(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911168145.1
(22)申请日 2019.11.25
(71)申请人 李渊
地址 317317 浙江省台州市仙居县白塔工
业园区永安大道30号
(72)发明人 李增清 李渊
(74)专利代理机构 杭州斯可睿专利事务所有限
公司 33241
代理人 林君勇
(51)Int.Cl.
F28D 20/00(2006.01)
F01K 7/32(2006.01)
F01K 25/10(2006.01)
(54)发明名称
热发电系统
(57)摘要
本发明提供了一种以超临界二氧化碳为循
环工质的熔盐电蓄热发电系统，包括超临界二氧
化碳布雷顿循环发电机组、熔盐单储罐、熔盐换
热器、电加热管、电源控制总成、超临界二氧化碳
输送管道、熔盐、熔盐电动推送装置，该超临界二
氧化碳布雷顿循环发电机组通过该超临界二氧
化碳输送管道和该熔盐换热器上的热交换介质
进口和热交换介质出口连接形成一个超临界二
氧化碳布雷顿循环发电系统。和传统抽水蓄能电
经济性、灵活性，还具备调节能力强、建设周期
短、选址要求低和建设规模灵活等特点，为电蓄
热调峰电站开启了一个全新的应用领域。权利要求书2页 说明书5页 附图7页CN 110887392 A 2020.03.17 C N 110887392
A
1.一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组（1）、熔盐单储罐（2）、熔盐换热器（3）、电加热管（4）、电源控制总成（5）、超临界二氧化碳输送管道（6）、熔盐（7）、熔盐电动推送装置（8），其特征在于，该电加热管（4）和熔盐（7）设置在所述的熔盐单储罐（2）内；该电加热管（4）为高温电加热器，且和电源控制总成（5）连接，其电加热段处于该熔盐（7）的液位下；该熔盐单储罐（2）的上部侧面上设置有若干处于熔盐液位线以下的热熔盐出口（2a），其下底部侧面上设置有若干冷熔盐进口（2b）；该熔盐换热器（3）整体呈立式储罐状，设置在该熔盐单储罐（2）的四周， 其底部中轴线上设置有冷熔盐出口（30），其上部侧面上设置有热熔盐进口（31），还设置有热交换介质进口（32）和热交换介质出口（33）；该冷熔盐出口（30）和该冷熔盐进口（2b）连通，该热熔盐进口（31）和该热熔盐出口（2a）连通；在该熔盐换热器（3）的中轴线上，或者，在该热熔盐进口（31）和热熔盐出口（2a）的连接管路上，或者在该冷熔盐出口（30）和冷熔盐进口（2b）的连接管路上设置有该熔盐电动推送装置（8），通过该熔盐电动推送装置（8）使得熔盐（7）强制流经该熔盐换热器（3）内以完成一个熔盐和热交换介质的热交换循环；该超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组（1）通过该超临界二氧化碳输送管道（6）和该熔盐换热器（3）上的热交换介质进口（32）和热交换介质出口（33）连接形成一
个超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。
2.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，该熔盐换热器（3）整体呈立式储罐状，设置在该熔盐单储罐（2）的四周， 其底部中轴线上设置有冷熔盐出口（30），其上部侧面上设置有热熔盐进口（31），还设置有热交换介质进口（32）和热交换介质出口（33），其包括一漏斗状的换热器壳体（34）、换热器盖（35）、换热盘管（36），该换热盘管（35）设置在换热器壳体（34）内，该换热器盖（35）设置在换热器壳体（34）的顶部且两者密封连接，该换热器盖（35）的底部设置有呈导流筒（35a），该导流筒（35a）穿过该换热盘管（35）的中心空挡处，且在该导流筒（35a）的中轴线上设置有一套管（35b），该套管（35b）整体贯穿该换热器盖（35）；该换热盘管（36）的两端分别连接着热交换介质进口（32）和热交换介质出口（33）；该熔盐电动推送装置（8）设置在该换热器盖（35）的中轴线上，至少包含变频电机（8a）、转动轴（8b）和桨叶（8c），该转动轴（8b）穿过该套管（35b）后，其上端连接变频电机（8a），其下端则连接桨叶（8c）且桨叶（8c）处于冷熔盐出口（30）内，该桨叶（8c）旋转时能形成向下的推送力。
3.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组（1）包括发电机（10）、透平（11）、二级压缩机（12）、一级压缩机（13）、预冷或冷凝器（14）、低温回热器（15）、高温回热器（16）。
4.根据权利要求2所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的换热器壳体（34）的顶部敞口处高于所述的熔盐单储罐（2）内的熔盐液位线。
5.根据权利要求2所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的导流筒（35a）的内空腔内设置有隔热层（35c）。
6.根据权利要求2所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的换热器壳体（34）和所述的换热器盖（35）两者以法兰形式密封连接。
7.根据权利要求2所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统,
其特征在于，所述的换热盘管（36）的表面设置有导热翅片（36a）。
8.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的熔盐单储罐（2）或熔盐换热器（3）内设置有温度探头（9）。
9.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的熔盐（7）为经过活性金属处理过的高纯氯化物熔盐，其中，所述的活性金属包括锂、钾、钙、钠、镁、铝、锌和铁中的至少一种，所述的高纯氯化物熔盐包括NaCl、KCl、MgCl2 和CaCl2 中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于，所述的熔盐（7）为高纯度碳酸盐或者碳酸盐混合物。
以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统
技术领域
[0001]本发明公开了一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，尤其涉及弃风弃光及谷电加热的以超临界CO2为工质的熔盐电蓄热发电装置，属于超临界二氧化碳布雷顿循环系统及熔盐电蓄热发电技术领域。
背景技术
[0002]随着社会发展及人民生活水平的提高，我国用电结构昼夜差距越来越大，移峰填谷的需求愈发强烈以及弃风弃光的现象越发严重；我国经济增速换挡步入发展新常态，产业结构逐步由中低端向中高端转换。产业结构的调整导致第三产业和城乡居民用电量占比持续增加，其用电特性决定了负荷曲线峰谷差率明显高于第二产业，我国用电侧峰谷差率有走高趋势，调节性电源建设需求持续增加。抽水蓄能电站和电化学储能成为移峰填谷的最有效的手段之一。 [0003]从实际运行情况看，抽水蓄能电站和电化学储能电站皆面临一系列问题，比如，抽水蓄能电站
当前存在三点主要问题：一是当前“源-网-荷”协调发展水平有待提升，抽蓄电站的精准规划和合理布局难度增加；二是抽蓄电站成本疏导存在困难；三是在抽蓄电站开发需求大的地区，站址资源不足。而电化学储能在经济性、安全性上的劣势明显，一定时期内无法取代抽水蓄能。近几年我国电化学储能市场发展迅速，但是由于经济性和安全性的制约，电化学储能仍无法实现大规模推广。综合多家权威机构预测结果，2030年前电化学储能经济性仍低于抽水蓄能，即使是电化学储能中经济性较好的铅炭电池和锂离子电池，其度电成本仍比抽水蓄能高1.5倍和2.5倍。此外，目前电化学储能仍存在较大的安全隐患，电化学储能相关消防风险安全评估和预案措施缺位，电池管理系统技术水平参差不齐，2018年以来已经发生了多起储能电站爆炸起火事故。
[0004]总体来看，稳步推进能源领域供给侧改革，是能源和电力实现高质量发展的主线。新能源大规模发展、跨省区配置通道和互济能力建设等都对电网调节能力等提出更高要求。
[0005]一是新能源与核电并网运行，导致电力系统调节能力下降，电网平衡能力受到挑战。此外，核电并网运行还会减小常规电源的开机容量，影响常规电源灵活性的释放，进而导致系统整体平衡能力下降。
[0006]二是特高压输电通道发展，需要大型灵活性电源提供快速功率备用。
[0007]二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时，其物理状态介
于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。二氧化碳的临界条件容易达到，化学性质不活泼，无无味无毒，安全，价格便宜，纯度高，易获得。这些特性，使得它很适合用于作为热力循环工质。
[0008]2019年初，美国西南研究院联合GE研发的10MW超临界二氧化碳涡轮机顺利通过测
试；经过测试证明，S-CO2作为工质的发电系统在600到700℃的温度范围内运行都可以有良好表现，可以在500℃以上、20MPa的大气压下实现高效率的热能利用，热效率可以达到45%以上。可以预见，在国内科研单位的努力下，我国研制出具有自主知识产权的超临界二氧化碳布雷顿循环系统将指日可待。
[0009]鉴于上述各方面技术原因，市场上需要一种以超临界二氧化碳为工质的熔盐电蓄热调峰电站，该熔盐电蓄热调峰电站必须同时具备安全性、经济性、灵活性，还具备调节能力强、建设周期短、选址要求低和建设规模灵活等特点。
发明内容
[0010]本发明的目的在于提供一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，和传统抽水
蓄能电站及电化学储能相比，本技术同时具备安全性、经济性、灵活性，还具备调节能力强、建设周期短、选址要求低和建设规模灵活等特点，为电蓄热调峰电站开启了一个全新的应用领域。
[0011]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组、熔盐单储罐、熔盐换热器、电加热管、电源控制总成、超临界二氧化碳输送管道、熔盐、熔盐电动推送装置，其特征在于，该电加热管和熔盐设置在所述的熔盐单储罐内；该电加热管为高温电加热器，且和电源控制总成连接，其电加热段处于该熔盐的液位下；该熔盐单储罐的上部侧面上设置有若干处于熔盐液位线以下的热熔盐出口，其下底部侧面上设置有若干冷熔盐进口；该熔盐换热器整体呈立式储罐状，设置在该熔盐单储罐的四周，其底部中轴线上设置有冷熔盐出口，其上部侧面上设置有热熔盐进口，还设置有热交换介质进口和热交换介质出口；该冷熔盐出口和该冷熔盐进口连通，该热熔盐进口和该热熔盐出口连通；在该熔盐换热器的中轴线上，或者，在该热熔盐进口和热熔盐出口的连接管路上，或者在该冷熔盐出口和冷熔盐进口的连接管路上设置有该熔盐电动推送装置，通过该熔盐电动推送装置使得熔盐强制流经该熔盐换热器内以完成一个熔盐和热交换介质的热交换循环；该超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组通过该超临界二氧化碳输送管道和该熔盐换热器上的热交换介质进口和热交换介质出口连接形成一个超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。通常，该罐盖上还开设有若干连通罐体的接口，通常，该罐盖上开设的若干贯通储罐内的接口可以作为常压出口或熔盐灌装口，或温度传感器的插口，或为熔盐液位计的插入口。通常，熔盐泵也是该熔盐电动推送装置的其中一种。
[0012]在上述的一种以超临界二氧化碳为循环工质的熔盐电蓄热发电系统，其特征在于：该熔盐换热器整体呈立式储罐状，设置在该熔盐单储罐的四周， 其底部中轴线上设置有冷熔盐出口，其上部侧面上设置有热熔盐进口，还设置有热交换介质进口和热交换介质出口，其包括一漏斗状的换热器壳体、换热器盖、换热盘管，该换热盘管设置在换热器壳体内，该换热器盖设置在换热器壳体的顶部且两者密封连接，该换热器盖的底部设置有呈导流筒，该导流筒穿过该换热盘管的中心空挡处，且在该导流筒的中轴线上设置有一套管，该套管整体贯穿该换热器盖；该换热盘管的两端分别连接着热交换介质进口和热交换介质出口；该熔盐电动推送装置设置在该换热器盖的中轴线上，至少包含变频电机、转动轴和桨叶，该转动轴穿过该套管后，其上端连接变频电机，其下端则连接桨叶且桨叶处于冷熔盐出
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