[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

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，屬于機械工程和節能領域。解決了現有技術中電力資源無法直接存儲，需要和用電負荷匹配，限制了熱電聯產機組靈活性的問題。要點：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；高溫蒸發器為動力島子系統提供所需的驅動蒸汽，低溫蒸發器為壓縮式熱泵余熱回收子系統提供所需的驅動蒸汽；壓縮式熱泵余熱回收子系統的低壓換熱器和動力島系統的冷端循環水相連，高壓換熱器和熱用戶換熱站相連，實現了供電和供熱的解耦。本發明在投入較小成本的前提下，將光熱發電熱電聯供系統發電和供熱實現解耦運行，使系統能源得到綜合梯級利用，提高了光熱熱電聯供機組運行的靈活性。

技術領域

本發明涉及一種太陽能熱電解耦系統及其運行方法，具體涉及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，屬于機械工程和節能技術領域。

背景技術

在中國北方地區，供熱機組由于能源利用率高而被廣泛用于解決大面積集中供暖問題。在長達4-6個月的采暖期中，為保證供熱質量，供熱機組采取“以熱定電”的方式運行，機組出力受到熱負荷限制，供熱機組的調峰性能不足，也間接導致“棄風棄光”現象較為嚴重。

太陽能光熱熱電聯供機組雖然不參與調峰，但是由于電力資源無法直接存儲，需要和用電負荷匹配，這樣極大限制了熱電聯產機組靈活性。因此實現太陽能光熱熱電聯供機組熱電解耦，提高對電網消納能力的適應性和機組運行靈活性，已然成為本領域亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中電力資源無法直接存儲，需要和用電負荷匹配，極大限制了熱電聯產機組靈活性的問題，進而提供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，綜合考量光熱機組動力島循環和壓縮式熱泵循環的特點，采用太陽能儲熱系統作為驅動熱源以實現發電、供熱乃至制冷的目的。本發明通過將多個系統的有機結合，充分發揮組合優勢實現供熱和供電的解耦，實現了光熱熱電聯供機組的靈活運行，適應電網對新能源電力的消納能力，具有顯著的社會效益和工程應用前景。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

方案一：一種基于儲熱和壓縮式熱泵相結合的太陽能熱電解耦系統，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、高溫蓄熱器、高溫蒸發器、低溫蒸發器和低溫蓄熱器，所述高溫蒸發器為動力島子系統提供所需的驅動蒸汽，低溫蒸發器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和熱用戶換熱站相連。

其工作原理在于：儲熱子系統產生的兩路蒸汽分別驅動動力島子系統的汽輪機做功和壓縮式熱泵余熱回收子系統實現供熱，壓縮式熱泵余熱回收子系統供熱低溫熱源來自動力島系統循環的冷端，從而實現供電和供熱的解耦。

進一步地：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、高壓換熱器、節流閥I和低壓換熱器，所述壓縮機與熱泵驅動透平相連，低溫蒸發器為熱泵驅動透平提供所需的驅動蒸汽，高壓換熱器通過給水回路與熱用戶換熱站相連。

進一步地：所述動力島子系統包括汽輪機、冷凝器和冷卻塔，高溫蒸發器為汽輪機提供所需的驅動蒸汽，汽輪機做功發電，汽輪機的乏汽端與冷凝器連接，冷凝器分別與冷卻塔和低壓換熱器建立循環連接，冷凝器的冷凝液體出口通過熱泵循環回路與高溫蒸發器、低溫蒸發器連接，熱泵驅動透平與冷凝器的進口端連接。

進一步地：所述冷凝器的冷凝液體流經管路分為兩路，一路為依次連接的冷凝器出口、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、熱泵驅動透平和冷凝器進口；另一路為依次連接的冷凝器出口、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、汽輪機和冷凝器進口。