[發(fā)明專利]一種小型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710618717.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN107461276B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅二倉;朱順敏;吳正民;余國瑤;吳張華;戴巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): F02G1/043
• 分類號(hào): F02G1/043;F22B1/18;F22B1/00;F25B41/06;F24D3/02;F24D3/10
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王蔚

本發(fā)明公開了一種小型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：燃燒單元(2)、電力變換單元(3)、蒸汽壓縮節(jié)流制冷單元(4)、供熱單元(5)和冷卻水循環(huán)單元(6)；所述系統(tǒng)還包括：自由活塞斯特林發(fā)電機(jī)單元(1)；所述燃燒單元(2)、自由自由活塞斯特林發(fā)電機(jī)單元(1)和電力變換單元(3)相連接，用于提供交流電；所述冷卻水循環(huán)單元(6)用于提供循環(huán)冷卻水，所述循環(huán)冷卻水經(jīng)過自由活塞斯特林發(fā)電機(jī)單元(1)和燃燒單元(2)進(jìn)入供熱單元(5)，用于提供生活熱水和冬季供暖；所述冷卻水循環(huán)單元(6)與蒸汽壓縮節(jié)流制冷單元(4)相連，所述蒸汽壓縮節(jié)流制冷單元(4)用于提供制冷量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源利用領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種小型分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)

冷熱電聯(lián)供(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)系統(tǒng)是一種建立在能源梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，集制冷、供熱(采暖和供熱水)及發(fā)電過程為一體的多能聯(lián)供總能系統(tǒng)，總的能源利用率可以達(dá)到75％—90％以上。與傳統(tǒng)分供式能源系統(tǒng)相比較，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝方便，維護(hù)簡單，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行成本低。與大電網(wǎng)、集中式供能系統(tǒng)相比，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還具有投資小、見效快等特點(diǎn)，代表著當(dāng)前能源利用新的發(fā)展方向。

現(xiàn)有冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)按動(dòng)力系統(tǒng)類型分類，可分為蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)等。其中，蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)主要用在大型的熱電聯(lián)供場合；內(nèi)燃機(jī)的功率范圍較廣，發(fā)電效率可達(dá)30％以上，熱電綜合效率可達(dá)90％，初投資較低，但是其對(duì)燃料種類要求高，且噪音較大。燃料電池系統(tǒng)發(fā)電效率最高：磷酸型燃料電池(PAFC) 發(fā)電效率可達(dá)46％，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC) 的發(fā)電效率可超過60％，但燃料電池的生產(chǎn)和維護(hù)成本很高，而且目前可靠性還有待進(jìn)一步提高。小型燃?xì)廨啓C(jī)的功率為30～250kW，發(fā)電效率在22％～30％，余熱的品質(zhì)較高(尾氣溫度可達(dá)500℃～600℃)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有能源利用率較高、噪音小、維護(hù)簡單方便、燃料適應(yīng)性好等優(yōu)勢，適用于1～100kW機(jī)組容量的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。但其余熱的品質(zhì)較低(供熱水的溫度在55℃左右，尾氣溫度在250℃左右)，作為分布式供能系統(tǒng)的主機(jī)，余熱利用的難度比較大。以上各種動(dòng)力系統(tǒng)中，燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)目前還不具備可靠的制造技術(shù)，且系統(tǒng)建設(shè)成本較高。基于現(xiàn)有技術(shù)，現(xiàn)階段發(fā)展我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小型分布式能源系統(tǒng)(1～100kW)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)是最有發(fā)展前途的。

圖1是文獻(xiàn)1(專利公布號(hào)：CN103256145 A)提出的一種基于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)中，天然氣等氣體燃料在第一燃燒器1a中燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庀扔脕砑訜崴固亓职l(fā)動(dòng)機(jī)2a的高溫?zé)岫?a，然后與第一換熱器3a 的空氣進(jìn)行換熱，再與第二換熱器4a的冷卻水進(jìn)行換熱后排放至外界大氣。同時(shí)，冷卻水與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)低溫冷端7a換熱后，再與高溫?zé)煔庠诘诙Q熱器4a進(jìn)一步換熱，使冷卻水溫度升高，產(chǎn)生的熱水用于生活用水、冬季供暖和夏季作為溴化鋰吸收式制冷機(jī)組5a的熱源。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)循環(huán)于高溫?zé)崆慌c低溫冷腔之間，從而推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)外做功，曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)8a對(duì)外輸出電能。

包括上述專利方案在內(nèi)的現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，具有以下缺點(diǎn)：首先，傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)加劇了壓縮活塞與氣缸壁面的磨損和工質(zhì)污染，使得發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)較難，機(jī)器較為笨重；其次，現(xiàn)有基于傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)使用溴化鋰吸收式制冷機(jī)作為制冷裝置，在實(shí)際應(yīng)用中具有固有缺陷。一方面，溴化鋰吸收式制冷機(jī)的使用使得制冷系統(tǒng)體積較大，維護(hù)困難；由于溴化鋰溶液對(duì)普通碳鋼有較強(qiáng)的腐蝕性，機(jī)組要求較高的氣密性，因此制冷系統(tǒng)對(duì)材料和制造有較高要求。另一方面，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)由于工作原理的限制，機(jī)組的出水溫度沒有燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)高，余熱品位較低，供熱量小，無法提供雙效溴化鋰制冷機(jī)組所需的較高溫度的冷卻水，這使得一次能耗大的溴化鋰吸收式制冷機(jī)并不適合作為制冷系統(tǒng)應(yīng)用于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。