力成本不可忽視，約占鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本的10%左右，降低購電成本成為鋼鐵企業(yè)布局儲能的最大考量。以鋼鐵大省江蘇為例，根據(jù)已有的電價政策來看，江蘇針對大工業(yè)一年中有4個月份設(shè)置了尖峰電價，可以讓儲能在谷時或平時充電，并在兩個高峰段放電，從而實現(xiàn)每天“兩充兩放”，保證了項目的基本收益。

3、但是，對于具有自備電廠的鋼鐵企業(yè)，其利用鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高爐煤氣來發(fā)電，可以滿足鋼鐵生產(chǎn)過程的電力需求，從而節(jié)約了購電成本。很多情況下，自備電廠發(fā)出的電，不僅能夠滿足自身生產(chǎn)的需求，超發(fā)的電還會反送至電網(wǎng)中。但是，根據(jù)電網(wǎng)政策，這一部分反送至電網(wǎng)的電，并不能帶來相應(yīng)的售電收入。因此，鋼鐵企業(yè)自備電廠需要保證在滿足鋼鐵生產(chǎn)的電力需求的情況下，同時做到反送至電網(wǎng)的電量盡可能少。

4、鋼鐵企業(yè)大部分生產(chǎn)工序是一個連續(xù)的過程，用電負(fù)荷具有一定的連續(xù)性，即每一時刻的用電負(fù)荷與前面相距較近的時段內(nèi)用電負(fù)荷具有一定的相似性。但是同時，有一些設(shè)備用電負(fù)荷特別大，用電周期比較短，對內(nèi)部電網(wǎng)的沖擊性比較強，造成電網(wǎng)波動。對于前一種情況，自備電廠可以通過熔鹽儲能系統(tǒng)跟蹤過去一段時間的負(fù)荷情況來調(diào)節(jié)發(fā)電機組的出力，對于后一種情況，自備電廠則可以通過超級電容儲能裝置快速響應(yīng)用電負(fù)荷的快速變化。通過熔鹽儲能和超級電容儲能的結(jié)合，鋼鐵企業(yè)自備電廠可以實現(xiàn)發(fā)電功率剛好匹配當(dāng)前鋼鐵生產(chǎn)的電力需求，減少從電網(wǎng)購電或反送至電網(wǎng)的情況發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)及運行方法，可以實現(xiàn)自備電廠的發(fā)電量與鋼鐵生產(chǎn)負(fù)荷的最佳匹配，從而達到節(jié)能的目標(biāo)。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機、熔鹽儲能系統(tǒng)以及若干發(fā)電機組；

4、高爐煤氣輸送至鍋爐進口，鍋爐的蒸汽出口分為兩路，一路連通至汽輪機的進口，另一路連通至熔鹽儲能系統(tǒng)的進口，熔鹽儲能系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽重新回到汽輪機，汽輪機用于驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電，若干發(fā)電機組分別通過一個升壓變壓器連接至自備電廠高壓母線，自備電廠高壓母線連接至送電線路；

5、自備電廠高壓母線還通過一個降壓變壓器連接有配電母線，配電母線上連接有超級電容儲能裝置和生產(chǎn)負(fù)荷。

6、本發(fā)明進一步的改進在于，若干發(fā)電機組中一臺機組為調(diào)節(jié)機組，其他機組為基點機組。

7、本發(fā)明進一步的改進在于，高爐煤氣能夠替換為焦?fàn)t煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣。

8、本發(fā)明進一步的改進在于，自備電廠高壓母線與每個變壓器之間、自備電廠高壓母線與送電線路之間以及自備電廠高壓母線與配電母線之間均設(shè)置有開關(guān)，配電母線與超級電容裝置和生產(chǎn)負(fù)荷均設(shè)置有開關(guān)。

9、一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，包括：

10、1）基點機組承擔(dān)鋼鐵企業(yè)的基礎(chǔ)負(fù)荷，其發(fā)電功率保持恒定；

11、2）調(diào)節(jié)機組根據(jù)鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷變動情況調(diào)整發(fā)電功率；

12、3）超級電容監(jiān)控外部的送電線路與鋼鐵企業(yè)的交換功率，當(dāng)鋼鐵企業(yè)通過送電線路向電網(wǎng)輸送功率超過設(shè)定門檻時，超級電容器開始進行充電，當(dāng)鋼鐵企業(yè)通過送電線路由電網(wǎng)吸收功率超過設(shè)定門檻時，超級電容器開始進行放電，門檻值為超級電容器額定功率的十分之一。

13、本發(fā)明進一步的改進在于，步驟1）中，基點機組的基礎(chǔ)負(fù)荷，根據(jù)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)計劃進行負(fù)荷預(yù)測，確定負(fù)荷的大致區(qū)間，并進而確定基點機組的發(fā)電功率滿足預(yù)測負(fù)荷的85%負(fù)荷。

14、本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2）中，調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率，根據(jù)過去四個小時鋼鐵企業(yè)的用電負(fù)荷的移動平均值減去基點機組的功率來確定。

15、本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2）中，當(dāng)調(diào)節(jié)機組需要減小發(fā)電功率時，通過熔鹽儲能系統(tǒng)抽取進入汽輪機中的蒸汽量來減小調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率，抽取的蒸汽用來加熱熔鹽，并儲存在熔鹽罐中；當(dāng)調(diào)節(jié)機組需要增加發(fā)電功率時間，熔鹽罐中的高溫熔鹽通過換熱產(chǎn)生蒸汽并送給汽輪機來增加調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率。

16、本發(fā)明進一步的改進在于，步驟3）中，超級電容儲能系統(tǒng)的控制目標(biāo)是外部的送電線路與鋼鐵企業(yè)的交換功率的絕對值之和最小。

17、本發(fā)明進一步的改進在于，步驟3）中，超級電容器額定功率根據(jù)鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷波動情況進行確定，其確定方法為，計算鋼鐵企業(yè)過去12月內(nèi)，每月隨機抽取3日，共計36日的鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)差，超級電容器的額定功率選擇為2倍的標(biāo)準(zhǔn)差。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益的技術(shù)效果：

19、本發(fā)明提供的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)及運行方法，可以在多尺度上實現(xiàn)自備電廠發(fā)電功率與鋼鐵生產(chǎn)負(fù)荷的最佳匹配，從而保證鋼鐵企業(yè)自備電廠的發(fā)電量得到最大程度上的利用，減少從電網(wǎng)外購電量的成本，同時減少反送至電網(wǎng)電量的損失。

20、對于具有自備電廠的鋼鐵企業(yè)，其利用鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高爐煤氣（或焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣）來發(fā)電，可以滿足鋼鐵生產(chǎn)過程的電力需求，從而節(jié)約了購電成本。很多情況下，自備電廠發(fā)出的電，不僅能夠滿足自身生產(chǎn)的需求，超發(fā)的電還會反送至電網(wǎng)中。但是，根據(jù)電網(wǎng)政策，這一部分反送至電網(wǎng)的電，并不能帶來相應(yīng)的售電收入。因此，鋼鐵企業(yè)自備電廠需要保證在滿足鋼鐵生產(chǎn)的電力需求的情況下，同時做到反送至電網(wǎng)的電量盡可能少。

21、鋼鐵企業(yè)大部分生產(chǎn)工序是一個連續(xù)的過程，用電負(fù)荷具有一定的連續(xù)性，即每一時刻的用電負(fù)荷與前面相距較近的時段內(nèi)用電負(fù)荷具有一定的相似性。但是同時，有一些設(shè)備用電負(fù)荷特別大，用電周期比較短，對內(nèi)部電網(wǎng)的沖擊性比較強，造成電網(wǎng)波動。對于前一種情況，自備電廠可以通過熔鹽儲能系統(tǒng)跟蹤過去一段時間的負(fù)荷情況來調(diào)節(jié)發(fā)電機組的出力，對于后一種情況，自備電廠則可以通過超級電容儲能裝置快速響應(yīng)用電負(fù)荷的快速變化。通過熔鹽儲能和超級電容儲能的結(jié)合，鋼鐵企業(yè)自備電廠可以實現(xiàn)發(fā)電功率剛好匹配當(dāng)前鋼鐵生產(chǎn)的電力需求，減少從電網(wǎng)購電或反送至電網(wǎng)的情況發(fā)生。

技術(shù)特征：

1.一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，包括鍋爐、汽輪機、熔鹽儲能系統(tǒng)以及若干發(fā)電機組；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，若干發(fā)電機組中一臺機組為調(diào)節(jié)機組，其他機組為基點機組。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，高爐煤氣能夠替換為焦?fàn)t煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，自備電廠高壓母線與每個變壓器之間、自備電廠高壓母線與送電線路之間以及自備電廠高壓母線與配電母線之間均設(shè)置有開關(guān)，配電母線與超級電容裝置和生產(chǎn)負(fù)荷均設(shè)置有開關(guān)。

5.權(quán)利要求1所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，步驟1）中，基點機組的基礎(chǔ)負(fù)荷，根據(jù)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)計劃進行負(fù)荷預(yù)測，確定負(fù)荷的大致區(qū)間，并進而確定基點機組的發(fā)電功率滿足預(yù)測負(fù)荷的85%負(fù)荷。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，步驟2）中，調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率，根據(jù)過去四個小時鋼鐵企業(yè)的用電負(fù)荷的移動平均值減去基點機組的功率來確定。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，步驟2）中，當(dāng)調(diào)節(jié)機組需要減小發(fā)電功率時，通過熔鹽儲能系統(tǒng)抽取進入汽輪機中的蒸汽量來減小調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率，抽取的蒸汽用來加熱熔鹽，并儲存在熔鹽罐中；當(dāng)調(diào)節(jié)機組需要增加發(fā)電功率時間，熔鹽罐中的高溫熔鹽通過換熱產(chǎn)生蒸汽并送給汽輪機來增加調(diào)節(jié)機組的發(fā)電功率。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，步驟3）中，超級電容儲能系統(tǒng)的控制目標(biāo)是外部的送電線路與鋼鐵企業(yè)的交換功率的絕對值之和最小。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，步驟3）中，超級電容器額定功率根據(jù)鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷波動情況進行確定，其確定方法為，計算鋼鐵企業(yè)過去12月內(nèi)，每月隨機抽取3日，共計36日的鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)差，超級電容器的額定功率選擇為2倍的標(biāo)準(zhǔn)差。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種鋼鐵企業(yè)自備電廠的節(jié)能系統(tǒng)及運行方法，該系統(tǒng)包括鍋爐和汽輪機等；高爐煤氣輸送至鍋爐進口，鍋爐的蒸汽出口一路連通至汽輪機的進口，另一路連通至熔鹽儲能系統(tǒng)的進口，熔鹽儲能系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽回到汽輪機，汽輪機用于驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電，若干發(fā)電機組通過一個升壓變壓器連接至自備電廠高壓母線，自備電廠高壓母線連接至送電線路；自備電廠高壓母線通過一個降壓變壓器連接有配電母線，配電母線上連接有超級電容儲能裝置和生產(chǎn)負(fù)荷。該方法包括：基點機組承擔(dān)鋼鐵企業(yè)的基礎(chǔ)負(fù)荷，其發(fā)電功率保持恒定；調(diào)節(jié)機組根據(jù)鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷變動情況調(diào)整發(fā)電功率；超級電容監(jiān)控外部的送電線路與鋼鐵企業(yè)的交換功率。本發(fā)明能夠達到節(jié)能的目標(biāo)。

技術(shù)研發(fā)人員：薛磊,王小輝,高峰,張立松,賀婷,康禎,兀鵬越,代本謙,李菁華,李東晉,常東鋒
受保護的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2