[實用新型]一種基于余熱與太陽能跨季節蓄熱的柔性清潔供熱系統

有效

• 申請號: 202220246073.9
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN217584600U
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 李先庭;石文星;王寶龍;李天成;韋發林;張茂勇;岑俊平;熊烽;倪文崗;韓志剛;劉士剛
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京清大天工能源技術研究所有限公司
• 主分類號: F24D11/02
• 分類號: F24D11/02;F24S20/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于余熱與太陽能跨季節蓄熱的柔性清潔供熱系統，由土壤源分級蓄熱系統、太陽能系統、超高效熱泵、室內末端及管路系統組成，其中土壤源蓄熱分為內圈高溫區、中圈中溫區和外圈低溫區三部分，非采暖期可分別接受來自工業企業的高溫、中溫和低溫余熱源進行蓄熱，太陽能可對中溫區蓄熱。采暖期高溫區蓄熱及高溫余熱源可聯合對室內高溫末端供暖；中溫區蓄熱及中溫余熱源可聯合對中溫末端供暖；低溫區蓄熱及低溫余熱源可聯合對低溫末端供暖；熱泵機組可吸收低溫區蓄熱及低溫余熱源制熱并對高、中溫末端供暖；太陽能可直接對中溫末端供暖。該專利可實現基于工業余熱及太陽能的清潔能源跨季節供熱，與傳統供熱方式相比可節能80%～90%以上。

技術領域

本專利涉及一種基于余熱與太陽能跨季節蓄熱的柔性清潔供熱系統，屬于雙碳清潔供熱技術領域。

背景技術

隨之2030年碳達峰和2060年碳中和國家決策目標的確立，我國未來能源革命必然要求更大幅度的降低能耗、特別是降低化石能源耗費，在此時代背景下，供熱領域也必然需要呼喚革命性的技術創新和工程實現形式。充分利用高耗能工業企業的各類余熱資源，和太陽能、地熱能等自然能源，成為大幅降低化石能源供熱的主要替代形式之一。

根據有關研究和報道，估算主要的余熱資源來源及其規模如下。

核電余熱：我國未來將在東部沿海地區建成2億kW的核電，其中至少有1億kW建設于從連云港到大連的北方沿海地區。發電量預計為7500-8000億kWh。按照熱電比1.2計算，全年可產生熱量約為32億GJ。

火電余熱：為了保證大規模可再生能源接入條件下的電網穩定性，預計未來我國將保留 6億kW的火電，年發電量1.5萬億kWh，考慮到其中一半位于北方地區，冬季提供余熱量約為18億GJ。

工業余熱：未來我國保留的冶金、化工、建材生產過程中產生的工業余熱約為15億GJ。

對上述熱量進行利用，考慮能夠回收其中70％，則可用于城鎮供熱的熱量約為45億GJ (其中16億GJ是在非采暖季進行儲存，供暖季提取進行供熱)。結合垃圾焚燒，中水水源熱泵等技術，能夠實現55億GJ的總供熱量。其余部分的供熱量缺口可考慮以各種類型的熱泵為主的分散式采暖方式提供。

另一方面，高耗能工業企業往往全年生產，或者主要集中在非采暖期投產、冬季降低產量乃至停產；太陽能也是非采暖期熱量更足、冬季則大幅降低。如此之大的更高品位的能源可否轉用于冬季供暖，一直是一個懸而未決的問題，其關鍵問題是解決跨季節大規模蓄能的方法問題，其中特別突出的問題是合適的蓄能介質及系統初投資、運行費用的有效降低。

目前已有科研院所和地方政府部門及企業進行各種跨季節儲熱技術方案的探討和試驗研究，主要包括：大型儲熱水箱跨季節儲熱、地下含水層跨季節儲熱、地埋管跨季節儲熱、巖石類跨季節儲熱、人工含水層跨季節儲熱等，各類技術方案都有一定的可實施性，但均需要綜合考慮實施的技術條件、能源價格等，需要改善其技術經濟效果。

室內供熱末端的形式及運行參數也隨著節能建筑的推廣而變化，例如地板采暖方式占比越來越大，更有利于利用低品位余熱供熱、或熱泵供熱，更有利于減少和取代化石能源供熱。同時，許多工業車間、地下室等輔助用房、乃至一些原本不供暖的農村住房、蔬菜花卉大棚溫室、放假后的學校等有關單位等，往往只需要將室溫控制在不低于5～10℃的值班采暖水平即可滿足需求，此時其供水溫度只要達到20～30℃即可滿足需求。另外，如果采用清華大學正在開發的主動控溫式節能建筑結構，即墻體、窗體等建筑圍護結構的內部設置嵌管式換熱結構，只需10～20℃的低溫熱源水即可滿足保溫供暖需求。如墻體內壁面或頂板采用低溫輻射末端供暖，則其供水溫度只要達到20～30℃即可滿足需求。

實用新型內容

本專利的目的和任務是，設計一種新型的基于余熱與太陽能跨季節蓄熱的柔性清潔供熱系統，結合跨季節蓄能和建筑節能及供熱技術，構建一套碳中和背景下的全新的復合熱源的柔性清潔供熱方法和技術體系，將有望助力供熱領域的碳中和目標的實現。