[發明專利]一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統及其運行方法

有效

• 申請號: 202110021049.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112762424B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 欒海峰;邵帥;顏曉江;陳娉婷;夏柳
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團新能源有限責任公司;中國船舶集團有限公司
• 主分類號: F22B1/00
• 分類號: F22B1/00;F24S20/20;F24S20/40;F24S60/00;F25B13/00;F25B41/20;F24D3/18;F01K11/02;F01K17/06;F01D15/10;F03G6/06
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 李曉敏

1.一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，其特征在于，包括儲熱子系統、動力島子系統和壓縮式熱泵余熱回收子系統；

其中，儲熱子系統包括依次設置在儲熱循環工作回路上的太陽能集熱器(1)、高溫蓄熱器(2)、高溫蒸發器(3)、低溫蒸發器(4)和低溫蓄熱器(5)，所述高溫蒸發器(3)為動力島子系統提供所需的驅動蒸汽，低溫蒸發器(4)為壓縮式熱泵余熱回收子系統提供所需的驅動蒸汽；

所述壓縮式熱泵余熱回收子系統的低壓換熱器(13)和動力島系統的冷端循環水相連，壓縮式熱泵余熱回收子系統的高壓換熱器(11)和熱用戶換熱站(14)相連；

所述壓縮式熱泵余熱回收子系統包括依次設置在壓縮循環工作回路上的壓縮機(10)、高壓換熱器(11)、節流閥I(12)和低壓換熱器(13)，所述壓縮機(10)與熱泵驅動透平(9)相連，低溫蒸發器(4)為熱泵驅動透平(9)提供所需的驅動蒸汽，高壓換熱器(11)通過給水回路與熱用戶換熱站(14)相連；

所述動力島子系統包括汽輪機(6)、冷凝器(7)和冷卻塔(8)，高溫蒸發器(3)為汽輪機(6)提供所需的驅動蒸汽，汽輪機做功發電，汽輪機(6)的乏汽端與冷凝器(7)連接，冷凝器(7)分別與冷卻塔(8)和低壓換熱器(13)建立循環連接，冷凝器(7)的冷凝液體出口通過熱泵循環回路與高溫蒸發器(3)、低溫蒸發器(4)連接，熱泵驅動透平(9)與冷凝器(7)的進口端連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，其特征在于：所述冷凝器(7)的冷凝液體流經管路分為兩路，一路為依次連接的冷凝器(7)出口、增壓泵、三通控制閥IV、三通控制閥III、節流閥II、三通控制閥II、低溫蒸發器(4)、熱泵驅動透平(9)和冷凝器(7)進口；另一路為依次連接的冷凝器(7)出口、增壓泵、三通控制閥IV、三通控制閥III、三通控制閥I、高溫蒸發器(3)、汽輪機(6)和冷凝器(7)進口。

3.根據權利要求2所述的一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，其特征在于：所述給水回路上設置有三通控制閥V和三通控制閥VI，三通控制閥V與三通控制閥III連接，三通控制閥VI與三通控制閥IV連接。

4.根據權利要求1所述的一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，其特征在于：所述太陽能集熱器(1)為塔式太陽能熱電光熱儲能系統、槽式太陽能熱電光熱儲能系統或碟式太陽能光熱儲能系統。

5.根據權利要求1或4所述的一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，其特征在于：所述壓縮式熱泵余熱回收子系統的工質采用有機工質、二氧化碳工質，或者上述兩種的混合工質。

6.一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統的運行方法，該運行方法是基于權利要求3所述的熱電解耦系統實現的，其特征在于，

運行過程包括太陽能儲熱、動力島循環以及熱泵供熱/制冷三個過程，具體如下：

太陽能儲熱：在儲熱循環工作回路中設置高溫蒸發器(3)和低溫蒸發器(4)，其中高溫蒸發器(3)產生高參數的蒸汽，直接進入動力島子系統實現熱電轉換；低溫蒸發器(4)產生低參數的蒸汽，作為驅動壓縮式熱泵余熱回收子系統的熱泵驅動透平(9)的驅動源；高溫蒸發器(3)和低溫蒸發器(4)產生的蒸汽量通過三通控制閥I、三通控制閥II進行調節，從而適應不同的負荷需求；

動力島循環：經過高溫蒸發器(3)產生的高溫高壓蒸汽進入汽輪機(6)做功發電，做完功的乏汽在冷凝器(7)中凝結成液體，經過增壓泵加壓的高壓水通過三通控制閥III、三通控制閥IV、三通控制閥V和三通控制閥VI調整流動方向，根據熱用戶負荷需求而選擇是否需要進行預熱，最終分兩路分別進入高溫蒸發器(3)和低溫蒸發器(4)中吸熱升溫到設計參數，分別進入汽輪機(6)膨脹做功發電和熱泵驅動透平(9)循環驅動壓縮機(10)，從而完成一個循環；

熱泵供熱/制冷循環：夏季工況下，無供熱需求，白天氣溫高的條件下，三通控制閥II控制熱泵循環回路投入運行，三通控制閥III、三通控制閥IV控制凝結水進入高壓換熱器(11)中，通過熱泵循環將循環水余熱回收用于凝結水給水預熱；夜間氣溫低，動力島冷端溫度滿足機組高效運行要求，通過調整三通控制閥II控制使得壓縮式熱泵余熱回收子系統停運；冬季工況下，通過調整三通控制閥II、三通控制閥III、三通控制閥IV、三通控制閥V，使得壓縮式熱泵余熱回收子系統從循環水回收的余熱直接提供給熱用戶換熱站(14)給用戶供熱；供熱回路：壓縮式熱泵余熱回收子系統的熱泵工質通過高壓換熱器(11)和低壓換熱器(13)實現對動力島冷端余熱回收，為供熱循環水的熱，然后供熱循環水通過供熱管網向用戶供熱。