一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統的製作方法

2023-04-24 07:12:41 2

一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，包括能源輸入組塊、電力系統組塊、能源複合生產組塊和能源輸出組塊。其特徵在於：所述能源複合生產組塊在現有的三聯供系統中增加了風冷熱泵機組（空氣源熱泵機組）、水源熱泵機組，使系統增加以電換冷和以電換熱的功能，使系統調節更具靈活性，減少燃氣發電機組的年啟停頻率，延長燃氣機組的年運行時間和使用壽命，使三聯供能系統的能源轉換過程保持連續正常的運行狀態。此外，還可附帶增加冬季低品位熱源的回收利用功能，提高了系統整體的能源回收利用效率，同時也降低了終端用能客戶的經濟負擔，最終實現多方盈利的三聯供能系統建設目標。
【專利說明】一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及分布式能源領域，具體涉及一種高能效、高設備利用率、模塊化冷熱電
三聯供系統。
【背景技術】
[0002]人類以燃燒礦石燃料為主的傳統凝汽式發電循環已有一百多年的運行歷史，目前技術上相當成熟，大型電站已採用超-超臨界機組，循環效率已接近理論值，能達到45%左右，熱電廠循環效率也只能達到65%左右，為人類的生活和社會經濟發展作出了巨大的貢獻。但是以燃燒礦石燃料為主的傳統發電系統存在著大量汙染物排放和餘熱能源排放浪費，造成了嚴重的環境及空氣的汙染以及形成城市熱島效應。對人類的健康生活和社會經濟可持續發展已構成嚴重威脅，因此，如何減少對環境空氣汙染和提高一次能源利用效率已迫在眉睫。隨著人類生活水平不斷提高，人們對熱能、冷能消耗量也愈來愈大，城市能源消耗居高不下，如何節能減排已是當前經濟可持續發展的頭等大事。
[0003]隨著日益嚴峻的能源形勢和科學技術的不斷進步，餘熱利用技術研發和推廣應用的必要性和緊迫性也成了社會共識。三聯供能系統=發電系統+供熱系統+製冷系統，是把三種系統組合成一套閉環式能源綜合、梯級、高效生產並保持正常輸出的能源生產系統，該系統已得到了經濟發達國家的認可和推廣。
[0004]現有的冷熱電三聯供系統(簡稱:CCHP三聯供系統)一般是由天然氣為燃料的燃氣發電機組、溴化鋰吸收式冷/熱水機組和離心壓縮式單冷機組等裝置設備所組成，能在產生35%左右電能的同時充分利用近45%餘熱生產冷能、熱能，燃氣的熱能被充分利用，大大提高了能源的綜合利用功效。冷熱電三聯供系統具有以下優點:1.能源轉換效率高；2.實現了能源的梯度利用；3.能調節平衡天然氣與電能(季節)負荷；4.化學汙染排放少。但以往所設計的類似系統由於受到區域內用戶端負荷(冷、熱、電)需求條件的不同、系統運行效率及設備的可利用小時得不到保障、系統冷熱電的能量平衡能力不夠強等缺陷，從而存在著系統經濟性不高的問題。
[0005]冷熱電三聯供系統分為工業應用冷熱電三聯供系統和區域民用建築冷熱電三聯供系統。區域民用建築冷熱電三聯供系統是指為較大體量的樓宇建築或樓宇建築群，提供冷、熱、電能源的設備系統。本發明針對在民用建築能耗中很大一部分用於建築的供電、供冷、供熱，如何降低建築的供電供冷供熱能耗、提高系統運行效率和穩定性，對提高能源利用率和經濟性有著非常重要的意義。
[0006]由於冷熱電三聯供系統在運行過程中會受到環境及用能對象負荷等多種變量的影響，區域冷熱電三聯供系統具有過程參數時變、被控對象延時量較大、負荷變化較大的特點，是典型的多變量、非線性系統。以一年四季時間階段分隔明顯的上海地區為例，其能源利用狀態:冬季只需要電能和熱能，春秋季節只需要電能和部分熱能、部分冷能，夏季只需要電能和冷能、少量熱能。冷、熱、電三種能量除電能基本保持月平均正常使用率外，其他冷能和熱能存在著巨大的季節反差使用率，其次上海的極端氣溫和突然性巨變氣溫發生天數頻率也比較高。現有的冷熱電三聯供系統普遍存在缺乏能量平衡調節的靈活要素和空間、投入運行後系統能量轉換不平衡的缺點，並由此可能導致更大的能源浪費和系統不穩定，有時甚至發生嚴重的故障或系統癱瘓，系統的安全可靠性和經濟性都不理想。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在於克服現有區域冷熱電三聯供系統的上述缺陷，提供一種高能效、高設備利用率、模塊化冷熱電三聯供能系統，它可連續平穩運行安全、能源利用率高、調節靈活、負荷變化適應性強的系統。
[0008]區域冷熱電三聯供系統高效運行的基本條件:系統能以終端建築用戶的電能負荷、熱能負荷、冷能負荷及環境氣象條件的即時變化及時進行調整系統運行策略。為此，必須有能適應系統靈活調節的系統配置方式，適應終端建築負荷(冷、熱、電)負荷變化，具有模糊控制調節的實時數據處理功能，從而才有可能達到能源的梯級、綜合、高效利用目標。
[0009]本發明的技術方案具體如下:
一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，包括能源輸入組塊、電力系統組塊、能源複合生產組塊和能源輸出組塊，其特徵在於:所述能源複合生產組塊包括風冷熱機模塊、水冷熱機模塊和單制冷機模塊；所述風冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η颱風冷熱泵機組，η為正整數；所述水冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η臺水源熱泵機組，η為正整數；所述單制冷機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η臺水冷冷水機組，η為正整數；水源熱泵機組的冷卻水部分與水冷冷水機組的冷卻管網並聯連接。在傳統的三聯供系統中增加了風冷熱泵機組(空氣源熱泵機組)、水源熱泵機組，使系統增加以電換冷和以電換熱的功能，使系統調節更具靈活性，減少燃氣發電機組的年啟停頻率，延長燃氣機組的年運行時間和使用壽命，使三聯供能系統的能源轉換過程保持連續正常的運行狀態。
[0010]優選的，所述能源複合生產組塊還包括能量儲藏模塊。能量儲藏模塊的作用在於調節系統用能高峰和用能低谷間的冷熱能量平衡。
[0011]優選的，所述電力系統組塊包括燃氣發電機模塊、溴化鋰冷熱機組模塊和電力上網模塊。燃氣內燃發電機組與煙氣型溴化鋰機組組合成聯合型模塊化系統，當然裝置功率大小與模塊數量的多少可根據終端用戶的熱能和冷能需求總容量來確定。原則上燃氣內燃發電機組可實現全年除系統設備維保等工作原因的連續運行，為保障國家電網安全提供條件，冷、熱、電能量系統內進行自控平衡。項目實施前準備工作是需要做好區域內終端用戶的用能狀態分析，依據第一手資料、並細化到年逐時的用能分析報告。
[0012]優選的，還包括運行參數顯示和設置輸入組塊。
[0013]優選的，還包括數據檔案雲儲存和處理組塊。
[0014]優選的，還包括數據現場輸出組塊。
[0015]優選的，還包括數據遠程輸出輸入組塊和加密隔離組塊。
[0016]可選的，所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為3:1。
[0017]可選的，所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為1:3。
[0018]可選的，所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為1:1。
[0019]以消耗天然氣的高能效、高設備利用率、模塊化冷熱電三聯供能系統為例，首先燃氣內燃機發電機組將高品位能源天然氣轉換為綠色電能，約能實現30-35%的能源利用，產生的中品位450°C~500°C煙氣餘熱能和75°C~90°C缸套和油溫冷卻餘熱能合計約45~55%。其中燃氣內燃發電機組的30-35%綠色電能供給能源中心閉環系統內其他用電設備消耗(主供風冷熱泵機組、水源熱泵機組、水冷冷水機組等)，富餘電能輸入市電網。煙氣餘熱能將全部供給煙氣型溴化鋰制冷機組轉換成冷熱能約60飛5%，缸套和油溫餘熱能將全部供給換熱機組轉換成可利用熱能。高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統依據客戶的冷能、熱能實際需求量生產，滿足按需生產能源的系統能量平衡體系，達到一次能源利用率不低於80%和系統進行常年穩定運行的目標。
[0020]其方法:在一般常規三聯供系統基礎上增加風冷熱機模塊和水冷熱機模塊，配置的數量和容量需按系統總容量推算。如上海可大致按風冷熱泵機組30%和水源熱泵機組10%比例組合；如北京地區可大致按風冷熱泵機組10%和水源熱泵機組30%比例組合；南方廣東地區可大致按風冷熱泵機組20%和水源熱泵機組20%比例組合。不同區域不同配置，具體還要根據每個項目的特點進行科學地理論計算。
[0021]配置一定容量的風冷熱泵機組(即空氣源熱泵機組)使系統增加以電換冷和以電換熱的功能，滿足系統特殊狀態的運行，使系統調節更具靈活性，減少燃氣發電機組啟停頻率，延長燃氣機組的運行時間和使用壽命，提高綠色電能生產量，使三聯供系統在能源轉換過程保持連續正常的運行狀態。
[0022]按系統的需求特點再配置水源熱泵機組以增加系統的以電換冷、以電換熱，其次附帶增加了冬季低品位熱源的回收利用功能，使三聯供系統日常運行更加平穩安全，提高系統整體的能源回收利用效率，降低能源輸出單位成本增加企業市場競爭力，減少終端用能客戶的經濟負擔，最終實現多方盈利的三聯供系統建設目標。
[0023]國家電網是事關國家生命安全的網絡，任何行為都不得影響電網安全，國家電網對小型燃氣發電機組電力`上網具有穩定運行、安全上網的基本要求，這裡需要小型燃氣發電機組必須按國家電網區域調度中心的要求有計劃地穩定運行。小型燃氣發電機機組地連續運行會產生系統能源平衡等複雜問題:餘熱如何消耗，電網低谷時段電力如何內部消耗等等。在現有的三聯供系統基本思路上創新地增加實現以電能換熱能和冷能功能、以低品位熱能換高品位熱能的裝置，充分增加系統的靈活調節能力和系統穩定性；延長燃氣發電機組的年運行時間或穩定的連續運行周期，為電力上網穩定運行條件提供保障，並服從區域電力調度中心的電力調峰指揮，也可在市電網負荷低谷時本系統能正常閉環式穩定安全運行。
[0024]高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統構建和具體項目實施時有幾點需要注
思:
1、必須針對用戶的負荷(冷、熱、電)特點進行個性化的設計(度身定製);
2、必須對用戶負荷特性正確估算，設備配置合適(量體裁衣)；
3、必須能適應設備、運行策略(冷、熱)負荷變化大的特點(靈活調節)；
4、必須適應和滿足系統正常運行與安全要求的控制系統(智慧處理)。
[0025]本發明的優點是:
一、解決了三聯供系統內燃氣內燃發電機組頻繁停開問題，提高運行平穩性；
二、提高燃氣發電機組使用效率增加綠色電能生產量，改善城市空氣品質； 三、延長發電機組和煙氣型溴化鋰機組使用壽命，減少項目生命周期成本；
四、提高低品位餘熱使三聯供系統整體能效提升，增加運行企業經濟效益；
五、有效增加系統調節的靈活性，滿足冷、熱、電能量負荷需求變化；
六、提高三聯供系統運行管理的安全穩定係數，避免事故的發生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明實施例系統組成框圖；
圖2為本發明實施例能量流程示意圖；
圖3為本發明實施例系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例，對本發明作進一步的說明。
[0028]實施例一
項目區域位置:上海地區。
[0029]如圖1所示，一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，包括能源輸入組塊、電力系統組塊、能源複合生產組塊、能源輸出組塊、運行參數顯示和設置輸入組塊、數據檔案處理組塊、括數據現場輸出組塊、數據遠程輸出輸入組塊和加密隔離組塊。所述電力系統組塊包括燃氣發電機模塊、溴化鋰冷熱機組模塊和電力上網模塊。所述能源複合生產組塊包括風冷熱機模塊、單制冷機模塊、鍋爐機組模塊和輔助設施機模塊。如圖3所示，所述風冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的8颱風冷熱泵機組；所述水冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的2臺水源熱泵機組；所述單制冷機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的2臺水冷冷水機組；水源熱泵機組的冷卻水部分與水冷冷水機組的冷卻管網並聯連接，其中風冷熱泵機組的電力消耗來自燃氣渦輪發電機組的綠色電能。
[0030]本實施例中，燃氣發電機模塊採用燃氣渦輪發電機組、鍋爐機組模塊採用餘熱蒸汽鍋爐，其中系統中各個設備裝置的配置數量和容量按系統總容量推算，並按風冷熱泵機組30%和水源熱泵機組10%的比例組合。
[0031]下面對在四季交替和白天黑夜變更以及氣溫突變時的系統運行情況作詳細說明。
[0032]1、時間:秋末轉初冬
秋末冬初是熱源需求能量遞增時段:高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統運行管理調節應該以煙氣餘熱為第一熱源，風冷熱泵機組為第二熱源，水源熱泵機組為第三熱源，燃氣熱水鍋爐為第四熱源，按以上排列順序依據氣溫的下降節點，調整和遞增系統制熱獲取方式，直至進入冬季運行方式(當燃氣熱水鍋爐投入年度正常運行後，水源熱泵機組和風冷熱泵機組保持備用狀態，彌補冬季低溫和過渡季節的突發氣候應急供熱或供冷需求)。
[0033]2、時間:冬末轉入初春
冬末春初是熱源需求能量遞減時段:第一首先遞減燃氣熱水鍋爐熱源容量，第二遞減水源熱泵機組熱源，第三遞減風冷熱泵機組，第四遞減煙氣餘熱熱源，按以上排列順序依據氣溫的上升節點，調整和遞減系統熱源獲取方式，直至進入春季運行方式(當燃氣熱水鍋爐完成年度運行時，水源熱泵機組和風冷熱泵機組保持備用狀態，彌補過渡季節的突發氣候應急供熱或供冷需求)。[0034]3、時間:春末轉入初夏
春末夏初是冷源需求能量遞增時段:高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統運行管理調節應該以煙氣餘熱溴化鋰機組為第一冷源，風冷熱泵機組為第二冷源，水源熱泵機組為第三冷源，離心冷水機組為第四冷源，按以上排列順序依據氣溫的上升節點，調整和遞增系統製冷獲取方式，直至進入夏季運行方式。(當離心冷水機組投入年度正常運行後，水源熱泵機組和風冷熱泵機組保持備用狀態，彌補夏季高溫和過度季節的突發氣候應急補償供熱或供冷需求)
4、時間:夏末轉入初秋
夏末秋初是冷源需求能量遞減時段:第一首先遞減離心冷水機組冷源容量，第二遞減水源熱泵機組冷源容量，第三遞減風冷熱泵機組冷源，第四遞減煙氣餘熱溴化鋰機組冷源，按以上排列順序依據氣溫的下降節點，調整和遞減系統冷源獲取方式，直至進入秋季運行方式(當離心冷水機組完成年度運行時，水源熱泵機組和風冷熱泵機組保持備用狀態，彌補過渡季節的突發氣候應急供熱或供冷需求)。
[0035]5、時間:白天；
當白天用能尖峰時段充分發揮蓄能裝置作用，釋放冷(熱)能量。
[0036]6、時間:夜晚:
當夜晚用能低谷時段充分發揮蓄能裝置作用，儲藏冷(熱)能量。
[0037]7、時間:氣溫突發巨變；
當氣溫突然發生巨變時，充分發揮水源熱泵機組和風冷熱泵機組備用以及系統蓄能裝置的作用，滿足應對突發事件確保區域內用戶能源安全使用。
[0038]注意:具體項目實施時，必須依據每個項目系統特點和實際區域氣象條件進行精細化修正；可適當提高和優化系統蓄能裝置容量提高靈活性能，提高系統能源利用係數。
[0039]本實施例只是本發明的一個較佳實施例，並不意味著對本發明的限制，任何未作出實質性改變的技術方案均落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，包括能源輸入組塊、電力系統組塊、能源複合生產組塊和能源輸出組塊，其特徵在於:所述能源複合生產組塊包括風冷熱機模塊、水冷熱機模塊和單制冷機模塊；所述風冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η颱風冷熱泵機組，η為正整數；所述水冷熱機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η臺水源熱泵機組，η為正整數；所述單制冷機模塊為冷媒總輸送管網中並聯連接的η臺水冷冷水機組，η為正整數；水源熱泵機組的冷卻水部分與水冷冷水機組的冷卻管網並聯連接。
2.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:所述能源複合生產組塊還包括能量儲藏模塊。
3.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:所述電力系統組塊包括燃氣發電機模塊、溴化鋰冷熱機組模塊和電力上網模塊。
4.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:還包括運行參數顯示和設置輸入組塊。
5.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:還包括數據檔案雲儲存和處理組塊。
6.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:還包括數據現場輸出組塊。
7.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:還包括數據遠程輸出輸入組塊和加密隔離組塊。
8.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為3:1。
9.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為1:3。
10.根據權利要求1所述的高設備利用率模塊型冷熱電三聯供系統，其特徵在於:所述風冷熱泵機組和水源熱泵機組的容量比例為1:1。
【文檔編號】F25B29/00GK103822400SQ201410048438
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】郭亮, 王偉軍 申請人:上海斯俊空調銷售有限公司