[發明專利]一種基于可逆膨脹機的綜合能源系統及運行方法

有效

• 申請號: 201911045504.4
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110645732B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 藺新星;尹立坤
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司
• 主分類號: F25B13/00
• 分類號: F25B13/00;F25B27/00;F25B30/06;F25B41/20;F24S20/40;F24T10/13;F03G6/06;F01K25/10;F01K27/00;F01K17/02;F01K13/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明公開了一種基于可逆膨脹機的綜合能源系統及運行方法，它包括太陽能集熱器和燃氣輔熱器構成的熱源系統；所述熱源系統與內部帶有多組換熱器的儲冷、儲熱一體化裝置并聯，所述儲冷、儲熱一體化裝置同時與第一換熱器并聯，所述第一換熱器通過可逆膨脹機與第二換熱器相串聯，在第一換熱器和第二換熱器串聯回路上安裝有膨脹閥和工質泵，并共同構成的有機朗肯循環發電?熱泵一體化機組；所述第二換熱器與地埋管換熱器和輻射換熱器相連；還包括控制系統。結合一體化儲冷、儲熱裝置構成的綜合能源系統，來實現太陽能、淺層地熱能、電能的綜合高效利用的目的。

技術領域

本發明涉及綜合供能領域的一種能源系統，特別涉及一種基于可逆膨脹機的，以太陽能、天然氣、淺層地熱（地表水、空氣）和電源為能源的冷、熱、電綜合供應的能源系統。

背景技術

能源問題一直是限制社會發展的重要因素，隨著人類社會對自然資源的不斷攫取，自然系統的耐受能力已逼近極限，隨之而來的環境問題已成為發展過程中必要的考量因素。發展可再生能源、提高能源系統綜合效率是現階段全人類社會的共識。太陽能、風能為代表的可再生能源有不穩定性和特殊的周期性的特征，如何提供一種穩定的供能方式，甚至主動調節消納這部分不穩定電力，綜合能源供能系統應運而生。綜合能源系統一般以小區和園區為單位，主要包含發電、供冷、供熱和儲能等要素。

有機工質在常溫區間可通過加熱對膨脹機進行做功輸出動力進而發電，又可通過壓縮循環在環境溫度兩側提供一個穩定的溫差實現制冷或制熱。前者可以構建以中低溫熱能為熱源的動力循環，例如太陽能驅動的有機朗肯循環發電系統（Solar-ORC EnergyPlant），其優勢在于對于利用不穩定熱源時可以通過儲熱裝置將熱能進行時空上的轉移，其成本遠低于儲電；而后者可以構建通過電力驅動的，以自然環境（地表水、地熱、室外空氣等）為熱源的熱泵系統（Heat Pump），其優勢在于利用能源主要以可再生能源為主若提供儲熱裝置，就可以實現電力的時空轉換，進而主動配合電網輸出，調蓄過余電力。二者是綜合能源系統中的重要角色。

為實現能源的調蓄，儲能裝置必不可少，現階段應用于綜合能源系統中的儲能手段主要有儲冷、儲熱、儲電和慣性儲能等技術。其中儲電成本高，慣性儲能應用有諸多限制因素，而儲冷、儲熱因為技術成熟可靠，被較為廣泛的認可與應用。為進一步提高可再生能源利用率，提出了基于可逆膨脹機（壓縮機），以太陽能、天然氣、淺層地熱（地表水、空氣）和電源為能源的且含有儲能的冷、熱、電綜合供應的能源系統。

發明內容

本發明是基于可逆膨脹機構建有機工質發電和熱泵的一體化循環裝置，結合一體化儲冷、儲熱裝置構成的綜合能源系統，來實現太陽能、淺層地熱能、電能的綜合高效利用的目的。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：一種基于可逆膨脹機的綜合能源系統，它包括太陽能集熱器和燃氣輔熱器構成的熱源系統；所述熱源系統與內部帶有多組換熱器的儲冷、儲熱一體化裝置并聯，所述儲冷、儲熱一體化裝置同時與第一換熱器并聯，所述第一換熱器通過可逆膨脹機與第二換熱器相串聯，在第一換熱器和第二換熱器串聯回路上安裝有膨脹閥和工質泵，并共同構成的有機朗肯循環發電-熱泵一體化機組；所述第二換熱器與地埋管換熱器和輻射換熱器相連；還包括控制系統。

所述儲冷、儲熱一體化裝置內部設置有第一內部換熱器、第二內部換熱器和第三內部換熱器；所述第一內部換熱器與熱源系統構成串聯系統；所述第二內部換熱器與輻射換熱器相連并向建筑供冷或熱，所述第三內部換熱器與第一換熱器相連用于儲冷或熱。

所述太陽能集熱器采用槽式或者碟式，太陽能集熱器及其旁通與燃氣輔熱器及其旁通相串連，與儲冷、儲熱一體化裝置的第一內部換熱器、第一換熱器、第二換熱器、地埋管換熱器和輻射換熱器構成的并聯系統串聯，具體連通方式根據運行模式而定。

所述可逆膨脹機可實現膨脹輸出功，也可在動力輸入時完成對工質壓縮，可逆膨脹機在熱泵工況下其兩端的四通換向系統可以另所需蒸發器、冷凝器換向，以實現制冷、制熱工況的切換。