發(fā)電站的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種發(fā)電站。本實用新型利用熱能儲存裝置來儲存從底循環(huán)熱力發(fā)動機提取的熱能。儲存在熱能儲存裝置中的熱能用于補充由底循環(huán)熱力發(fā)動機進行的發(fā)電。在一個實施例中，儲存儲熱工作介質的儲熱單元配置成將熱能排放到底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體中以補充發(fā)電。在一個實施例中，儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的工作介質的熱罐。與底循環(huán)熱力發(fā)動機和儲熱單元流動連通的至少一個熱交換器促進儲熱工作介質和在底循環(huán)熱力發(fā)動機中使用的工作流體之間的熱能的直接熱傳遞。
【專利說明】發(fā)電站
【技術領域】
[0001]本實用新型總體上涉及發(fā)電站(Power Generating Plant或Power Plant),并且更特別地涉及包含熱能儲存單元以補充或提高蒸汽產生和功率輸出的發(fā)電站，例如聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。
【背景技術】
[0002]在其中從燃氣渦輪機生成的廢氣能量用于為蒸汽渦輪機提供動力的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的典型操作中，從發(fā)電站生成的功率輸出將取決于一天中的時期和與其關聯(lián)的負荷。例如，在凌晨時段，對能量的需求通常低于一天中的其它時期，并且因此聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站將以最小發(fā)電站衰減負荷操作。當對能量的需求從這些凌晨時段增加時，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站將使功率輸出斜升到基本負荷。在一天中將有某些時間對能量的需求達到峰值。在這些峰值需求時期期間，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的熱效率將減小，原因是功率輸出增加以滿足峰值負荷。一些聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站利用管道燃燒(Duct firing)來生成附加功率輸出以滿足這些峰值需求時期期間對能量的增加需求。管道燃燒固有地是低效的發(fā)電方法，因此聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站將以欠理想的熱效率操作。
實用新型內容
[0003]根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種發(fā)電站。在本實用新型的該方面中，所述發(fā)電站包括蒸汽渦輪機和將工作流體供應到所述蒸汽渦輪機的蒸汽生成源。所述發(fā)電站還包括儲存儲熱工作介質的儲熱單元，所述儲熱工作介質配置成將熱能排放到從所述蒸汽生成源供應的工作流體中以補充由所述蒸汽渦輪機進行的發(fā)電。所述儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的儲熱工作介質的熱罐。所述發(fā)電站也包括熱交換器，所述熱交換器與所述蒸汽渦輪機、所述蒸汽生成源和所述儲熱單元流動連通，所述熱交換器促進所述儲熱單元中的儲熱工作介質和從所述蒸汽生成源供應到所述蒸汽渦輪機的工作流體之間的熱能的直接熱傳遞。
[0004]其中，在充裝操作模式下所述冷罐中的儲熱工作介質供應到所述熱交換器，從而促進從所述蒸汽生成源供應的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞以產生經加熱的儲熱工作介質。
[0005]其中，在所述充裝操作模式期間在所述熱交換器促進工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞的同時，所述蒸汽生成源將工作流體供應到所述蒸汽渦輪機。
[0006]其中，所述經加熱的儲熱工作介質儲存在所述熱罐中。
[0007]其中，所述蒸汽生成源配置成在儲熱單元關閉操作模式期間將所有工作流體直接供應到所述蒸汽渦輪機而沒有經由所述熱交換器與儲熱工作介質的任何熱傳遞。
[0008]其中，在所述儲熱單元關閉操作模式期間所述熱罐中的預定量的儲熱工作介質供應到所述冷罐中的儲熱工作介質以抑制所述冷罐中的工作介質的凝固。
[0009]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述蒸汽生成源供應的工作流體中的排放發(fā)生在期望在峰值需求時期期間提高蒸汽產生和來自所述蒸汽渦輪機的功率輸出的情況下。
[0010]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述蒸汽生成源供應的工作流體中的排放發(fā)生在期望通過提供到供電網的能量以抵消電網上的任何頻率減小的情況下。
[0011]其中，所述儲熱工作介質包括無機鹽。
[0012]在本實用新型的另一方面中，提供一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。在本實用新型的該方面中，所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站包括配置成生成電能的、以頂部熱動力循環(huán)操作的頂循環(huán)熱力發(fā)動機。所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站還包括配置成生成附加電能的、以底部熱動力循環(huán)操作的底循環(huán)熱力發(fā)動機，所述底循環(huán)熱力發(fā)動機包括蒸汽生成源，所述蒸汽生成源利用由所述頂循環(huán)熱力發(fā)動機產生的廢氣能量生成工作流體到達蒸汽渦輪機以用于生成附加電能。所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站也包括儲存儲熱工作介質的儲熱單元，所述儲熱工作介質配置成將熱能排放到所述底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體中以補充附加電能的發(fā)電，其中所述儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的工作介質的熱罐。所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站還包括至少一個熱交換器，所述至少一個熱交換器與所述底循環(huán)熱力發(fā)動機和所述儲熱單元流動連通。所述至少一個熱交換器促進所述儲熱單元中的儲熱工作介質和在所述底循環(huán)熱力發(fā)動機中使用的工作流體之間的熱能的直接熱傳遞。
[0013]其中，在充裝操作模式下所述冷罐中的儲熱工作介質供應到所述至少一個熱交換器，從而促進在所述底循環(huán)熱力發(fā)動機中使用的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞以產生經加熱的儲熱工作介質。
[0014]其中，在所述充裝操作模式期間在所述至少一個熱交換器促進所述底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞的同時，所述蒸汽生成源將工作流體供應到所述蒸汽渦輪機。
[0015]其中，所述經加熱的儲熱工作介質儲存在所述熱罐中。
[0016]其中，從所述頂循環(huán)熱力發(fā)動機獲得的廢氣能量用于生成所述底循環(huán)熱力發(fā)動機中的工作流體而沒有與所述儲熱單元的任何相互作用。
[0017]其中，所述蒸汽生成源配置成在儲熱單元關閉操作模式期間將所有工作流體直接供應到所述蒸汽渦輪機而沒有經由所述至少一個熱交換器與儲熱工作介質的任何熱傳遞。
[0018]其中，在所述儲熱單元關閉操作模式期間所述熱罐中的預定量的儲熱工作介質供應到所述冷罐中的儲熱工作介質以抑制所述冷罐中的工作介質的凝固。
[0019]其中，由所述底循環(huán)熱力發(fā)動機生成的附加電能取決于所述頂循環(huán)熱力發(fā)動機的廢氣能量和熱能經由至少一個熱交換器從儲熱工作介質到所述底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體中的排放。
[0020]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述底循環(huán)熱力發(fā)動機使用的工作流體中的排放發(fā)生在期望在峰值需求時期期間提高蒸汽產生和來自所述蒸汽渦輪機的功率輸出的情況下。
[0021]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述底循環(huán)熱力發(fā)動機使用的工作流體中的排放發(fā)生在期望通過提供到供電網的能量提高以抵消電網上的任何頻率減小的情況下。
[0022]其中，所述儲熱工作介質包括無機鹽。[0023]其中，所述至少一個熱交換器包括一個以上熱交換器，每個熱交換器配置成既執(zhí)行用來自所述底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體充裝所述儲熱單元中的儲熱工作介質，又將來自所述儲熱單元的儲熱工作介質排放到在所述底循環(huán)熱力發(fā)動機中使用的工作流體中。
[0024]在本實用新型的第三方面中，提供一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。在本實用新型的該方面中，所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站包括:燃氣渦輪機；熱回收蒸汽生成器(HRSG)，所述熱回收蒸汽生成器配置成回收來自所述燃氣渦輪機的廢氣能量并且借此生成蒸汽；蒸汽渦輪機，所述蒸汽渦輪機配置成接收來自所述HRSG的蒸汽的供應。所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站還包括儲存工作介質的儲熱單元，所述儲熱單元配置成將熱能排放到由所述HRSG供應的蒸汽中以補充由所述蒸汽渦輪機進行的發(fā)電，其中所述儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的儲熱工作介質的熱罐。所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站還包括熱交換器，所述熱交換器與所述HRSG、所述儲熱單元和所述蒸汽渦輪機流動連通，所述熱交換器促進所述儲熱單元中的儲熱工作介質和由所述HRSG供應到所述蒸汽渦輪機的蒸汽之間的熱能的直接熱傳遞。
[0025]其中，在充裝操作模式下所述冷罐中的儲熱工作介質供應到所述熱交換器，從而促進從所述HRSG供應的蒸汽和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞以產生經加熱的儲熱工作介質。
[0026]其中，在所述充裝操作模式期間在所述熱交換器促進蒸汽和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞的同時，所述HRSG將蒸汽供應到所述蒸汽渦輪機。
[0027]其中，所述充裝操作模式在最小發(fā)電站衰減負荷和基本負荷之間的任何發(fā)電站負荷點期間發(fā)生。
[0028]其中，所述經加熱的儲熱工作介質儲存在所述熱罐中。
[0029]其中，所述HRSG配置成在儲熱單元關閉操作模式期間將所有蒸汽直接供應到所述蒸汽渦輪機而沒有經由所述熱交換器與儲熱工作介質的任何熱傳遞。
[0030]其中，在所述儲熱單元關閉操作模式期間所述熱罐中的預定量的儲熱工作介質供應到所述冷罐中的儲熱工作介質以抑制所述冷罐中的工作介質的凝固。
[0031]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到從所述HRSG供應的蒸汽中的排放發(fā)生在期望在峰值需求時期期間提高蒸汽產生和來自所述蒸汽渦輪機的功率輸出的情況下。
[0032]其中，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到從所述HRSG供應的蒸汽中的排放發(fā)生在期望通過提供到供電網的能量提高以抵消電網上的任何頻率減小的情況下。
[0033]其中，所述熱交換器配置成將來自所述儲熱單元中的儲熱工作介質的熱能排放回所述HRSG以便改善總發(fā)電站啟動時間和所述HRSG的預熱時間。
[0034]其中，所述儲熱工作介質包括無機鹽。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是根據(jù)本實用新型的一個實施例的具有用于補充或提高蒸汽產生和功率輸出的熱能儲存單元的發(fā)電站的示意圖；
[0036]圖2是根據(jù)本實用新型的另一實施例的使用一個以上熱交換器來補充蒸汽產生和功率輸出的具有熱能儲存單兀的發(fā)電站的不意圖；以及
[0037]圖3A-3B顯示發(fā)電站性能的繪圖，其中圖3A顯示發(fā)電站、例如圖1和2中所示的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的功率輸出輪廓，而圖3B顯示不使用如本實用新型的各實施例中所述的儲熱單元配置的常規(guī)發(fā)電站的熱耗率輪廓相對于圖1和2中所示的發(fā)電站的熱耗率輪廓。
【具體實施方式】
[0038]本實用新型的各實施例涉及利用儲熱單元來補充或提高發(fā)電站(例如聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站)的蒸汽產生和功率輸出。儲熱單元儲存儲熱工作介質，所述儲熱工作介質配置成適應操作模式，其中熱能排放到由蒸汽生成源供應的工作流體中以補充由操作發(fā)電站的蒸汽渦輪機進行的發(fā)電，并且其中蒸汽生成源充裝(Charge)或增加儲熱工作介質的溫度。儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的儲熱工作介質的熱罐。在一個實施例中，包含在儲熱單元中的工作介質可以包括無機鹽，例如熔鹽。在操作中，至少一個熱交換器與蒸汽渦輪機、蒸汽生成源和儲熱單元流動連通。所述至少一個熱交換器促進儲熱單元中的儲熱工作介質和從蒸汽生成源供應到蒸汽渦輪機的工作流體之間的熱能的直接熱傳遞。
[0039]在一個實施例中，儲熱單元中的儲熱工作介質用于在峰值需求時期期間(Peak-demand periods)將由蒸汽生成源供應的蒸汽補充到蒸汽潤輪機。在其中發(fā)電站是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的另一實施例中，儲熱單元中的儲熱工作介質用于補充由蒸汽生成源(例如熱回收蒸汽生成器(HRSG))供應的蒸汽。這能夠使聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站提高蒸汽產生和功率輸出。在另一實施例中，所述至少一個熱交換器可以將來自儲熱單元中的儲熱工作介質的熱能排放回HRSG以便改善HRSG的預熱時間(Warm-up times)。另外,對于其中燃氣潤輪機廢氣能量用于生成蒸汽渦輪機的蒸汽源的實施例，它可以在其啟動期間增加燃氣渦輪機的廢氣(exhaust)溫度。在另一實施例中，儲熱單元中的儲熱工作介質用于補充由蒸汽生成源供應的蒸汽以便提供到達接收來自發(fā)電站的電力的供電網的能量提高。在一些情況下，供電網頻率會顯著地減小以響應在現(xiàn)有頻率下無法滿足的升高的電力需求。在這些情況下通過儲熱工作介質的使用促進的能量提高可以用于抵消供電網上的任何頻率降低。
[0040]上述技術效果是本實用新型的各實施例的應用中的一些的舉例說明并且不旨在限制。下面更詳細地描述這些技術效果和與本實用新型的實施例關聯(lián)的其它技術效果。
[0041]現(xiàn)在參考附圖，圖1顯示根據(jù)本實用新型的一個實施例的具有用于補充或提高蒸汽產生和功率輸出的熱能儲存單元105的發(fā)電站100的示意圖。圖1中所示的發(fā)電站100是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站100，包括配置成生成電能的、以頂部熱動力循環(huán)操作的頂循環(huán)熱力發(fā)動機110和配置成生成附加電能的、以底部熱動力循環(huán)操作的底循環(huán)熱力發(fā)動機115。盡管接下來的描述涉及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站，但是本領域的技術人員將領會本實用新型的各實施例適合于利用蒸汽渦輪發(fā)動機的任何類型的發(fā)電站。利用蒸汽渦輪發(fā)動機并且適合于使用本實用新型的實施例的發(fā)電站的示例性、但非窮舉列表可以包括化石燃料發(fā)電站、核發(fā)電站、太陽能發(fā)電站、地熱發(fā)電站和其它可再生能量發(fā)電站。
[0042]如圖1中所示，頂循環(huán)熱力發(fā)動機110包括燃氣渦輪機120，該燃氣渦輪機包括壓縮器部段(C)、燃燒器室部段(CC)和燃氣渦輪機部段(GT)。本領域的技術人員將領會燃氣渦輪機120僅僅是可以用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的燃氣渦輪發(fā)動機配置的一個例子并且不旨在限制本文中所述的本實用新型的各實施例。當在本文中使用時，頂循環(huán)熱力發(fā)動機110大體上表示包括壓縮器部段、燃燒器室部段和燃氣渦輪機部段作為主要部件的燃氣渦輪機120，然而未在圖1中示出的頂循環(huán)熱力發(fā)動機的其它部件可以包括具有燃料加熱器和流動控制閥的氣體燃料撬、可變致動入口引導葉片、廢氣擴散器、具有冷卻系統(tǒng)的壓縮器入口罩。底循環(huán)熱力發(fā)動機115表示未與燃氣渦輪機120關聯(lián)的圖1中的所有部件，排除下面更詳細描述的儲熱單元105和熱交換器135。也就是說，底循環(huán)熱力發(fā)動機115包括如圖1中所示的HRSG125、蒸汽渦輪機130、冷凝器160、泵165以及未具體顯示的其它部件，例如發(fā)電站100和關聯(lián)輔助設備的平衡。
[0043]繼續(xù)對底循環(huán)熱力發(fā)動機115的描述，HRSG125使用來自燃氣渦輪機120的廢氣能量來生成經由熱交換器135供應到蒸汽渦輪機130的蒸汽源。HRSG125僅僅是可以用于生成在蒸汽渦輪機130中膨脹的水/蒸汽的工作流體的蒸汽生成源的一個例子并且本領域的技術人員將領會存在其它蒸汽生成源，包括在兩個或三個壓力水平生成蒸汽、具有或沒有再熱過熱器部段的HRSG。本領域的技術人員還將領會蒸汽渦輪機可以包括多個部段，例如高壓部段、中壓部段和低壓部段，每個部段可能包括到HRSG125的專用管道連接。HRSG125將水/蒸汽的工作流體供應到蒸汽渦輪機130。工作流體在蒸汽渦輪機130中經歷膨脹并且用于驅動發(fā)電機150。發(fā)電機150生成電力并且產生電以便分配到供電網。應當注意燃氣渦輪機120也驅動發(fā)電機155，發(fā)電機155生成電以便分配到供電網。應當注意在一些配置中燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機可以在共同軸上并且都將動力提供給單發(fā)電機。返回參考底循環(huán)熱力發(fā)動機115，冷凝器160冷凝來自蒸汽渦輪機130的膨脹工作流體以產生由泵165饋送回到HRSG125的液體(冷凝液)。來自HRSG125的副產品經由煙囪170釋放到大氣中。
[0044]儲熱單元105與熱交換器135 —起可以用于補充由蒸汽渦輪機130進行的發(fā)電(例如，提高蒸汽產生和功率輸出)。在一個實施例中，儲存在儲熱單元105中的儲熱工作介質可以經由熱交換器135將熱能排放到從HRSG125供應到蒸汽渦輪機130的工作流體中，所述熱交換器135與這些部件流動連通。以該方式，熱交換器135促進儲存在儲熱單元105中的儲熱工作介質和從HRSG125供應到蒸汽渦輪機130的工作流體(例如，水/蒸汽)之間的熱能的直接熱傳遞。
[0045]如圖1中所示，儲熱單元105包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐140和包含處于已加熱狀態(tài)的儲熱工作介質的絕熱熱罐145。在一個實施例中，在冷罐140和熱罐145中由儲熱單元105使用的儲熱工作介質可以包括具有在任何期望的工作循環(huán)中吸收、保持并且然后釋放熱能的能力的類型的許多儲存介質中的任何一種。另外，儲熱工作介質應當具有高熔化熱、大操作范圍和相對惰性?？梢杂蓛釂卧?05使用的儲熱工作介質的示例性、但非窮舉例子包括無機鹽，例如熔鹽。本領域的技術人員將領會其它化學無機化合物可以用作儲熱工作介質。例如，堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉)是可以用作儲熱工作介質的無機化合物的類型。
[0046]在本實用新型的實施例中大體上有儲熱單元105和熱交換器135可以在發(fā)電站100內使用的三個操作模式。一個操作模式是儲熱單元關閉操作模式，其中來自HRSG125的所有生成工作流體(例如，水/蒸汽)直接被送到蒸汽渦輪機130用于膨脹做功。在儲熱單元關閉模式下，HRSG125配置成將所有工作流體直接供應到蒸汽渦輪機130而沒有經由熱交換器135與儲熱單元105中的儲熱工作介質的任何熱傳遞。另外，在儲熱單元105關閉模式期間，處于已加熱狀態(tài)的熱罐145中的預定量的儲熱工作介質可以經由旁通閥175供應到冷罐140中的處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質。由于儲熱單元105關閉，因此存在儲熱工作介質將凝固的可能性。經由旁通閥175將熱罐145中的最小量的儲熱工作介質供應到冷罐140中的儲熱工作介質能夠使冷罐140保持其中的最小溫度以抑制工作介質的凝固。
[0047]另一操作模式是充裝操作模式，其中來自HRSG125的工作流體供應到蒸汽渦輪機130并且冷罐140中的儲熱工作介質供應到熱交換器135。這促進從HRSG125供應的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞。更具體地，這促進在底循環(huán)熱力發(fā)動機115中使用的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞，產生經加熱的儲熱工作介質。也就是說，儲熱工作流體由底循環(huán)熱力發(fā)動機115直接充裝。這消除與頂循環(huán)熱力發(fā)動機110的直接熱傳遞。因此，儲熱工作流體被充裝而沒有與頂部循環(huán)110廢氣能量的任何直接相互作用。
[0048]充裝操作模式的結果是儲熱工作介質的溫度增加，產生經加熱的儲熱工作介質。經加熱的儲熱工作介質然后可以儲存在熱罐145中。應當注意在充裝操作模式下，與熱交換器135促進工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞并行或同時，HRSG125將工作流體供應到蒸汽渦輪機130。該充裝操作模式可以導致來自蒸汽渦輪機130的功率輸出的減小，原因是供應的工作流體的流動和/或它的溫度將更低。該潛在狀況使充裝操作模式適合于在電輸出的值被認為較低的情況期間發(fā)生(例如，夜晚或在溫暖的季節(jié))。然而，本領域的技術人員將領會充裝操作模式可以在最小衰減一直到基本負荷之間的任何機組負荷點期間被執(zhí)行。
[0049]第三操作模式是排放操作模式，其中經由燃氣渦輪機120的廢氣能量和HRSG125生成的工作流體與經由熱交換器135從熱罐145循環(huán)到冷罐140的儲熱工作流體用于提高蒸汽產生和由蒸汽渦輪機130進行的功率輸出。以該方式，供應到蒸汽渦輪機130用于膨脹的工作流體同時基于由燃氣渦輪機120的廢氣能量提供的、輸送到HRSG125的能量和熱能從來自儲熱單元105的儲熱工作流體的排放。更具體地，供應到蒸汽渦輪機130用于膨脹的工作流體取決于頂循環(huán)熱力發(fā)動機110的廢氣能量和熱能經由熱交換器135從儲熱工作介質到底循環(huán)熱力發(fā)動機115的工作流體中的排放。
[0050]提高蒸汽產生和來自蒸汽渦輪機130的功率輸出的排放操作模式使發(fā)電站100適合于若干應用。在一個實施例中，排放操作模式使發(fā)電站100適合在期望提高蒸汽產生和來自蒸汽渦輪機的功率輸出的情況下、例如在峰值需求時期期間使用。這消除或減小需要使用管道燃燒來生成附加功率輸出以滿足這些峰值需求時期期間對能量的增加需求。在另一實施例中，排放操作模式使發(fā)電站100適合在期望提供到達供電網的能量提高以抵消未滿足的電網需求的情況下使用。特別地，常常需要連接到供電網的發(fā)電站快速地提高它們的電輸出以便彌補電網中的其它地方的損失能力。經由排放模式提高蒸汽產生和來自蒸汽渦輪機的功率輸出的能力能夠使發(fā)電站100快速地提供到達電網的能量提高以抵消頻率的任何不穩(wěn)定性。在另一實施例中，排放操作模式可以用于在較冷條件的啟動期間將來自儲熱單元105中的儲熱工作介質的熱能排放到HRSG125中以減小總機組啟動時間。
[0051]圖2是根據(jù)本實用新型的另一實施例的使用一個以上熱交換器來補充蒸汽產生和功率輸出的具有熱能儲存單元的發(fā)電站200的示意圖。類似于圖1中使用的部分的圖2中的部分使用相似的附圖標記，區(qū)別在于圖2中使用的附圖標記在前面加上數(shù)字2。在該實施例中，每個熱交換器235配置成執(zhí)行用來自底循環(huán)熱力發(fā)動機215的工作流體充裝儲熱單元205中的儲熱工作介質并且將來自儲熱單元的儲熱工作介質排放到底循環(huán)熱力發(fā)動機中。
[0052]在一個例子中，儲熱工作介質和工作流體之間的熱傳遞可以在充裝模式和排放模式下通過兩至三個熱交換器235的使用發(fā)生。可能并且經濟地期望將熱交換器235中的一個或多個定位和尺寸確定成使得它可以在兩個操作模式下使用以減小所需的熱交換器的總數(shù)量，這潛在地減小總成本和復雜性。換句話說，如果熱交換器235需要進行充裝和排放，則將僅僅需要總共四或五個熱交換器，一個或兩個熱交換器在兩個模式下工作。本領域的技術人員將領會兩個或三個熱交換器的例子僅僅用于舉例說明并且通過增加一個或多個附加熱交換器將獲得增加的性能好處。本領域的技術人員還將領會潛在多個熱交換器可以在充裝和排放模式下使用以提供經濟和操作好處。
[0053]圖3A-3B顯示發(fā)電站性能的繪圖，其中圖3A顯示發(fā)電站、例如圖1和2中所示的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的理想化功率輸出輪廓(profile) 300，而圖3B相對于不使用如本實用新型的各實施例中所述的儲熱單元配置的發(fā)電站的熱耗率輪廓顯示圖1和2中所示的發(fā)電站的熱耗率輪廓305。參考圖3A，功率輸出輪廓300顯示在一點鐘和七點鐘之間，發(fā)電站以最小機組衰減負荷操作，在輪廓中如附圖標記310所示。從7點鐘到8點鐘,發(fā)電站開始將功率輸出斜升到基本負荷，在輪廓中如附圖標記315所示。在8點鐘到23點鐘之間，機組以基本負荷操作，在輪廓中如附圖標記320所示。在輪廓中如附圖標記325所示的13點鐘到16點鐘表示一天中的峰值需求時段，其中發(fā)電站需要典型地生成附加功率以滿足峰值需求負荷。如本文中所述，本實用新型的各實施例利用來自蒸汽底部循環(huán)的儲熱單元和(一個或多個)熱交換器、儲存它并且然后在峰值需求時再注入該熱能以提高蒸汽產生和功率輸出。這與典型地必須依靠管道燃燒來提高蒸汽產生以滿足325處的峰值需求負荷的常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站形成對比。在以基本負荷操作之后，發(fā)電站從23點鐘到24點鐘以部分負荷操作，在輪廓中如附圖標記330所示。
[0054]參考圖3B，熱耗率輪廓305包括圖1和2中所示的發(fā)電站的熱耗率輪廓335和在峰值需求時段期間使用管道燃燒來提高蒸汽產生的常規(guī)發(fā)電站的熱耗率輪廓340。在本領域中眾所周知，發(fā)電站的熱耗率的倒數(shù)表示機組的效率。因此，發(fā)電站的熱耗率越低，機組效率越好。相反地，發(fā)電站的熱耗率越高，機組效率越低。
[0055]在圖3B中，發(fā)電站在其中發(fā)電站以最小機組衰減負荷操作的I點鐘到7點鐘之間，如附圖標記345所示，根據(jù)本實用新型的實施例進行操作的發(fā)電站的熱耗率具有比如附圖標記350所示的常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站操作高的熱耗率。這指示根據(jù)本實用新型的實施例的發(fā)電站操作在最小機組衰減負荷下具有比常規(guī)發(fā)電站低的效率。這是由于充裝操作模式，其中來自HRSG的工作流體供應到蒸汽渦輪機并且冷罐中的儲熱工作介質供應到(一個或多個)熱交換器以促進HRSG工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞。本領域的技術人員將領會盡管I點鐘到7點鐘之間的效率低，但是該時間期間的電輸出的值被認為較低，考慮到在峰值需求時段期間由本實用新型的各實施例提供的好處使低效率可接受。
[0056]如圖3B中所示，在其中峰值需求處于其最高值的13點鐘到16點鐘期間，如附圖標記355所示，根據(jù)本實用新型的實施例進行操作的發(fā)電站的熱耗率具有比如附圖標記360所示的常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站操作低的熱耗率。特別地，這指示本實用新型的實施例能夠使發(fā)電站在峰值需求時段期間以比使用管道燃燒的常規(guī)發(fā)電站高的效率操作。這是由于本實用新型的實施例利用充裝的儲熱工作介質并且將它排放到蒸汽渦輪機中以提高蒸汽產生和功率輸出。這與在管道燃燒期間燃燒更多燃料以便提高蒸汽產生和功率輸出以滿足峰值需求負荷的常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站形成對比。
[0057]在23點鐘到24點鐘之間，發(fā)電站以部分負荷操作。如圖3B中所示，根據(jù)本實用新型的實施例進行操作的發(fā)電站的熱耗率具有與常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站大致相同的熱耗率和因此相同的效率。圖3B發(fā)電站發(fā)電站也示出根據(jù)本實用新型的實施例進行操作的發(fā)電站的熱耗率在當機組將功率輸出斜升到基本負荷時的7點鐘到8點鐘期間具有與常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站大致相同的熱耗率和因此相同的效率。在圖3B中，機組的熱耗率和效率從8點鐘到12點鐘在基本負荷下在峰值需求時段(即，13點鐘到16點鐘)之前以及在峰值需求時段之后在基本負荷下從17點鐘到23點鐘大致相同。
[0058]盡管結合本實用新型的優(yōu)選實施例特別地顯示和描述了本公開，但是將領會本領域的技術人員將想到變化和修改。所以，應當理解附帶的權利要求旨在涵蓋屬于本公開的真實精神內的所有這樣的修改和變化。
【權利要求】
1.一種發(fā)電站，其包括: 蒸汽渦輪機； 蒸汽生成源，所述蒸汽生成源將工作流體供應到所述蒸汽渦輪機； 儲存儲熱工作介質的儲熱單元，所述儲熱單元配置成將熱能排放到從所述蒸汽生成源供應的工作流體中以補充由所述蒸汽渦輪機進行的發(fā)電，其中所述儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的儲熱工作介質的熱罐；以及 熱交換器，所述熱交換器與所述蒸汽渦輪機、所述蒸汽生成源和所述儲熱單元流動連通，所述熱交換器促進所述儲熱單元中的儲熱工作介質和從所述蒸汽生成源供應到所述蒸汽渦輪機的工作流體之間的熱能的直接熱傳遞。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電站，其特征在于，在充裝操作模式下所述冷罐中的儲熱工作介質供應到所述熱交換器，從而促進從所述蒸汽生成源供應的工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞以產生經加熱的儲熱工作介質。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電站，其特征在于，在所述充裝操作模式期間在所述熱交換器促進工作流體和儲熱工作介質之間的熱能的直接熱傳遞的同時，所述蒸汽生成源將工作流體供應到所述蒸汽渦輪機。
4.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電站，其特征在于，所述經加熱的儲熱工作介質儲存在所述熱罐中。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電站，其特征在于，所述蒸汽生成源配置成在儲熱單元關閉操作模式期間將所有工作流體直接供應到所述蒸汽渦輪機而沒有經由所述熱交換器與儲熱工作介質的任何熱傳遞`。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)電站，其特征在于，在所述儲熱單元關閉操作模式期間所述熱罐中的預定量的儲熱工作介質供應到所述冷罐中的儲熱工作介質以抑制所述冷罐中的工作介質的凝固。
7.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電站，其特征在于，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述蒸汽生成源供應的工作流體中的排放發(fā)生在期望在峰值需求時期期間提高蒸汽產生和來自所述蒸汽渦輪機的功率輸出的情況下。
8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電站，其特征在于，所述儲熱單元中的儲熱工作介質到由所述蒸汽生成源供應的工作流體中的排放發(fā)生在期望通過提供到供電網的能量以抵消電網上的任何頻率減小的情況下。
9.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電站，其特征在于，所述儲熱工作介質包括無機鹽。
10.一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站，其包括: 配置成生成電能的、以頂部熱動力循環(huán)操作的頂循環(huán)熱力發(fā)動機； 配置成生成附加電能的、以底部熱動力循環(huán)操作的底循環(huán)熱力發(fā)動機，所述底循環(huán)熱力發(fā)動機包括蒸汽生成源，所述蒸汽生成源利用由所述頂循環(huán)熱力發(fā)動機產生的廢氣能量生成工作流體到達蒸汽渦輪機以用于生成附加電能； 儲存儲熱工作介質的儲熱單元，所述儲熱工作介質配置成將熱能排放到所述底循環(huán)熱力發(fā)動機的工作流體中以補充附加電能的發(fā)電，其中所述儲熱單元包括包含處于冷狀態(tài)的儲熱工作介質的冷罐和包含處于已加熱狀態(tài)的工作介質的熱罐；以及 至少一個熱交換器，所述至少一個熱交換器與所述底循環(huán)熱力發(fā)動機和所述儲熱單元流動連通，所述至少一個熱交換器促進所述儲熱單元中的儲熱工作介質和在所述底循環(huán)熱力發(fā)動機中使用的工作流體`之間的熱能的直接熱傳遞。
【文檔編號】F01K25/00GK203626907SQ201320642021
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2012年10月17日
【發(fā)明者】R.龐, 陳會娟, T.A.加杜里, K.蒙德拉, A.M.彼得, D.G.瓦特 申請人:通用電氣公司