[发明专利]一种氢储能太阳能燃煤耦合灵活发电系统及运行方法

权利要求书

1.一种氢储能太阳能燃煤耦合灵活发电系统，包括耦合太阳能热发电的燃煤发电机组热力系统和氢储能系统：其中，

所述耦合太阳能热发电的燃煤发电机组热力系统包括依次连接的锅炉(1)、汽轮机高压缸(2)、汽轮机中低压缸(3)、凝汽器(4)、凝结水泵(5)、低压加热器(6)、除氧器(7)、给水泵(8)、二级高压加热器(9)和一级高压加热器(10)；还包括储热介质与给水换热器(11)、太阳能集热装置(12)、一级给水调节阀(13)、二级给水调节阀(14)和发电机(15)；储热介质与给水换热器(11)的储热介质入口与太阳能集热装置(12)的储热介质出口通过管道相连通，储热介质出口与太阳能集热装置(12)的储热介质入口通过管道相连通；储热介质与给水换热器(11)的给水入口通过一级给水调节阀(13)与二级高压加热器(9)的水工质入口相连通，还通过二级给水调节阀(14)与一级高压加热器(10)的水工质入口相连通；储热介质与给水换热器(11)的给水出口通过管道与一级高压加热器(10)的给水出口相连通；锅炉(1)的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸(2)的入口相连通；锅炉(1)的给水入口和一级高压加热器(10)的给水出口相连通；汽轮机高压缸(2)的蒸汽出口通过锅炉(1)与汽轮机中低压缸(3)进汽口相连通；汽轮机高压缸(2)的第一级抽汽出口和一级高压加热器(10)的蒸汽入口通过管道相连通；汽轮机中低压缸(3)的第一级抽汽出口与二级高压加热器(9)的蒸汽入口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器(7)的蒸汽入口通过管道相连通，第三级抽汽出口与低压加热器(6)的蒸汽入口通过管道相连通；汽轮机中低压缸(3)的蒸汽出口与凝汽器(4)的进气口相连通；凝汽器(4)的水工质出口通过凝结水泵(5)与低压加热器(6)的水工质入口相连通；低压加热器(6)的水工质出口与除氧器(7) 的水工质入口相连通；

所述氢储能系统包括依次相连的整流开关(16)、整流单元(17)、电解制氢槽(18)、储氢罐(19)、氢氧燃料电池(21)和逆变单元(22)和逆变开关(23)，还包括储氧罐(20)、氢气入口调节阀(24)、氧气入口调节阀(25)、氢气出口调节阀(26)和氧气出口调节阀(27)；整流单元(17)的交流侧与发电机(15)的输出侧通过整流开关(16)相连通；电解制氢槽(18)的电解端与整流单元(17)的直流侧通过电解电极相连通；电解制氢槽(18)的氢气出口与储氢罐(19)的氢气入口通过氢气入口调节阀(24)相连通；电解制氢槽(18)的氧气出口与储氧罐(20)的氧气入口通过氧气入口调节阀(25)相连通；储氢罐(19)的氢气出口与氢氧燃料电池(21)的氢气入口通过氢气出口调节阀(26)相连通；储氧罐(20)的氧气出口与氢氧燃料电池(21)的氧气入口通过氧气出口调节阀(27)相连通；氢氧燃料电池(21)的电能输出端与逆变单元(22)的直流侧相连通；逆变单元(22)的交流侧通过逆变开关(23)与电网相连通；

所述的一种氢储能太阳能燃煤耦合灵活发电系统的运行方法，其特征在于：通过一级给水调节阀(13)和二级给水调节阀(14)调节给水流量，保证太阳能的最大化利用，当太阳辐照条件变化时，需要同时维持输送给电网的发电量稳定和有效利用太阳能热发电，即当太阳辐照增加时，闭合整流开关(16)，打开氢气入口调节阀(24)和氧气入口调节阀(25)，启动电解制氢槽(18)，关闭氢气出口调节阀(26)和氧气出口调节阀(27)，停止氢氧燃料电池(21)，断开逆变开关(23)，调节目标：保证输送电网的电量稳定，利用除输送给电网的电量外发电机产生的多余电能电解制氢，将电能转换成化学能储至储氢罐(19)和储氧罐(20)；当太阳辐照降低时，断开整流开关(16)，闭合逆变开关(23)，关闭氢气入口调节阀(24)和氧气入口调节阀(25)，停止电解制氢槽(18)，启动氢氧燃料电池(21)，调节氢气出口调节阀(26)和氧气出口调节阀(27)，调节目标：使得氢氧燃料电池(21)产生的电能能够弥补发电机少产生的电能，保证输送电网的电量稳定；

所述的运行方法，其中一种实现方法为：当太阳辐照条件变化时，调节步骤分三步：

第一步，通过一级给水调节阀(13)调节由给水泵(8)出口引出并进入储热介质与给水换热器(11)的给水份额α₂，通过二级给水调节阀(14)调节由二级高压加热器(9)给水出口引出并进入储热介质与给水换热器(11)的给水份额α₁，利用储热介质与给水换热器(11)加热上述所引出的给水并与一级高压加热器(10)的出口给水汇集，控制进入锅炉(1)的入口给水温度不小于一级高压加热器(10)的出口给水温度，保证太阳能的最大化利用；

第二步，根据等效热降原理计算耦合太阳能热发电的燃煤发电机组发电功率的变化量ΔP_e，计算方法如下：

ΔH＝α₁τ₁η₁+α₂(τ₁η₁+τ₂η₂)

式中：ΔH为系统循环做功变化量，kJ/kg；ΔP_e为燃煤发电机组发电功率变化量，kW；α₁、α₂分别为二级给水调节阀(14)调节由二级高压加热器(9)给水出口引出并进入储热介质与给水换热器(11)的给水份额和一级给水调节阀(13)调节由给水泵(8)出口引出并进入储热介质与给水换热器(11)的给水份额；τ₁、τ₂分别为一级高压加热器(10)中1kg水的焓升和二级高压加热器(9)中1kg水的焓升，kJ/kg；η₁和η₂分别为汽轮机高压缸(2)的第一级抽汽效率和汽轮机中低压缸(3)的第一级抽汽效率；D₀为汽耗量，kg/h；η_m为机械传动效率；η_g为发电机效率；

第三步，根据第二步所计算的发电功率变化量调节氢储能系统的功率，使得其抵消发电机功率的变化量，保证向电网输电功率平稳。