电加热蓄热水罐系统及其调节控制方法与流程

1.本发明涉及供热设备技术领域，具体涉及一种电加热蓄热水罐系统及其调节控制方法。


背景技术：

2.相关技术中的蓄热水罐均是将在罐外加热后的热水送入蓄热水罐顶部，以进行蓄热。在外部换热后的冷水从蓄热水罐底部注入罐内，利用不同温度的水层密度不同自然形成斜纹层分割的上部热水下部冷水的水体结构。大型蓄热水罐首先解决了大型热电厂热电联产机组的热电解耦问题，在蓄热水罐供热能力范围内部分实现热电机组的热力生产和电力生产的分离，使得热电联产机组更好地适应未来波动性可再生能源发电给电网带来的调峰调频问题。而且，也可以在最短的时间内为供热管网提供足够温度和足够流量的补充水，并间接实现了供热管网膨胀水箱的作用。
3.然而相关技术中的蓄热水罐系统结构复杂、占地面积大，往往在火电厂内难以找到合适的场地。另外，罐外用于加热水的加热装置一般为汽水管壳式换热器，不但占地面积大、投资成本高，且不能很好地应对火电机组的调峰调频的负荷变动。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种电加热蓄热水罐系统及其调节控制方法。
5.根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统，包括蓄热水罐/电加热元件和供电控制模块，所述蓄热水罐设有蓄水腔，以及连通外界和所述蓄水腔的出水管和回水管；所述电加热元件安装于所述蓄热水罐，用于为所述蓄水腔内的水体加热；所述供电控制模块与所述电加热元件电连接，并用于对所述电加热元件进行通断电控制和耗电功率调节。
6.因此，根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统具有占地空间小、加热便捷、可直接耗电和可灵活启停并改变耗电功率，从而可为电网提供调峰调频服务的优点。
7.在一些实施例中，所述电加热元件的加热部位于所述蓄水腔的上段腔室。
8.在一些实施例中，所述电加热元件的加热部位于所述蓄水腔的中段腔室。
9.在一些实施例中，所述电加热元件包括多个第一电加热管，所述第一电加热管为长度方向与水平方向一致的直管，至少两个所述第一电加热管沿所述蓄水腔的高度方向间隔分布，和/或，至少两个所述第一电加热管沿所述蓄水腔的周向间隔分布。
10.在一些实施例中，所述电加热元件包括多个第二电加热管，所述第二电加热管为长度方向与竖直方向一致的直管，所述第二电加热管与所述蓄热水罐的罐盖相连，多个所述第二电加热管间隔分布在所述罐盖上。
11.在一些实施例中，所述电加热元件包括多个第三电加热管，所述第三电加热管为盘管，所述第三电加热管抵靠在所述蓄水腔的侧壁上，多个所述第三电加热管沿所述蓄水腔的高度方向间隔分布。
12.在一些实施例中，所述出水管位于所述蓄水腔的上部，所述回水管位于所述蓄水腔的下部。
13.本发明还提出了一种电加热蓄热水罐系统的调节控制方法，包括如下步骤：
14.在供电控制模块连接的电网的时段需要调峰调频辅助服务时，利用供电控制模块调节电加热元件的耗电功率，以响应电网调峰调频辅助服务信号；
15.在供电控制模块连接的为火电机组时，利用火电机组的调峰调频富余电力给电加热元件供电；
16.利用夜晚的低谷电时段的低谷电给电加热元件供电。
17.在一些实施例中，在所述蓄热水罐用于为供热管网供热时，利用供电控制模块对电加热元件进行通断电控制和耗电功率调节，从而保证蓄热水罐的出水管的出水温度满足供热管网的出水温度要求。
18.在一些实施例中，供电控制模块根据蓄热水罐内的水体温度上下限值、供水温度和/或回水温度上下限值和室外温度情况，对电加热元件进行实时通断电和耗电功率调节。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统的示意图。
20.图2是根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统的另一示意图。
21.附图标记：
22.电加热蓄热水罐系统1000；
23.蓄热水罐100，顶壁101，底壁102，侧壁103，蓄水腔110，上段腔室111，中段腔室112，出水管120，回水管130；
24.电加热元件200，第一电加热管210，第二电加热管220；
25.供电控制模块300。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下面参考附图描述根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000。如图1与图2所示，根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000包括蓄热水罐100、电加热元件200和供电控制模块300。
28.蓄热水罐100设有蓄水腔110，以及连通外界和蓄水腔110的出水管120和回水管130。即出水管120可将外界和蓄水腔110连通，回水管130可将外界和蓄水腔110连通。例如，出水管120位于回水管130的上方，蓄水腔110内的热水通过出水管120输送至外界，回水管130可将外界的冷水输送至蓄水腔110内充填蓄水腔110。
29.电加热元件200安装于蓄热水罐100，用于为蓄水腔110内的水体加热。例如，电加热元件200的至少一部分位于蓄热水罐100内与蓄水腔110的水体接触传热，当电加热元件200通电工作时，电加热元件200发热并将热量传递给蓄水腔110的水体，从而为蓄水腔110内的水体加热。
30.供电控制模块300与电加热元件200电连接，并用于对电加热元件200进行通断电
控制和耗电功率调节。也就是说，供电控制模块300可以控制是否给电加热元件200通电，即是否对蓄水腔110内的水体加热。且供电控制模块300可以控制电加热元件200的耗电功率的大小，从而使得根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000根据不同运行时段，选择最佳经济性的调节控制模式运行。例如，供电控制模块300连接火电机组的电网此时段需要调峰调频辅助服务时，利用供电控制模块300控制电加热元件200的耗电功率变化，从而降低用电成本。
31.根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000通过将电加热元件200安装于蓄热水罐100，使得蓄热水罐100可直接利用电能加热水体，也使得蓄热水罐100内的水体加热更加方便、快捷。且电加热元件200与蓄热水罐100可一体化设置，减少了蓄热水罐100的加热装置的占地空间，从而便于蓄热水罐100的设计和安装。供电控制模块300与电加热元件200电连接，便于对电加热元件200进行通断电控制和耗电功率调节。从而使得根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000可作为火电机组的外挂调峰调频设备，且可根据火电机组的外界负荷变化快速进行调节，降低外挂调峰调频设备的总体成本，同时解决升降负荷对机组本身寿命及操作人员的影响。
32.因此，根据本发明实施例的电加热蓄热水罐系统1000具有占地空间小、加热便捷、可直接耗电和可灵活启停并改变耗电功率，从而可为电网提供调峰调频服务的优点。
33.如图1所示，在一些实施例中，电加热元件200的加热部位于蓄水腔110的上段腔室111。上段腔室111位于蓄水腔110的上部，电加热元件200的加热部设在蓄水腔110的上部，从而使得蓄水腔110的上部的水体被电加热元件200快速加热，以满足供热管网的出水温度要求。上下方向如图1中的箭头a所示方向。
34.如图1所示，在一些实施例中，电加热元件200包括多个第二电加热管220，第二电加热管220为长度方向与竖直方向一致的直管。即第二电加热管220可对蓄水腔110内水体进行加热。第二电加热管220与蓄热水罐100的罐盖相连，蓄热水罐100的罐盖构成蓄热水罐100的顶壁101，且第二电加热管220沿竖直方向延伸，竖直方向即上下方向。因此，第二电加热管220可安装在蓄热水罐100的罐盖上且第二电加热管220的加热部从上方伸入到蓄水腔110内。从而使得第二电加热管220的加热部位于蓄水腔110的上段腔室111以便快速加热蓄水腔110的上部的水体。多个第二电加热管220间隔分布在罐盖上，以便第二电加热管220可对蓄水腔110的上部的水体进行快速均匀的加热。
35.如图2所示，在一些实施例中，电加热元件200的加热部位于蓄水腔110的中段腔室112。中段腔室112位于蓄水腔110的中部，中段腔室112的高度低于上段腔室111。将电加热元件200的加热部设在蓄水腔110的中段腔室112使得电加热元件200安装更加方便，并更加均匀地对蓄水腔110内的水体加热，位于蓄水腔110的中部加热后会上升至蓄水腔110的上部并输送至外界。
36.在一些实施例中，电加热元件200包括第一电加热管210，第一电加热管210为长度方向与水平方向一致的直管。即第一电加热管210可对蓄水腔110内水进行加热。第一电加热管210沿水平方向延伸，因此第一电加热管210可设在蓄热水罐100的侧壁103上且第一电加热管210的加热部从侧边伸入到蓄水腔110内。蓄热水罐100的侧壁103空间大，第一电加热管210的加热部可位于中段腔室112和上段腔室111内中的至少一者内，从而便于第一电加热管210的安装。
37.至少两个第一电加热管210沿蓄水腔110的高度方向间隔分布，和/或，至少两个第一电加热管210沿蓄水腔110的周向间隔分布。
38.如图2所示，多个第一电加热管210沿蓄水腔110的高度方向间隔分布。蓄水腔110的高度方向即为上下方向。即多个沿上下方向间隔分布的第一电加热管210可对蓄水腔110内的水体进行加热。例如，第一电加热管210设有四个，四个第一电加热管210沿上下方向间隔分布在蓄热水罐100的侧壁103上。
39.可以理解的是，在另一些实施例中，多个第一电加热管210沿蓄水腔110的周向间隔分布。即多个沿蓄水腔110的周向间隔分布的第一电加热管210可对蓄水腔110内的水体进行加热。例如，第一电加热管210设有六个，六个第一电加热管210在同一水平面上，六个第一电加热管210沿蓄水腔110的周向间隔分布在蓄热水罐100的侧壁103上。
40.在一些实施例中，多个第一电加热管210沿蓄水腔110的高度方向间隔分布，多个第一电加热管210沿蓄水腔110的周向间隔分布。即多个沿蓄水腔110的高度方向间隔分布的第一电加热管210和多个沿蓄水腔110的周向间隔分布的第一电加热管210对蓄水腔110内的水体进行加热。
41.在一些实施例中，电加热元件200包括多个沿蓄水腔110第三电加热管，第三电加热管为盘管。例如，第三电加热管的为弧形、环形或螺旋形。第三电加热管抵靠在蓄水腔110的侧壁103上，具体地，第三电加热管的加热部分的与蓄水腔110的侧壁103的内壁面贴合，从而便于第三电加热管的固定。多个第三电加热管沿蓄水腔110的高度方向间隔分布，便于第三电加热管高效、均匀的对蓄水腔110内的水进行加热。
42.在一些实施例中，出水管120邻近蓄水腔110的顶壁101。也就是说，出水管120与蓄水腔110的上部连通。例如，出水管120的进口位于蓄水腔110的液面的下方，出水管120的进口邻近蓄水腔110的液面。在蓄水腔110内高度越高，则水的温度越高，因此，出水管120位于蓄水腔110的上部从而使得达到出水温度的水体易于从出水管120流出。回水管130邻近蓄水腔110的底壁102。即回水管130与蓄水腔110的下部连通。从而使得从回水管130进入蓄水腔110内的水体先处于蓄水腔110的下部，从而便于冷水换热，且不影响蓄水腔110上部要送出的热水，使得蓄热水罐100更加节能。
43.本发明还提出了一种电加热蓄热水罐系统1000的调节控制方法，包括如下步骤。
44.在供电控制模块300连接的电网的时段需要调峰调频辅助服务时，利用供电控制模块300调节电加热元件200的耗电功率，以响应电网调峰调频辅助服务信号。
45.因此，根据电网峰谷的变化或外界负荷变化，电控制模块300可控制电加热元件200启停或电控制模块300调节电加热元件200的耗电功率的大小，实现对电网的调峰调频，从而可降低电加热蓄热水罐系统1000的用电成本。
46.在供电控制模块300连接的为火电机组时，利用火电机组的调峰调频富余电力给电加热元件200供电。利用火电机组的调峰调频富余电力给电加热元件200供电可降低电加热蓄热水罐系统1000的用电成本(极限情况下，电加热元件200每耗一度电有一部分的电网调峰调频辅助服务收益，即耗电挣钱)。
47.利用夜晚的低谷电时段的低谷电给电加热元件200供电。夜晚的低谷电时段的低谷电的电价较低。因此，利用夜晚的低谷电时段的低谷电给电加热元件200供电可降低电加热蓄热水罐系统1000的用电成本。
48.在一些实施例中，在蓄热水罐100用于为供热管网供热时，利用供电控制模块300对电加热元件200进行通断电控制和耗电功率调节，从而保证蓄热水罐100的出水管120的出水温度满足供热管网的出水温度要求。即在蓄热水罐100用于为供热管网供热时，电控制模块300可控制电加热元件200的通断和耗电效率，但要保证出水管120的出水温度满足供热管网的出水温度要求。
49.在一些实施例中，供电控制模块300根据蓄热水罐100内的水体温度上下限值、供水温度和/或回水温度上下限值和室外温度情况，对电加热元件200进行实时通断电和耗电功率调节。以便减少电加热蓄热水罐系统1000的能耗并降低电加热蓄热水罐系统1000的用电成本。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。