CN101846416A - 热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于能源利用节能技术领域的、涉及一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供的系统及方法。该系统包括电厂汽轮机组、热网加热器、热泵、冰蓄冷系统以及附属设备，采用相应的管路连接组成；该系统通过热电联产和热泵的协同作用，除了在冬天通过热电联产和热泵实现向区域供暖外，在夏天通过热电联产的热网，利用热电联产和热泵协同工作为区域提供生活热水和冷量。厂区内的热泵可采用吸收式也可采用压缩式，厂区外的热泵采用吸收式热泵，吸收式热泵利用热网水或热网蒸汽的热量为热泵发生器提供能量，从而完成热泵系统的循环。本系统和方法充分利用了传统热电联产的供热设备和余热，实现区域集中供热供冷，提高了区域制冷系统过程的效率，降低了能耗。

Description

热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统及方法
技术领域
本发明属于能源利用的节能技术领域，特别涉及一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统及方法，该方法通过电厂热电联产和热泵的耦合，实现了大区域的集中供冷，提高了能源的利用效率。
技术背景
尽管目前一级能效空调的能效比在3.2以上，但空调的能效比依然较低。而且由于分散制冷，中间能量转换环节多，耗费了大量的电力。
据统计，2003年我国房间空调器的产量已达4000多万台、商用空调产量达到20多万套，我国房间空调拥有量已在1亿台左右，全国商用空调拥有量在120万套左右。2005年数据显示，我国家用空调年耗电在400亿千瓦时以上，相当于三峡水电站最高发电量的50％。在夏季用电高峰时期，空调用电负荷甚至高达城镇总体用电负荷的40％左右。
由于空调耗电量大，而且使用时间相对集中，导致用电高峰时段电网压力大、电力供应严重不足，是夏季电力紧张的一个主要原因。
另一方面在发电厂尤其是火力发电厂内，晚上用电低谷低负荷时火电机组运行不在设计工况工作，经济性较差。
在供冷方面，除了空调外，热泵也是常用的一种提供热能的方式，它是通过消耗少量动力或燃料为代价将无用的低温热能变为有用的高温热能的系统装置，热泵也能够实现集中制冷，它具有比空调更高的能效比，而且投资低，易于实现集中供冷。但压缩式热泵需要驱动的动力耗能，吸收式热泵需要耗费热量，常规的方法中通过燃烧来为吸收式热泵提供能量，高品位的能量供热也不经济。
在常规的热电联产实现区域供热系统中，热网只在冬天供热的时候运行，在夏天设备不工作并需要一定的维护。而现实中夏天也有一定的生活热水等热负荷需求，但相对较小，如果集中供应代价较高。
发明内容
本发明的目的是提出一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统及方法。
一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统，其特征在于，该系统包括电厂汽轮机、热网加热器、热泵、冰蓄冷系统以及附属设备，采用相应的管路连接组成；电厂发电汽轮机1分别连接凝汽器2和一次热网加热器5，一次热网加热器5连接二级热网加热器7，不同的二级热网加热器7间通过串联或并联连接；凝汽器2分别连接电厂循环水冷却设施3和经过循环水泵连接第三三通阀12，第三三通阀12分别连接至厂区内热泵系统4的回水口和厂区内冰蓄冷系统6的冷端工质出口；厂区内热泵系统4经第四三通阀13分别连接至电厂循环水冷却设施3和厂区内冰蓄冷系统6的冷端工质入口；厂区冷热用户19分别通过第五三通阀14、第六三通阀15连接至厂区内冰蓄冷系统6的供冷端的出口和入口。
所述厂区冷热用户19和厂区内冰蓄冷系统6的还通过第五三通阀14连接第二三通阀11，并通过第二三通阀11分别与电厂循环水冷却设施3和厂区内热泵系统4连接，电厂循环水冷却设施3再通过循环泵和凝汽器2连接；厂区冷热用户19和厂区内冰蓄冷系统6还通过第六三通阀15连接第一三通阀10，并通过第一三通阀10分别与电厂循环水冷却设施3和厂区内热泵系统4连接。
二级热网加热器7可通过第八三通阀17、第七三通阀16和厂区外吸收式热泵系统8的压缩系统8-1的连接，厂区外吸收式热泵系统8连接厂区外冰蓄冷系统9，厂区外冰蓄冷系统9直接和厂区外冷热用户18连接，厂区外冷热用户18的冷热输入、输出分别连接上述第八三通阀17和第七三通阀16。
一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供的方法，其特征在于，通过热电联产和热泵的协同作用，通过热电联产的热网，向用户提供冷量和生活热水，实现区域集中供热供冷，提高了制冷系统过程的效率，降低了能耗，包括：
在电厂内的制冷通过热泵来实现，厂区内热泵系统在电厂夜间低负荷时工作，厂区内热泵系统通过吸收低温热源的热量降低了低温热源的温度，低温热源和电厂内冰蓄冷系统换热将冷量储存起来，储存起来的冷量通过工质释放给厂区的冷热用户；
在电厂外也通过热泵来实现区域制冷，热电联产热网水除了供应生活热水外，其热量作为热泵的热源加热吸收式热泵的发生器驱动热泵的运行，热泵的冷凝器向外界用户供冷，从而实现冷热联供，系统采用冰蓄冷系统来储存冷量，储存起来的冷量通过工质释放给厂区外的冷热用户。
所述热泵采用吸收式热泵或采用压缩式热泵；如果采用吸收式热泵，其热源是汽轮机中的抽汽或由热电联产的热网水提供；如果采用压缩式热泵，通过小汽轮机或电动机来驱动，而其中的小汽轮机通过电厂汽轮机组的抽汽来驱动；热泵系统中的冷凝水输送到电厂冷却塔进行冷却。
本发明的有益效果是通过热电联产和热泵的协同作用，充分利用现有供热设备和余热，通过热电联产的热网，向用户提供冷量和生活热水，实现区域集中供热供冷，提高了制冷系统过程的效率，降低了能耗。
附图说明
图1是热泵耦合热电联产系统及供热和制冷流程示意图；
图中：1是电厂发电汽轮机，2是凝汽器，3是电厂循环水冷却设施，4是电厂厂区内热泵系统，5是电厂内一次热网加热器，6是电厂内冰蓄冷系统，7是二级热网加热器，8是厂区外吸收式热泵系统，8-1是吸收式热泵压缩系统的发生器，9是厂区外冰蓄冷系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。
图1是热泵耦合热电联产系统及供热和制冷流程示意图。该系统包括电厂汽轮机组、热网加热器、热泵、冰蓄冷系统以及附属设备，采用相应的管路连接组成；如图所示该系统供热和制冷工作流程为电厂发电汽轮机1排汽进入凝汽器2冷凝，冷却循环水排入电厂循环水冷却设施3冷却；厂区内的供热和制冷通过电厂厂区内热泵系统4来实现。冬天供暖时，从冷凝器2出来的部分或全部高温循环水经第三三通阀12进入电厂厂区内热泵系统4，放出热量后经第四三通阀13再回到电厂循环水冷却设施3；电厂厂区内热泵系统4的高温热汇出水流经第二三通阀11、第五三通阀14进入电厂厂区冷热用户19侧的换热器，而其回水经第六三通阀15、第一三通阀10回到厂区内热泵系统4加热；电厂外热网的热量由汽轮机的抽汽提供，可采用电厂内一次热网加热器5加热提供热水也可直接提供蒸汽，随后所携带的热量进入二级热网加热器7，其热水或蒸汽经过第八三通阀17进入热用户，放出热量后经第七三通阀16再回到二级热网加热器7加热；夏天制冷时，电厂内冰蓄冷系统6的循环工质经第三三通阀12进入电厂厂区内热泵系统4，放出热量后被冷却降温，经第三三通阀13再回到电厂内冰蓄冷系统6将冷量存储下来；存储的冷量通过放热侧的循环工质经第五三通阀14进入电厂厂区冷热用户19，循环工质在用户侧放出冷量后经第六三通阀15再回到电厂内冰蓄冷系统6；电厂循环水冷却设施3的冷却水经过第一三通阀10进入电厂厂区内热泵系统4的高温热汇，其出水流经第二三通阀11后进入电厂循环水冷却设施3进行冷却；电厂外热网的热量由汽轮机1的抽汽提供，可采用电厂内一次热网加热器5加热提供热水也可直接提供蒸汽，随后所携带的热量进入二级热网加热器7，其热水或蒸汽经过第八三通阀17进入厂区外吸收式热泵系统8加热其压缩系统的发生器8-1，加热后再回到二级热网加热器7；厂区外吸收式热泵系统8的低温热源吸收厂区外冰蓄冷系统9中循环工质的热量降低其温度并在厂区外冰蓄冷系统9中将冷量存储起来，厂区外冰蓄冷系统9的冷量进而通过放热侧的循环冷水供给的电厂厂区外冷热用户18。
所述热泵采用吸收式热泵或采用压缩式热泵；如果采用吸收式热泵，其热源是汽轮机中的抽汽或由热电联产的热网水提供；如果采用压缩式热泵，通过小汽轮机或电动机来驱动，而其中的小汽轮机通过电厂汽轮机组的抽汽来驱动；热泵系统中的冷凝水输送到电厂冷却塔进行冷却。
实施例1
实施例1中蒸汽进入电厂发电汽轮机1做功，汽轮机1中的排汽进入凝汽器2冷凝后给锅炉送水。冷凝器2的循环冷却水从电厂循环水冷却设施3提取，循环水进入冷凝器2参与换热后温度升高。
冬天供暖时，冷凝器出来的部分或全部高温循环水经第三三通阀12进入电厂热泵系统4，放出热量后经第四三通阀13再回到电厂循环水冷却设施3；电厂厂区内热泵系统4的高温热汇出水流经第二三通阀11后再经第五三通阀14进入电厂附近的热用户侧的换热器，而其回水经第六三通阀15和第一三通阀10回到热泵加热；电厂外热网的热量由汽轮机的抽汽提供，可采用电厂内一次热网加热器5加热提供热水也可直接提供蒸汽，随后所携带的热量进入二级热网加热器7，其热水或蒸汽经过第八三通阀17进入厂区外冷热用户18，放出热量后经第七三通阀16再回到二级热网加热器7加热。
夏天时，厂区附近区域的制冷通过电厂厂区内热泵系统4和电厂内冰蓄冷系统6联合工作来实现，距离厂区较远的区域的制冷通过厂区外吸收式热泵系统8和厂区外冰蓄冷系统9联合工作来实现。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未全部指出本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统，其特征在于，该系统包括电厂汽轮机、热网加热器、热泵、冰蓄冷系统以及附属设备，采用相应的管路连接组成；电厂发电汽轮机(1)分别连接凝汽器(2)和一次热网加热器(5)，一次热网加热器(5)连接二级热网加热器(7)，不同的二级热网加热器(7)间通过串联或并联连接；凝汽器(2)分别连接电厂循环水冷却设施(3)和经过循环水泵连接第三三通阀(12)，第三三通阀(12)分别连接至厂区内热泵系统(4)的回水口和厂区内冰蓄冷系统(6)的冷端工质出口；厂区内热泵系统(4)经第四三通阀(13)分别连接至电厂循环水冷却设施(3)和厂区内冰蓄冷系统(6)的冷端工质入口；厂区冷热用户(19)分别通过第五三通阀(14)、第六三通阀(15)连接至厂区内冰蓄冷系统(6)的供冷端的出口和入口；
所述厂区冷热用户(19)和厂区内冰蓄冷系统(6)的还通过第五三通阀(14)连接第二三通阀(11)，并通过第二三通阀(11)分别与电厂循环水冷却设施(3)和厂区内热泵系统(4)连接，电厂循环水冷却设施(3)再通过循环泵和凝汽器(2)连接；厂区冷热用户(19)和厂区内冰蓄冷系统(6)还通过第六三通阀(15)连接第一三通阀(10)，并通过第一三通阀(10)分别与电厂循环水冷却设施(3)和厂区内热泵系统(4)连接；
二级热网加热器(7)可通过第八三通阀(17)、第七三通阀(16)和厂区外吸收式热泵系统(8)的压缩系统(8-1)的连接，厂区外吸收式热泵系统(8)连接厂区外冰蓄冷系统(9)，厂区外冰蓄冷系统(9)直接和厂区外冷热用户(18)连接，厂区外冷热用户(18)的冷热输入、输出分别连接上述第八三通阀(17)和第七三通阀(16)。
2.一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供的方法，其特征在于，通过热电联产和热泵的协同作用，通过热电联产的热网，向用户提供冷量和生活热水，实现区域集中供热供冷，提高了制冷系统过程的效率，降低了能耗，包括：
在电厂内的制冷通过热泵来实现，厂区内热泵系统在电厂夜间低负荷时工作，厂区内热泵系统通过吸收低温热源的热量降低了低温热源的温度，低温热源和电厂内冰蓄冷系统换热将冷量储存起来，储存起来的冷量通过工质释放给厂区的冷热用户；具体而已，制冷时，通过第三三通阀(12)和第四三通阀(13)的切换控制，第三三通阀(12)、第四三通阀(13)、厂区内热泵系统(4)和厂区内冰蓄冷系统(6)组成回路，厂区内热泵系统(4)从厂区内冰蓄冷系统(6)吸收热量降低厂区内冰蓄冷系统(6)的温度；通过第五三通阀(14)和第六三通阀(15)的切换控制，第五三通阀(14)、第六三通阀(15)、厂区内冰蓄冷系统(6)和厂区冷热用户(19)组成闭合回路，工质在其中循环将厂区内冰蓄冷系统(6)的冷量供给厂区冷热用户(19)；通过第一三通阀(10)和第二三通阀(11)的切换控制，第一三通阀(10)、第二三通阀(11)、厂区内热泵系统(4)和电厂循环水冷却设施(3)组成回路，厂区内热泵系统(4)高温热汇的热量通过电厂循环水冷却设施(3)排放到环境；
在电厂外也通过热泵来实现区域制冷，热电联产热网水除了供应生活热水外，其热量作为热泵的热源加热吸收式热泵的发生器驱动热泵的运行，热泵的冷凝器向外界用户供冷，从而实现冷热联供，系统采用冰蓄冷系统来储存冷量，储存起来的冷量通过工质释放给厂区外的冷热用户；具体而已，制冷时，通过第七三通阀(16)、第八三通阀(17)的切换控制，第七三通阀(16)、第八三通阀(17)、二级热网加热器(7)和厂区外吸收式热泵系统的压缩系统(8-1)组成回路，二级热网加热器(7)的热水为厂区外吸收式热泵系统的压缩系统(8-1)提供热量加热，促进其工质的蒸发以完成厂区外吸收式热泵系统(8)的循环；厂区外吸收式热泵系统(8)吸收厂区外冰蓄冷系统(9)的能量降低厂区外冰蓄冷系统(9)的温度，而厂区外冷热用户(18)通过工质的循环利用厂区外冰蓄冷系统(9)的冷量的冷量实现温度的降低。
3.根据权利要求2所述热电联产耦合热泵实现区域冷热联供的方法，其特征在于，所述热泵采用吸收式热泵或采用压缩式热泵；如果采用吸收式热泵，其热源是汽轮机中的抽汽或由热电联产的热网水提供；如果采用压缩式热泵，通过小汽轮机或电动机来驱动，而其中的小汽轮机通过电厂汽轮机组的抽汽来驱动；热泵系统中的冷却水输送到电厂冷却塔进行冷却。
4.根据权利要求1及权利要求2所述的热电联产耦合热泵实现区域冷热联供的系统及方法，当热网通过蒸汽供应能量时，热网蒸汽可以代替二级热网加热器。
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