[發(fā)明專利]基于熱泵技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510423573.X
• 申請(qǐng)日: 2015-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN105135751A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐道軻;張軍;盧強(qiáng);陳來軍;梅生偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京中科華譽(yù)能源技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F25B30/06
• 分類號(hào): F25B30/06;F25B27/02;F01K7/02;F01D15/10;F01C13/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源利用領(lǐng)域,涉及一種基于壓縮空氣儲(chǔ)電和廢熱利用技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)及方法，尤其適用于熱源比較緊缺的地區(qū)或電網(wǎng)峰谷差較大地區(qū)。

背景技術(shù)

在我國電網(wǎng)中，相當(dāng)大比例的機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，為了保證供熱需求，這些機(jī)組采用“以熱定電”的方式運(yùn)行，造成電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力降低，在電力需求低谷期造成了大量發(fā)電能力的過剩和浪費(fèi)，在電力需求高峰期又不得不在用電高峰時(shí)段限制用電。同時(shí)由于風(fēng)電，太陽能光伏發(fā)電的電源輸出功率具有隨機(jī)性,波動(dòng)范圍大,變化頻繁,導(dǎo)致其輸入電網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊，為了保護(hù)大電網(wǎng)的安全可靠,很多地方對(duì)風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電上網(wǎng)進(jìn)行了限制，嚴(yán)重的阻礙了新能源的應(yīng)用。壓縮空氣儲(chǔ)電系統(tǒng)由于其具有在電力負(fù)荷需求低谷期吸納多余發(fā)電能力，高峰期向電網(wǎng)饋電的能力，以及將風(fēng)電和光伏發(fā)電等不穩(wěn)定電力供應(yīng)大規(guī)模長時(shí)間聚集儲(chǔ)存，然后將其以指定的功率輸入電網(wǎng)的能力,解決了風(fēng)電等沖擊電網(wǎng)的難題，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

壓縮空氣儲(chǔ)電系統(tǒng)的工作原理如下：在儲(chǔ)能時(shí)，通過壓縮機(jī)將空氣從常溫常壓的狀態(tài)壓縮為高溫高壓的狀態(tài)，儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐中，這個(gè)過程中消耗了電力。在放能時(shí)，高壓縮空氣從儲(chǔ)氣罐中流出，推動(dòng)膨脹機(jī)做功，變?yōu)槌旱目諝猓蛎洐C(jī)將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為輸出機(jī)械能輸出，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸入給電網(wǎng)。

由于壓縮空氣儲(chǔ)電技術(shù)包括電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能儲(chǔ)存，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能等多個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。通常空氣從大氣環(huán)境下被壓縮至高壓儲(chǔ)氣狀態(tài)(5-20MPa)的壓縮過程會(huì)采用多級(jí)壓縮的方式，在空氣壓縮過程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢熱，壓縮機(jī)排氣溫度會(huì)比較高，為了提高壓縮效率需要在壓縮的若干級(jí)間設(shè)置級(jí)間冷卻器以降低進(jìn)入下一級(jí)壓縮機(jī)的氣體溫度。而在空氣膨脹過程中為了提高膨脹效率，需要對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，因此壓縮空氣儲(chǔ)電系統(tǒng)會(huì)回收壓縮產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行儲(chǔ)存，供膨脹時(shí)預(yù)熱使用。然而由于過程的不可逆性和損失，仍然后產(chǎn)生大量的廢熱存在。目前國際上壓縮空氣儲(chǔ)電系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換效率(輸出的電量除以輸入的電量)一般為35％-65％之間，其余電能轉(zhuǎn)換為不同品位的廢熱能，目前對(duì)于這部分廢熱能還沒有很好的利用途徑。

同時(shí)在我國北方地區(qū)集中供熱比較高效的方式包括熱電聯(lián)供熱，水(地)源熱泵供熱等方式。隨著城市的發(fā)展和燃煤鍋爐的取締，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱熱量缺口越來越大。水(地)源熱泵供熱是熱電聯(lián)產(chǎn)的重要補(bǔ)充，然而(地)源熱泵供熱對(duì)于地質(zhì)條件要求較高，只能在條件適合的地方應(yīng)用。部分電力峰谷差較大的地區(qū)在采用低谷期電鍋爐供熱的方式，這種方式將高品位的電能直接轉(zhuǎn)換為低品位的熱能，能量利用效率較低，供熱成本較高。

因此回收利用壓縮空氣儲(chǔ)電過程中產(chǎn)生的大量廢熱進(jìn)行供熱或供冷，不僅提高了能量轉(zhuǎn)換效率，而且供熱成本較低，對(duì)環(huán)境沒有特殊需求，具有廣泛的應(yīng)用前景。

壓縮空氣過程中產(chǎn)生大量的廢熱，這些廢熱溫度較高，例如，典型的級(jí)間預(yù)熱器出口的水溫通常為115℃，而供熱所需水溫通常為60℃,直接將級(jí)間預(yù)熱器出口的水用于供熱能利用的溫降115℃至65℃(5℃的傳熱溫差)，共50℃溫降，65℃的冷卻水還需要通過冷卻塔等方式進(jìn)一步散熱降溫至30℃(受環(huán)境溫度/濕度限制)左右才能用于壓縮空氣的級(jí)間冷卻，而且30℃左右的冷卻水溫仍然偏高。因此直接采用這些廢熱供熱會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種基于熱泵技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅能夠提高能源利用效率，大幅減少運(yùn)行成本，還使得壓縮空氣儲(chǔ)電轉(zhuǎn)換效率提高。

本發(fā)明提出的一種基于熱泵技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括由包括多個(gè)壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氣罐、多個(gè)膨脹機(jī)組成的壓縮空氣儲(chǔ)電子系統(tǒng)，由冷卻器組成的廢熱回收子系統(tǒng)，由多個(gè)儲(chǔ)水罐構(gòu)成的廢熱儲(chǔ)存子系統(tǒng)，預(yù)熱器構(gòu)成的廢熱反饋?zhàn)酉到y(tǒng)，由包括吸收式熱泵，換熱器，冷卻裝置組成的廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)；其中，廢熱回收子系統(tǒng)的冷卻器連接在壓縮空氣儲(chǔ)電子系統(tǒng)的壓縮機(jī)和高壓儲(chǔ)氣罐之間；廢熱反饋?zhàn)酉到y(tǒng)的預(yù)熱器連接在壓縮空氣儲(chǔ)電子系統(tǒng)的高壓儲(chǔ)氣罐和膨脹機(jī)之間；廢熱儲(chǔ)存子系統(tǒng)的儲(chǔ)水罐連接在廢熱回收子系統(tǒng)和廢熱反饋?zhàn)酉到y(tǒng)之間，廢熱反饋?zhàn)酉到y(tǒng)還與廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)相連。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：

采用熱泵技術(shù)深度利用壓縮空氣儲(chǔ)電過程中產(chǎn)生的廢熱，不僅能夠提高能源利用效率，大幅減少運(yùn)行成本，增加供熱/供冷面積，而且還進(jìn)一步降低了用于冷卻壓縮空氣的水溫，使得壓縮空氣儲(chǔ)電轉(zhuǎn)換效率提高。