特許 7540089 溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-16

(45)【発行日】2024-08-26

(54)【発明の名称】溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 15/00 20060101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

H02J15/00 H

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023530034

(86)(22)【出願日】2022-04-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-01

(86)【国際出願番号】 CN2022088309

(87)【国際公開番号】W WO2022267663

(87)【国際公開日】2022-12-29

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】202110688258.5

(32)【優先日】2021-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】520455014

【氏名又は名称】西安熱工研究院有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｘｉ’ａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１３６ Ｘｉｎｇｑｉｎｇ Ｒｏａｄ，Ｂｅｉｌｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｘｉ’ａｎ Ｃｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ

(73)【特許権者】

【識別番号】522228964

【氏名又は名称】西安西熱節能技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＸＩ’ＡＮ ＴＰＲＩ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｂｌｏｃｋ Ａ， Ｂｏｙｕａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ． ９９，Ｙａｎｘｉａｎｇ Ｒｏａｄ Ｘｉ’ａｎ， Ｓｈａａｎｘｉ ７１００５４ （ＣＮ）

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】馬 汀山

(72)【発明者】

【氏名】居 文平

(72)【発明者】

【氏名】王 偉

(72)【発明者】

【氏名】常 東鋒

(72)【発明者】

【氏名】▲ろう▼ 青

(72)【発明者】

【氏名】王 東曄

(72)【発明者】

【氏名】張 建元

(72)【発明者】

【氏名】耿 如意

(72)【発明者】

【氏名】祁 文玉

【審査官】山口 大

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０８０９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３５８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３８１５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法であって、
電気加熱と蒸気加熱という２つの方式で溶融塩に蓄熱し、ユニットはピーク調整需要がＰ_ｔｆであり、連続ピーク調整時間がｔである場合、溶融塩電気加熱器（７）を用いて加熱するときに必要な溶融塩量ｍ_ｄまたは溶融塩蒸気加熱器（５）を用いて加熱するときに必要な溶融塩量ｍ_ｑを計算するとともに、溶融塩電気加熱器（７）を用いて加熱するときに必要な高温貯蔵タンク（８）及び低温タンク（１）の容積Ｖ_ｄまたは溶融塩蒸気加熱器（５）を用いて加熱するときに必要な高温貯蔵タンク（８）及び低温タンク（１）の容積Ｖ_ｑを計算するステップを含む、
ことを特徴とする溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項2】

Ｑ_ｄは溶融塩電気加熱器（７）を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量であり、Ｑ_ｑは溶融塩蒸気加熱器（５）を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量であり、ｔ_ｒｉは蒸気発生器（１１）の入口溶融塩温度であり、ｔ_ｒｏは蒸気発生器（１１）の出口溶融塩温度であり、溶融塩の密度はρ＝ｕ（ｔ_ｒｙ）であり、溶融塩の比熱容量はＣ＝ｗ（ｔ_ｒｙ）である、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項3】

ピーク調整時間長がｔである場合、溶融塩電気加熱器（７）を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｄ及び溶融塩蒸気加熱器（５）を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｑはそれぞれ以下の通りであり：

Ｐ_ｄは溶融塩電気加熱器（７）のパワーであり、Ｐ_ｑは溶融塩蒸気加熱器（５）のパワーである、
ことを特徴とする請求項２に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項4】

Ｐ_ｄの式は以下の通りである：

ことを特徴とする請求項３に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項5】

Ｐ_ｑの式は以下の通りであり：

ｈ_ｃｑは抽気エンタルピー値であり、ｈ_ｃｑは抽気圧力Ｐ_ｃｑ及び抽気温度ｔ_ｃｑによって蒸気パラメータ表を調べることにより得られ、ｈ_ｈｑｓは還気または還水のエンタルピー値であり、還気または還水の圧力Ｐ_ｈｑｓ及び温度ｔ_ｈｑｓによって蒸気パラメータ表を調べることにより得られ、Ｑ_ｃｑは抽気流量であり、η_ｃｑは蓄熱抽気の抽気効率であり、η_ｃｑは等価エンタルピー降下計算方法で計算して得られる、
ことを特徴とする請求項３に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項6】

ユニットの熱システムパラメータと工業用蒸気供給需要に基づいて、蒸気発生器（１１）の入口給水圧力Ｐ_ｇｓ、温度ｔ_ｇｓ及び流量Ｑ_ｇｓ、蒸気発生器（１１）の出口蒸気圧力Ｐ_ｇｑ及び温度ｔ_ｇｑを決定し、熱交換器設計原理に基づいて、終端温度差の影響を考慮すると、得られた蒸気発生器（１１）の入口溶融塩温度ｔ_ｒｉ及び出口溶融塩温度ｔ_ｒｏは、それぞれ以下の通りである：

ことを特徴とする請求項２に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【請求項7】

溶融塩が使用される時の最低温度ｔ_ｒｏに基づいて、溶融塩の融点ｔ _ｒｄ に対する余裕ｔ_ｒｙを考慮すると、得られた溶融塩の融点ｔ_ｒｄは、以下の通りであり：

溶融塩が使用される時の最高温度ｔ_ｒｉに基づいて、溶融塩の分解点ｔ _ｆｊｄ に対する余裕ｔ_ｆｊｙを考慮すると、得られた溶融塩の分解点ｔ_ｆｊｄは、以下の通りであり：

式（９）及び式（１０）によって決定された融点ｔ _ｒｄ 及び分解点ｔ _ｆｊｄ に基づいて、溶融塩の種類を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットのピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

＜関連出願の相互引用＞
本出願は、２０２１年６月２１日に中国に提出された、中国特許出願番号が２０２１１０６８８２５８．５であるものの優先権を主張し、そのすべての内容が本明細書に組み入れられる。

【0002】

本開示は、火力発電技術のピーク調整の分野に属し、溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法に関する。

【背景技術】

【0003】

中国の都市化の加速及び国民経済の持続的発展に伴い、省エネ、環境保護の要求は絶えず高まり、住民の暖房及び工業用蒸気のエネルギー利用効率及びコストは市場発展を主導する重要な要素となっている。稼働中の大容量火力発電ユニットに対して熱電併給改造を実施して、高エネルギー消費、重度汚染の立ち遅れた石炭燃焼小型熱電ユニット、小型ボイラーの代わりに、大規模かつ高効率の熱電併給方式を採用して集中熱供給と蒸気供給を実施することは、現在、国内の熱供給技術の発展の重要な傾向となっている。

【0004】

しかしながら、工業用蒸気供給を備える火力発電ユニットにとっては、深いピーク調整を実現するには難易度が倍増している。現在、すでに研究チームは溶融塩蓄熱と火力発電ユニットの結合方式を用いて工業用蒸気供給と深いピーク調整との間の矛盾を解決することを提案している。蓄熱システムの溶融塩量と蓄熱タンクの容積はこのようなプロジェクトの投資と敷地面積に影響を与える重要な要素であり、現在、このような問題に対して適切な計算方法はない。そのため、後期のこのようなプロジェクトの実施参考のために、溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量の計算方法を提案する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、上記従来の技術の欠点を克服することを目的とし、溶塩貯蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法を提供し、この方法は蓄熱システムの溶塩使用量及び蓄熱タンクの容積を算出することができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するために、本開示で説明された溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法は、
電気加熱と蒸気加熱という２つの方式で溶融塩を蓄熱し、ユニットは深いピーク調整需要がＰ_ｔｆであり、連続ピーク調整時間がｔである場合、溶融塩電気加熱器を用いて加熱するときに必要な溶融塩量ｍ_ｄまたは溶融塩蒸気加熱器を用いて加熱するときに必要な溶融塩量ｍ_ｑを計算するとともに、溶融塩電気加熱器を用いて加熱するときに必要な高温貯蔵タンク及び低温タンクの容積Ｖ_ｄまたは溶融塩蒸気加熱器を用いて加熱するときに必要な高温貯蔵タンク及び低温タンクの容積Ｖ_ｑを計算するステップを含む。

【0007】

ここで、Ｑ_ｄは溶融塩電気加熱器を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量であり、Ｑ_ｑは溶融塩蒸気加熱器を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量であり、ｔ_ｒｉは蒸気発生器の入口溶融塩温度であり、ｔ_ｒｏは蒸気発生器の出口溶融塩温度であり、溶融塩の密度はρ＝ｕ（ｔ_ｒｙ）であり、溶融塩の比熱容量はＣ＝ｗ（ｔ_ｒｙ）である。

【0008】

ピーク調整時間長がｔである場合、溶融塩電気加熱器を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｄ及び溶融塩蒸気加熱器を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｑはそれぞれ以下の通りであり：

ここで、Ｐ_ｄは溶融塩電気加熱器のパワーであり、Ｐ _ｑ は溶融塩蒸気加熱器のパワーである。

【0009】

Ｐ_ｄの式は以下の通りである：

【0010】

Ｐ_ｑの式は以下の通りである：

ここで、ｈ_ｃｑは抽気エンタルピー値であり、ｈ_ｃｑは抽気圧力Ｐ_ｃｑ及び抽気温度ｔ_ｃｑによって蒸気パラメータ表を調べることにより得られ、ｈ_ｈｑｓは還気または還水のエンタルピー値であり、還気または還水の圧力Ｐ_ｈｑｓ及び温度ｔ_ｈｑｓによって蒸気パラメータ表を調べることにより得られ、Ｑ_ｃｑは抽気流量であり、η_ｃｑは蓄熱抽気の抽気効率であり、η_ｃｑは等価エンタルピー降下計算方法で計算して得られる。

【0011】

ユニットの熱システムパラメータと工業用蒸気供給需要に基づいて、蒸気発生器の入口給水圧力Ｐ_ｇｓ、温度ｔ_ｇｓ及び流量Ｑ_ｇｓ、蒸気発生器の出口蒸気圧力Ｐ_ｇｑ及び温度ｔ_ｇｑを決定し、熱交換器設計原理に基づいて、終端温度差の影響を考慮すると、得られた蒸気発生器の入口溶融塩温度ｔ_ｒｉ及び出口溶融塩温度ｔ_ｒｏは、それぞれ以下の通りである。

【0012】

溶融塩の作業の最低温度ｔ_ｒｏに基づいて、余裕ｔ_ｒｙを考慮すると、得られた溶融塩の融点ｔ_ｒｄは、以下の通りである：

【0013】

溶融塩の作業の最高温度ｔ_ｒｉに基づいて、分解点余裕ｔ_ｆｊｙを考慮すると、得られた溶融塩の分解点ｔ_ｆｊｄは、以下の通りである：

【発明の効果】

【0014】

本開示は以下の有益な効果を有する。本開示で説明された溶融塩蓄を利用して熱火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法は、具体的な操作時に、ピーク調整の深さによって必要な溶融塩加熱器のパワーを決定し、さらにピーク調整時間長を導入することによって蓄熱容量を決定し、その後にユニットの熱システム及び熱供給パラメータによって溶融塩の運転温度を決定し、次に選択すべきの溶融塩の種類を決定し、溶融塩の種類に基づいて溶融塩の物性を決定し、最後に溶融塩の使用量と蓄熱タンクの容積を決定することにより、電気加熱溶融塩又は蒸気加熱溶融塩を用いて工業用蒸気供給を行う深いピーク調整システム内の溶融塩の使用量、及び蓄熱タンクの容積をそれぞれ計算し、プロジェクト投資及びプロジェクト敷地面積の正確な計算に信頼できる根拠を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援するシステムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示の技術案を当業者がよりよく理解するために、以下、本開示の実施例の図面と組み合わせて、本開示の実施例の技術案を明確かつ完全に説明するが、説明された実施例は、全ての実施例ではなく、本開示の一部の実施例にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。なお、以下の説明では、本開示の概念を不要に混同しないように、公知の構造及び技術の説明を省略する。本開示の実施例に基づいて、当業者は、創造的な労働がなされていない前提で取得される他のすべての実施例は、本開示の保護の範囲に属すべきである。

【0017】

図面では本開示の実施例に係る概略構成図を示す。これらの図は縮尺ではなく、明確に表現するために、一部の詳細が拡大され、一部の詳細が省略される可能性がある。図面に示される様々な領域、層の形状、およびそれらの間の相対的なサイズ、位置関係は例示的なものに過ぎず、実際には製造公差や技術的制限によってばらつきがある可能性があり、当業者は実際の必要に応じて異なる形状、サイズ、相対的な位置を有する領域／層を別途設計することができる。

【0018】

図１を参照すると、本開示に記載の溶融塩蓄熱を利用して火力発電ユニットの深いピーク調整を支援する溶融塩貯蔵量計算方法は、
電気加熱と蒸気加熱という２つの方式で溶融塩を蓄熱することを考慮して、ユニットは深いピーク調整需要がＰ_ｔｆであり場合、及び連続ピーク調整時間がｔである場合、必要な溶融塩量ｍをそれぞれ計算するステップを含む。

【0019】

電力網が負荷深いピーク調整命令を送信すると、エネルギー貯蔵変圧器６の電圧を変化させることにより、溶融塩電気加熱器７のパワーを変化させるか、またはエネルギー貯蔵抽気制御弁４の開度を調整することにより、溶融塩蒸気加熱器５への蒸気流入量を制御して、電力網の負荷変動需要に応答するとともに、低温溶融塩ポンプ２及び低温溶融塩弁３は、低温タンクの出口での溶融塩流量を調節するように、溶融塩電気加熱器７又は溶融塩蒸気加熱器５の出口での温度を追跡し、加熱された溶融塩は高温貯蔵タンク８に貯蔵され、その後に高温溶融塩ポンプ９及び高温溶融塩弁１０を介して蒸気発生器１１に入って放熱された後、低温タンク１に戻り、ユニットの還熱システムから送出された水は昇圧ポンプ１２を介して蒸気発生器１１に入って吸熱し、工業用蒸気供給パラメータに達した後、工業用蒸気供給母管に合流する。

【0020】

溶融塩電気加熱器７を用いて加熱する場合、ユニットのピーク調整需要Ｐ_ｔｆは溶融塩電気加熱器７のパワーＰ_ｄであり、すなわち：

【0021】

溶融塩蒸気加熱器５を用いて加熱する場合、ユニットのピーク調整需要Ｐ_ｔｆと溶融塩蒸気加熱器５のパワーＰ_ｑとの関係は以下の通りである：

【0022】

式（２）及び式（３）に基づいて、以下の式が得られる：

ここで、ｈ_ｃｑは抽気エンタルピー値であり、ｈ_ｃｑは抽気圧力Ｐ_ｃｑ及び抽気温度ｔ_ｃｑによってパラメータ表を調べることにより得られ、ｈ_ｈｑｓは還気または還水のエンタルピー値であり、還気または還水の圧力Ｐ_ｈｑｓ及び温度ｔ_ｈｑｓによってパラメータ表を調べることにより得られ、Ｑ_ｃｑは抽気流量であり、η_ｃｑは蓄熱抽気の抽気効率であり、η_ｃｑは等価エンタルピー降下計算方法で計算して得られる。

【0023】

ピーク調整時間長がｔである場合、溶融塩電気加熱器７を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｄ及び溶融塩蒸気加熱器５を用いて加熱するために必要な溶融塩の蓄熱量Ｑ_ｑはそれぞれ以下の通りである：

【0024】

ユニットの熱システムパラメータと工業用蒸気供給需要に基づいて、蒸気発生器１１の入口給水圧力Ｐ_ｇｓ、温度ｔ_ｇｓ及び流量Ｑ_ｇｓ、蒸気発生器１１の出口蒸気圧力Ｐ_ｇｑ及び温度ｔ_ｇｑを決定し、熱交換器設計原理に基づいて、終端温度差の影響を考慮すると、得られた蒸気発生器１１の入口溶融塩温度ｔ_ｒｉ及び出口溶融塩温度ｔ_ｒｏは、それぞれ以下の通りである：

【0025】

溶融塩の作業の最低温度ｔ_ｒｏに基づいて、一定の余裕ｔ_ｒｙを考慮すると、得られた溶融塩の融点ｔ_ｒｄは、以下の通りである：

【0026】

融点余裕ｔ_ｒｙは主に溶融塩の結晶点温度に基づいてさらに２０℃以上増加することを考慮する必要があり、溶融塩が作業温度範囲内で良好な流動性を有することを保証することを意図する。

【0027】

溶融塩の作業の最高温度ｔｒｉに基づいて、一定の分解点余裕ｔ_ｆｊｙを考慮すると、得られた溶融塩の分解点ｔ_ｆｊｄは、以下の通りである：

【0028】

分解点余裕ｔ_ｆｊｙは、作業温度が溶融塩分解点温度より少なくとも５０℃以上低くなり、溶融塩が使用範囲内で分解しないことを保証し、溶融塩補充量を減少させることができる。

【0029】

式（９）及び式（１０）で決定された融点ｔ_ｒｄ及び分解点ｔ_ｆｊｄに基づいて溶融塩の種類を選択し、次いで選択された溶融塩の種類に基づいて溶融塩の物性を決定し、溶融塩の物性が密度ρ及び比熱容量Ｃを含み、ここで、

【0030】

式（１１）と式（１２）で決定された溶融塩密度及び比熱容量に基づいて、得られた必要な溶融塩の質量及び貯蔵タンクの容積は、以下の通りである：

ここで、ｍ_ｄとｍ_ｑは、溶融塩電気加熱器７を用いて加熱する、及び溶融塩蒸気加熱器５を用いて加熱するために必要な溶融塩量であり、Ｖ_ｄとＶ_ｑはそれぞれ溶融塩電気加熱器７を用いて加熱する、及び溶融塩蒸気加熱器５を用いて加熱するために必要な高温貯蔵タンク８及び低温タンク１の容積である。

【符号の説明】

【0031】

１ 低温タンク
２ 低温溶融塩ポンプ
３ 低温溶融塩弁
４ エネルギー貯蔵抽気制御弁
５ 溶融塩蒸気加熱器
６ エネルギー貯蔵変圧器
７ 溶融塩電気加熱器
８ 高温貯蔵タンク
９ 高温溶融塩ポンプ
１０ 高温溶融塩弁
１１ 蒸気発生器
１２ 昇圧ポンプ

【図1】