建築用地熱能低溫發電機組系統的製作方法

2024-04-05 09:11:05

專利名稱：建築用地熱能低溫發電機組系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機組系統。特別是涉及一種利用建築用地熱水進行發電的建築用地熱能低溫發電機組系統。
背景技術：
建築相關能耗是全國能源消費的最大部門，聯合國環境署可持續建築促進組織2009年公布的《建築與氣候變化:決策者摘要》報告指出，建築部門能源消耗佔全球能源消費的40%。隨著城鎮化進程加速，人們生活水平提高，中國建築能耗呈現剛性增長趨勢。中國提出到2020年單位GDP碳排放下降40—45%的減排目標，建築節能成為能否完成此目標的關鍵所在。建築全年能耗分布包括以下幾個方面:製冷、供暖、冷卻塔、照明、設備、風機、水泵。其中空調採暖系統佔據了建築能耗的60%，照明系統能耗約20%。這些能耗大多以電能的形式輸入，電能是高品位能源，隨著我國經濟的高速發展，我國建築行業對電力資源的需求越來越大，尤其是近幾年來，電力資源的供給出現了供不應求的局面。若能尋找一種可利用的再生能源，通過一定技術將其轉化為電能輸送給建築自用或併網，將會很好的解決建築物自身需能問題，甚至有可能達到自給自足的效果。地熱能是來自地球深處的可再生能源，其作為可再生的綠色清潔能源具有巨大的開發潛力，是21世紀最受關注的可再生能源之一。通過鑽井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發電站。利用地熱能進行發電的技術由來已久，根據地熱資源不同，地熱發電有兩種基本方式，即閃蒸式(或稱擴容法)和雙流循環式(或稱中間介質法)，但由於其發電效率等問影響了其自身的推廣
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種利用建築用地熱能進行低溫發電技術，能夠實現低溫熱發電，並回用於建築能耗需求的建築用地熱能低溫發電機組系統。本發明所採用的技術方案是:一種建築用地熱能低溫發電機組系統，包括有發電單元，建築物供熱單元，以及用於將地源熱水與發電單元及建築物供熱單元所用熱水進行熱交換的板式換熱器，其中，所述的建築物供熱單元的出水口通過管路依次連接板式換熱器的熱交換通道、蒸發器的熱水通道、預熱器的熱水通道和建築物供熱循環單元的熱水入口形成建築物供熱循環單元，所述的發電單元的發電介質出口通過管路依次連接儲液器、工質泵、預熱器的發電介質熱交換通道、蒸發器的發電介質熱交換通道以及發電單元的發電介質入口形成發電循環單元。所述的板式換熱器的熱交換通道的出水口還通過閥門直接連接建築物供熱循環單元的熱水入口。

所述的發電介質出口還通過閥門直接連接預熱器的發電介質熱交換通道的入口。所述的板式換熱器的熱交換通道的出口與所述的蒸發器的熱水通道的入口之間還設置有閥門。所述的板式換熱器的地源熱水通道入口通過管路以及泵連接產生地水的生產井，所述板式換熱器的地源熱水通道出口通過管路連接回灌井。所述的建築物供熱單元包括有相併聯的吸收式製冷裝置和供暖系統。所述的發電單元包括有入口端通過管路連接蒸發器的發電介質熱交換通道的發電介質出口端的螺杆機，螺杆機的發電介質出口端通過管路連接冷凝器的發電介質通道的入口端，所述冷凝器的發電介質通道的出口端構成發電單元的發電介質出口連接儲液器，所述的螺杆機的驅動端連接發電機，所述冷凝器的冷凝水通道的出口依次通過冷卻塔和冷卻水泵連接冷凝器的冷凝水通道的入口構成冷卻水的循環。所述的蒸發器的發電介質熱交換通道的發電介質出口端還通過閥門直接連接冷凝器的發電介質通道的入口端。所述的螺杆機的的發電介質出口端與冷凝器的發電介質通道的入口端之間還設
置有閥門。本發明的地熱能低溫發電機組系統，利用地熱能實施發電，在利用85°C的熱水且溫降控制在10°c的情況其發電量可達到50kW。在零能耗建築中，利用地熱水進行發電以提供建築本身所需電能，降溫後的地熱水再作為其他建築所需熱源，可進一步降低建築物的能耗密度，推進了零能耗建築物目標的實現。


圖1是本發明的地熱資源的利用示意圖；圖2是低溫發電機組流程示意圖；圖3是本發明的地熱能低溫發電機組系統構成示意圖。圖中1:發電單元2:建築物供熱單元3:板式換熱器 4:冷水出水口5:蒸發器6:預熱器7:熱水入口8:發電介質出口9:冷凝器10:儲液器11:工質泵12:泵13:生產井14:回灌井15:螺杆機16:發電機17:冷卻塔
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明的地熱能低溫發電機組系統做出詳細說明。本發明的地熱能低溫發電機組系統，提出了利用建築配套的空調採暖地熱井水(90-85°C)，使用低溫全流雙循環發電技術與設備先行實施發電，就地取能並為建築物提供高品質電能，使地熱水產生合 理地溫降，達到採暖和空調需要的溫度。被降溫後的地熱水仍可以作為製冷和供暖的熱源使用。地熱能經過梯級利用，最終可使建築物達到能源收支平衡，自給自足的效果。如圖1所示，85°C地熱水通過管道進入低溫發電機組蒸發器，經過取熱後熱水溫度降為75°C，降溫後的熱水仍可以作為吸收式製冷和供暖所需的熱源。同時發電機組可輸出50kw的高品質電能，供建築物用電設備所用或併入電網。低溫發電機組的工作過程如圖2所示。如圖3所示，本發明的地熱能低溫發電機組系統，包括有發電單元1，建築物供熱單元2，以及用於將地源熱水與發電單元I以及建築物供熱單元2所用水進行熱交換的板式換熱器3，其中，所述的建築物供熱單元2的出水口 4通過管路依次連接板式換熱器3的熱交換通道、蒸發器5的熱水通道、預熱器6的熱水通道和建築物供熱循環單元2的熱水入口 7形成建築物供熱循環單元，所述的發電單元I的發電介質出口 8通過管路依次連接儲液器10、工質泵11、預熱器6的發電介質熱交換通道、蒸發器5的發電介質熱交換通道以及發電單元I的發電介質入口形成發電循環單元。所述的板式換熱器3的熱交換通道的出水口還通過閥門直接連接建築物供熱循環單元2的熱水入口 7。所述的發電介質出口 8還通過閥門直接連接預熱器6的發電介質熱交換通道的入口。所述的板式換熱器3的熱交換通道的出口與所述的蒸發器5的熱水通道的入口之間還設置有閥門。 所述的板式換熱器3的地源熱水通道入口通過管路以及泵12連接產生地水的生產井13，所述板式換熱器3的地源熱水通道出口通過管路連接回灌井14。所述的建築物供熱單元2包括有相併聯的吸收式製冷裝置21和供暖系統22。所述的發電單元I包括有入口端通過管路連接蒸發器5的發電介質熱交換通道的發電介質出口端的螺杆機15，螺杆機15的發電介質出口端通過管路連接冷凝器9的發電介質通道的入口端，所述冷凝器9的發電介質通道的出口端構成發電單元I的發電介質出口8連接儲液器10，所述的螺杆機15的驅動端連接發電機16，所述冷凝器9的冷凝水通道的出口依次通過冷卻塔17和冷卻水泵連接冷凝器9的冷凝水通道的入口構成冷卻水的循環。所述的蒸發器5的發電介質熱交換通道的發電介質出口端還通過閥門直接連接冷凝器9的發電介質通道的入口端。所述的螺杆機15的的發電介質出口端與冷凝器9的發電介質通道的入口端之間還設置有閥門。本發明的地熱能低溫發電機組系統，將85°C熱水通過管道進入低溫發電機組蒸發器，經過取熱後熱水溫度降為75°C，降溫後的熱水仍可以作為吸收式製冷和供暖所需的熱源。同時發電機組可輸出50kw的高品質電能，供建築物用電設備所用或併入電網。85°C的地源熱水進入蒸發器和預熱器與發電介質進行換熱，蒸發器產生的高壓氣態發電介質進入全流低溫發電機組雙螺杆膨脹機的進口，膨脹做功並推動雙螺杆膨脹機運轉，之後排出的低壓氣液兩相發電介質進入冷凝器，在冷卻水泵的作用下，冷卻水進入冷凝器中冷卻發電介質為液態，之後經過高壓工質泵，將液態發電介質送入到預熱器和蒸發器中，繼續吸取地源熱水的熱量；雙螺杆膨脹機在運轉的同時拖帶發電機發電，冷凝器排出的冷卻水經冷卻水泵送至冷卻水塔，釋放出冷卻熱後循環使用。地源熱水在蒸發器裡面被降溫到75°C還排出蒸發器，這部分熱水可作為熱源供給建築物供熱循環單元使用，在夏天可以作為吸收式製冷的熱源，在冬天可以作為供暖的熱源。
以天津某綠色建築為例，通過勘探查明地下水的溫度為85°C，流量為100m3/h時。使用地熱水先進行低溫發電，提取溫差為10°c。計算公式如下:低溫發電可用的熱量為:Q= (I1 -12) X qv= (356 - 314) X 100 / 3.6 = 1167kff冬季取低溫發電的熱效率為6%，則輸出的電量為:P=QX η !=1167X6%= 64kff按運行120天計，年發電量為:W1=P X T=64 X 120 X 24=1.85 X 105kff.h夏季取低溫發電的熱效率為4.5%,則輸出的電量為:P=QX n2=1167X4.5%= 53kff按運行90天計，年發電量為:W2=P X T=53 X 90 X 24=1.1 X 105kff.h非冬夏季節取低溫發電的熱效率為5%，則輸出的電量為
P=Q X η 3=1167 X 5 % =58kff按運行120天計，年發電量為:W3=P X T=58 X 120 X 24=1.68 X 105kff.h總計年發電量為:1=^+胃2+胃3= 4.63 X 105kff.h按此發電量計，折合年減少CO2排放353.27噸，減少SOx排放10.99噸，減少NOx排放5.32噸。經過低溫發電後的熱水溫度為75°C，可作為夏季吸收式空調熱源使用，其cop值為0.6。冬季可為供暖使用。能源梯級利用，為低能耗建築目標的實現打下一定基礎。
權利要求
1.一種建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，包括有發電單元(I)，建築物供熱單元(2 )，以及用於將地源熱水與發電單元(I)及建築物供熱單元(2 )所用熱水進行熱交換的板式換熱器(3)，其中，所述的建築物供熱單元(2)的出水口(4)通過管路依次連接板式換熱器(3)的熱交換通道、蒸發器(5)的熱水通道、預熱器(6)的熱水通道和建築物供熱循環單元(2 )的熱水入口( 7 )形成建築物供熱循環單元，所述的發電單元(I)的發電介質出口(8)通過管路依次連接儲液器(10)、工質泵(11)、預熱器(6)的發電介質熱交換通道、蒸發器(5)的發電介質熱交換通道以及發電單元(I)的發電介質入口形成發電循環單元。
2.根據權利要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的板式換熱器(3)的熱交換通道的出水口還通過閥門直接連接建築物供熱循環單元(2)的熱水入口(7)。
3.根據權利要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的發電介質出口(8)還通過閥門直接連接預熱器(6)的發電介質熱交換通道的入口。
4.根據權利要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的板式換熱器(3)的熱交換通道的出口與所述的蒸發器(5)的熱水通道的入口之間還設置有閥門。
5.根據權利 要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的板式換熱器(3)的地源熱水通道入口通過管路以及泵(12)連接產生地水的生產井(13)，所述板式換熱器(3 )的地源熱水通道出口通過管路連接回灌井(14 )。
6.根據權利要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的建築物供熱單元(2)包括有相併聯的吸收式製冷裝置(21)和供暖系統(22)。
7.根據權利要求1所述的建築用地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的發電單元(I)包括有入口端通過管路連接蒸發器(5 )的發電介質熱交換通道的發電介質出口端的螺杆機(15)，螺杆機(15)的發電介質出口端通過管路連接冷凝器(9)的發電介質通道的入口端，所述冷凝器(9)的發電介質通道的出口端構成發電單元(I)的發電介質出口(8)連接儲液器(10)，所述的螺杆機(15)的驅動端連接發電機(16)，所述冷凝器(9)的冷凝水通道的出口依次通過冷卻塔(17)和冷卻水泵連接冷凝器(9)的冷凝水通道的入口構成冷卻水的循環。
8.根據權利要求7所述的地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的蒸發器(5)的發電介質熱交換通道的發電介質出口端還通過閥門直接連接冷凝器(9)的發電介質通道的入口端。
9.根據權利要求7所述的地熱能低溫發電機組系統，其特徵在於，所述的螺杆機(15)的發電介質出口端與冷凝器(9)的發電介質通道的入口端之間還設置有閥門。
全文摘要
一種建築用地熱能低溫發電機組系統，包括有發電單元，建築物供熱單元，以及用於將地源熱水與發電單元及建築物供熱單元所用熱水進行熱交換的板式換熱器，所述的建築物供熱單元的出水口通過管路依次連接板式換熱器的熱交換通道、蒸發器的熱水通道、預熱器的熱水通道和建築物供熱循環單元的熱水入口形成建築物供熱循環單元，發電單元的發電介質出口通過管路依次連接儲液器、工質泵、預熱器的發電介質熱交換通道、蒸發器的發電介質熱交換通道以及發電單元的發電介質入口形成發電循環單元。本發明在零能耗建築中，利用地熱水進行發電以提供建築本身所需電能，降溫後的地熱水再作為其他建築所需熱源，可進一步降低建築物的能耗密度，推進了零能耗建築物目標的實現。
文檔編號F25B29/00GK103244364SQ20131015865
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月2日 優先權日2013年5月2日
發明者張於峰, 鄧娜, 穆永超, 董勝明, 賀中祿, 於曉慧, 張彥 申請人:天津大學