《Energy》：Impact of different integration modes between an ultra-supercritical coal-fired power plant and molten salt thermal energy storage system on thermodynamic performance
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论文摘要翻译
随着可再生能源在电网中的渗透率增加，对煤电厂（CFPPs）的调节灵活性提出了更高要求。热能储存（TES）是一种提升CFPP峰值削减能力的有前景方案。本研究针对一座660 MW的超超临界CFPP与TES系统的集成，评估TES系统不同集成模式对热
论文摘要翻译
随着可再生能源在电网中的渗透率增加，对煤电厂（CFPPs）的调节灵活性提出了更高要求。热能储存（TES）是一种提升CFPP峰值削减能力的有前景方案。本研究针对一座660 MW的超超临界CFPP与TES系统的集成，评估TES系统不同集成模式对热力学性能的影响。考虑两种集成模式，即附加电加热（EH）模式和蒸汽分流模式，提出五种充热方案（以主蒸汽、功率转热（P2H）及再热蒸汽为热源）和三种放热方案（基于锅炉给水加热及蒸汽产生）。通过功率-热系数和热电转换效率分别量化TES系统在相同边界条件下的充放热能量转换性能。结果表明，基本蒸汽分流方案的功率-热系数最高为1.80；锅炉给水加热方案在低热释放功率下热电转换效率最高。增加充热过程的峰值削减能力及降低放热功率均可提升等效往返效率。当峰值削减能力低于75.66 MW且放热功率低于100 MW时，基本蒸汽分流方案与锅炉给水加热方案组合为最优配置。此外，在热交换器热损失率为5%时，集成方案等效往返效率下降范围为8.26%至9.66%。本研究可为CFPP灵活性改造方案选择提供参考。
论文解读文章
随着全球能源结构向低碳化转型，可再生能源如光伏和风电的快速发展，带来了电网间歇性和波动性增加的挑战。煤电厂（CFPPs）因其可靠性和可调性，在维持电网稳定中仍占重要地位。然而，随着可再生能源渗透率上升，CFPPs承担的峰值削减任务加重，对其调节灵活性提出更高要求。传统CFPP的最低负荷受锅炉最小稳定燃烧热负荷限制，难以实现深度峰值削减。为提升辅助调节能力，研究人员引入储能技术，包括抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能及热能储存（TES）。其中，TES系统与蒸汽动力系统的能量形态和温度范围匹配良好，尤其是熔盐TES系统在集中式太阳能（CSP）中的应用显示出其大容量、高温差的优势，使其成为提升CFPP灵活性的重要技术手段。
研究人员以一座660 MW超超临界CFPP为对象，开展了TES系统集成模式对热力学性能的研究。考虑两种集成模式：附加电加热（EH）模式和蒸汽分流模式，并设计五种充热方案（主蒸汽、功率转热P2H、再热蒸汽为热源）及三种放热方案（锅炉给水加热、蒸汽发生）。研究建立了性能评价框架，通过功率-热系数（power to heat coefficient, PTC）和热电转换效率（thermoelectric conversion efficiency, TCE）分别量化充放热过程的能量转换性能，并耦合两指标评估整体等效往返效率。该方法清晰区分了充热与放热性能差异，为集成方案优化提供依据。研究结果显示，基本蒸汽分流方案在充热过程中获得最高PTC为1.80，锅炉给水加热方案在低放热功率下TCE最高；增加充热峰值削减能力或降低放热功率均可提升等效往返效率。综合考虑峰值削减能力和放热功率，基本蒸汽分流与锅炉给水加热方案组合为最优配置。当热交换器热损失率为5%时，等效往返效率下降在8.26%至9.66%之间，提示在系统设计中需考虑热损耗影响。
为开展研究，研究人员采用热力学建模、不同充放热路径分析及性能量化方法，并对实际CFPP蒸汽轮机（高压HPT、中压IPT、低压LPT）及再生加热器系统进行建模。样本队列源自该660 MW超超临界CFPP的实际运行数据。通过控制变量法分析充热参数（主蒸汽出口焓、热罐温度、热夹点温差、EH效率）对热力学性能的影响，明确各充放热路径的贡献。
研究结果按小标题整理如下：
**原始CFPP**：研究对象为660 MW超超临界煤电厂，包括锅炉、蒸汽轮机、再生加热器系统、冷凝器及发电机，蒸汽轮机按Stodola椭圆定律建模，用于分析设计与非设计工况下蒸汽流量与压力关系。
**充热方案关键参数影响**：热储存参数影响TES系统热负荷分布及充热能量转换性能。研究表明，主蒸汽出口焓、热罐温度、夹点温差及EH效率是影响热力学性能的重要因素，优化这些参数可提高峰值削减及充热效率。
**放热方案性能评价**：锅炉给水加热方案在低放热功率下表现最佳热电转换效率；蒸汽分流方案在充热过程中获得最高功率-热系数，结合优化策略可显著提升等效往返效率。
**集成方案优化**：当峰值削减能力低于75.66 MW且放热功率低于100 MW时，基本蒸汽分流与锅炉给水加热组合为最优方案，可平衡能量转换效率和峰值削减能力。
**热损耗影响分析**：热交换器5%热损失将导致等效往返效率下降8.26%至9.66%，需在系统设计及运行中加以控制。
讨论与研究结论：通过系统性分析不同集成模式的充放热路径及热力学性能，本研究为CFPP灵活性改造提供了量化参考。研究发现，蒸汽分流与锅炉给水加热组合在实际峰值削减需求下为最优配置；增加充热峰值削减能力和降低放热功率均可提升整体等效往返效率；考虑热损耗对于系统性能评价至关重要。该研究可指导CFPP与TES系统集成方案选择、热源设计及参数优化，促进高比例可再生能源背景下的煤电厂灵活运行。论文发表在《Energy》。
