CN103184906A - 能源供应的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能源供应的方法，包括：在气动压缩机中对可再生气体进行压缩后以压缩气体输出；将输出的压缩气体中所含热能提取；对被提走热能的压缩气体加压后送入第一膨胀机进行膨胀降压处理；将第一膨胀机中可再生气体的膨胀做功转换成能量输出；以及从经过膨胀降压处理的可再生气体中提取冷能。还提供一种用于本发明方法的能源供应装置，包括：对可再生气体进行压缩的气动压缩机，具有供压缩气体排出的排气口；第一换热器；储气罐；第一膨胀机、第二换热器；将第一膨胀机中气体膨胀做功转换成能量输出的输出装置，与第一膨胀机连接。本发明以在可再生气体压缩和膨胀降压过程中回收盈余能量，以多种形式的能量输出。

Description

能源供应的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种能源供应的方法、以及用于该方法的能源供应装置。
背景技术
现有三联供技术方案是基本天然气作为气源，天然气是一种不可再生的化石能源，且在燃烧过程中会有一定量的CO2排放。且燃烧后气体温度高，对反应器设备材料要求较高，设备成本及维护成本较高。
具体地，现有技术方案一般是把热电联供机组与吸收式制冷机组合起来，以天然气等可燃烧气体作为气源，通过燃烧膨胀做功，实现能量输出。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能源供应的方法、以及用于该方法的能源供应装置，以在可再生气体压缩和膨胀降压过程中回收盈余能量，以多种形式的能量输出。
为实现上述目的，本发明提供了一种能源供应的方法，包括：在气动压缩机中对可再生气体进行压缩后以压缩气体输出；将输出的压缩气体中所含热能提取；对被提走热能的压缩气体加压后送入第一膨胀机进行膨胀降压处理；将第一膨胀机中可再生气体的膨胀做功转换成能量输出；以及从经过膨胀降压处理的可再生气体中提取冷能。
优选地，将所提取的热能和冷能分别储存起来。
优选地，本发明方法还包括：向气动压缩机提供能量的步骤，该步骤包括：将待膨胀降压的燃气在第二膨胀机中进行膨胀降压处理；将燃气在膨胀降压过程中的膨胀做功转换成能量，然后供给气动压缩机，其中来自第二膨胀机的经过膨胀降压后的燃气在被提取冷能后输出。
优选地，气动压缩机由风电、光伏电或市电供电。
优选地，可再生气体为空气。
优选地，所有的热能提取、冷能提取均在换热器中进行，并且换热器中用以提取热能或冷能的换热介质为冷却剂或燃气。
另一方面，本发明还提供一种用于本发明前述任一方法的能源供应装置，包括：对可再生气体进行压缩的气动压缩机，具有供压缩气体排出的排气口；第一换热器，具有与排气口连通的用以供压缩气体流经的第一换热通道、供将第一换热通道中压缩气体所含热能带走的换热介质流经的第二换热通道；接收从第一换热通道排出的压缩气体的储气罐，具有储气入口和储气出口，储气入口与第一换热通道的出口连通；第一膨胀机，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，膨胀降压入口与储气出口连通；第二换热器，具有与膨胀降压出口连通的第三换热通道、供将第三换热通道中膨胀降压气体所含冷能带走的换热介质流经的第四换热通道；以及将第一膨胀机中气体膨胀做功转换成能量输出的输出装置，与第一膨胀机连接。
优选地，本发明的能源供应装置还包括：储热罐，具有供带有热能的换热介质进入的储热入口，储热入口与第一换热器的第二换热通道的出口连通；以及储冷罐，具有供带有冷能的换热介质进入的储冷入口，储冷入口与第二换热器的第四换热通道的出口连通。
优选地，本发明的能源供应装置还包括：对燃气进行膨胀降压处理的第二膨胀机，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，膨胀降压入口为待膨胀降压燃气的入口端；第三换热器，具有与第二膨胀机的膨胀降压出口连通的用以供燃气流经的第一换热通道、供将第一换热通道中燃气所含冷能带走的换热介质流经的第二换热通道；以及将燃气在第二膨胀机中膨胀降压做功以驱动力传输给气动压缩机的能量传输杆。
优选地，储冷罐具有：供换热介质流经的第一换热管路，以及供向第一换热管路中换热介质放热的换热介质流经的第二换热管路，其中第一换热管路的入口构成储冷入口，第一换热管路的出口构成储冷出口；储热罐具有：供换热介质流经的第三换热管路，以及供从第三换热管路中换热介质吸热的换热介质流经的第四换热管路，其中第三换热管路的入口构成储热入口，第三换热管路的出口构成储热出口。
优选地，本发明的能源供应装置还包括：冷媒循环泵，具有泵入口和泵出口，其中，泵入口分别与储热出口和储冷出口连通，泵出口分别与第一换热器的第二换热通道、第二换热器的第四换热通道、第三换热器的第二换热通道连通。
优选地，在冷媒循环泵与第一换热器之间的连通管路上、在冷媒循环泵与第二换热器之间的连通管路上、在冷媒循环泵与第三换热器之间的连通管路上，分别设有计量阀。
优选地，本发明的能源供应装置还包括控制器，具有第一、第二、三控制信号输出端，其中，第一控制信号输出端与第一膨胀机电连接，第二控制信号输出端与第二膨胀机电连接，第三控制信号输出端分别与储冷罐和储热罐电连接。
本发明的有益技术效果在于：本发明以可再生气体作为供气源，在可再生气体的压缩和膨胀减压过程中回收盈余能量，以多种形式的能量(冷、热、电、机械能等)输出。
当本发明以风电、光伏电为能源为系统中压缩机、泵等设备供能，便可实现完全可再生运行。此时本发明摒弃了传统多联供系统的中利用燃料燃烧作为能量来源，通过清洁的、可再生的电能，以可再生的气体作为介质，通过压缩、膨胀等环节，实现三联供的功能---供热、供冷、供电能(或机械能等)。
当本发明采用供应燃气过程中燃气膨胀降压做功，来为气动压缩机提供能源时，除了燃气本身外，其余循环过程中无CO2产生，完全实现零排放。
本发明的装置兼具能量(如冷、热)储存功能。本发明的装置可与风电等不稳定的供能系统结合，输出稳定的、高品质、多形式的能源。
附图说明
图1是本发明能源供应装置的实施例的示意图。
具体实施方式
以下参见附图描述本发明的具体实施方式。
参见图1描述本发明的能源供应装置，其包括：气动压缩机9、第一换热器4、储气罐13、第一膨胀机7、能量输出装置。气动压缩机9将可再生气体压缩成压缩气体，气动压缩机9具有供压缩气体排出的排气口；第一换热器4，具有第一和第二换热通道，第一换热通道与气动压缩机9的排气口连通，气动压缩机9排出的压缩气体流经第一换热通道，其中用以将第一换热通道中压缩气体所含热能带走的换热介质流经第二换热通道；储气罐13用以接收从第一换热通道排出的压缩气体，具有储气入口和储气出口，储气入口与第一换热器4的第一换热通道的出口连通；第一膨胀机7具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，膨胀降压入口与储气罐13的储气出口连通；第二换热器3具有第三和第四换热通道，第三换热通道与膨胀降压出口连通，第四换热通道供将第三换热通道中膨胀降压气体所含冷能带走的换热介质流过；能量输出装置将第一膨胀机7中气体膨胀做功转换成能量输出，其与第一膨胀机7连接。
继续参见图1，为了储存提取的热能和冷能，本发明装置储还包括：储热罐14、储冷罐15。储热罐14具有储热入口，储热入口与第一换热器4的第二换热通道的出口连通，第一换热器4排出的换热介质已经带有压缩气体的热能(气动压缩机9排出的压缩气体所含热能)，带有所述热能的该换热介质进入储热罐14。储冷罐15具有储冷入口，储冷入口与第二换热器3的第四换热通道的出口连通，以供带有冷能(来自储气罐13的气体经第一膨胀机7膨胀制冷产生的冷能)的换热介质(该换热介质从第二换热器流出时即带有所述冷能)进入。
继续参见图1，本发明装置还包括：第二膨胀机8、第三换热器5、以及将燃气在第二膨胀机8中膨胀降压做功以驱动力传输给气动压缩机9的能量传输杆。第二膨胀机8对待膨胀降压的燃气(图1中示出该燃气来自燃气管网)进行膨胀降压处理，第二膨胀机8具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，第二膨胀机8的膨胀降压入口为待膨胀降压燃气的入口端，例如膨胀降压入口可以与燃气管网的燃气出口连通；第三换热器5具有第一和第二换热通道，第一换热通道与第二膨胀机8的膨胀降压出口连通，燃气流经第一换热通道，其中将第一换热通道中燃气所含冷能带走的换热介质流经第二换热通道。作为一种实施方式，储冷罐15具有第一和第二换热管路，这两个管路中介质可以热交换，其中第二换热管路中换热介质向第一换热管路中换热介质放热，该第一换热管路的入口构成储冷罐15的前述储冷入口，该第一换热管路的出口构成储冷出口。储热罐14具有第三和第四换热管路，第四换热管路中的换热介质从第三换热管路中换热介质吸热，其中第三换热管路的入口构成储热罐14的储热入口，第三换热管路的出口构成储热罐14的储热出口。
图1中还示出了，冷媒循环泵6，其具有泵入口和泵出口，泵入口分别与储热出口和储冷出口连通，泵出口分别与第一换热器4的第二换热通道、第二换热器3的第四换热通道、第三换热器5的第二换热通道连通。图1中还示出了计量阀A10、计量阀B11、计量阀C12，分别连接在冷媒循环泵6与第一换热器4之间的连通管路上、冷媒循环泵6与第三换热器5之间的连通管路上、冷媒循环泵6与第二换热器3之间的连通管路上分别设有计量阀。
进一步，图1还示出了，本发明装置还包括控制器2，通过有线或无线将控制信号传输到各个被控制终端。例如，在图1中控制器2具有第一、第二、三控制信号输出端，第一控制信号输出端与第一膨胀机7电连接，第二控制信号输出端与第二膨胀机8电连接，第三控制信号输出端分别与所述储冷罐15和所述储热罐14电连接。
另一方面，本发明还提供一种能源供应方法，参见图1可以进一步描述本发明的能源供应方法，其中本发明能源供应装置即是用于本发明方法的装置。具体地，本发明方法包括：在气动压缩机中对可再生气体进行压缩后以压缩气体输出；将输出的压缩气体中所含热能提取；对被提走热能的压缩气体加压后送入第一膨胀机7进行膨胀降压处理；将第一膨胀机7中可再生气体的膨胀做功转换成能量输出(图1中转换成电能输出，但也可以转换成机械能等输出)；从经过第一膨胀机7的膨胀降压处理的可再生气体中提取冷能。本发明方法还包括，将所提取的热能和冷能储存起来的步骤。进一步，所述的向气动压缩机提供能量的步骤包括：将待膨胀降压的燃气在第二膨胀机8中进行膨胀降压处理，该待膨胀降压的燃气可以来自燃气管网；将燃气在膨胀降压过程中的膨胀做功转换成能量，然后供给气动压缩机9，其中第二膨胀机8输出的膨胀降压后的燃气在被提取冷能后输出(例如送至燃气用户端)。在本发明方法中气动压缩机9可以由风电、光伏电或市电供电。优选地，本发明中涉及的可再生气体为空气。所有的热能提取、冷能提取均可以在例如换热器中进行，换热器中用以提取热能或冷能的换热介质为冷却剂或燃气。
以下参见图1，描述本发明装置的一个实施例的工作过程：
管网燃气入口端1中的天然气气体(一般为0.4MPa)通过气体管路进入第二膨胀机8，产生低温低压燃气和能量，能量通过机械能传动杆输送到气动压缩机9；低温低压燃料气体与通过气体管路进入第三换热器5，被升温后通过管路21输出(例如输送到燃气用户端)。空气入口端22中的空气通过气体管路进入气动压缩机9，被加压升温后进入第一换热器4，气动压缩机9的能量由第二膨胀机8提供。被加压升温的空气在第一换热器4中温度降低后进入储气罐13。储气罐13达到一定压力后，空气通过管路进入第一膨胀机7，产生低温低压空气气体和电能。电能通过电能输出端20向外输出电能。
储气罐13达到一定压力后，空气通过管路进入第一膨胀机7，产生低温低压空气气体和电能。低温低压空气气体通过气体管路进入第二换热器3，被升温后通过气体管路将气体排空。冷却剂在第二换热器3、第一换热器4、第三换热器5之间循环，将燃气管道中产生的冷量和热量加以回收，分别储存于储热罐14和储冷罐15当中，其中第二换热器3的第三换热通道的出口设有管道23，用以排出热交换后的空气。具体流程如下：冷却剂通过冷媒循环泵6在冷却管路中循环。通过冷却剂管路进入第一换热器4，流量由计量阀A10控制，被升温后以冷却剂为介质将能量输送至储热罐14，储热罐14将热量回收后，冷却剂回到冷媒循环泵6。储热罐14热量平衡分别由热量输出端16、热量回收端17以及计量阀A10控制。冷却剂通过冷媒循环泵6进入第三换热器5流量由计量阀B11控制，被降温后以冷却剂为介质将能量输送至储冷罐15，储冷罐15将冷量回收后，冷却剂回到冷媒循环泵6。储冷罐15热量平衡分别由冷量输出端18、冷量回收端19以及计量阀B11、计量阀C12控制。冷却剂通过冷媒循环泵6进入第二换热器3流量由计量阀C12控制，被降温后以冷却剂为介质将能量输送至储冷罐15，储冷罐15将冷量回收后，冷却剂回到冷媒循环泵6。储冷罐15热量平衡分别由冷量输出端18、冷量回收端19以及计量阀B11、计量阀C12控制。
参见图1示出，当将压力为4个标准大气压、温度为20℃、400m3/h的普通管道天然气从管网燃气入口端1通入后，本发明产生的电能是17.6kw、输出的冷能是13.6kw、输出的热能是20kw。其中，该天然气管经过第二膨胀机8膨胀降压后变成400m3/h(标准工况下每小时400m3，所述标准工况是指压力为1个标准大气压、温度为0℃)通过管路21输出，例如输送到燃气用户端使用。
需要指出，本发明适合高压气体(如压缩空气)高效率转化。一般高压气体源(如经压缩机压缩气体或高压储罐气体)均可利用本发明实现。
综上，本发明以可再生气体作为供气源，在可再生气体的压缩和膨胀减压过程中回收盈余能量，以多种形式的能量(冷、热、电、机械能等)输出。当本发明以风电、光伏电为能源为系统中压缩机、泵等设备供能，便可实现完全可再生运行。此时本发明摒弃了传统多联供系统的中利用燃料燃烧作为能量来源，通过清洁的、可再生的电能，以可再生的气体作为介质，通过压缩、膨胀等环节，实现三联供的功能---供热、供冷、供电能(或机械能等)。当本发明采用供应燃气过程中燃气膨胀降压做功，来为气动压缩机提供能源时，除了燃气本身外，其余循环过程中无CO2产生，完全实现零排放。本发明的装置兼具能量(如冷、热)储存功能。本发明的装置可与风电等不稳定的供能系统结合，输出稳定的、高品质、多形式的能源。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种能源供应的方法，其特征在于，包括：
在气动压缩机中对可再生气体进行压缩后以压缩气体输出；
将输出的压缩气体中所含热能提取；
对被提走热能的压缩气体加压后送入第一膨胀机进行膨胀降压处理；
将所述第一膨胀机中可再生气体的膨胀做功转换成能量输出；以及
从经过所述膨胀降压处理的可再生气体中提取冷能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
将所提取的热能和冷能分别储存起来。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：向所述气动压缩机提供能量的步骤，该步骤包括：
将待膨胀降压的燃气在第二膨胀机中进行膨胀降压处理；
将所述燃气在膨胀降压过程中的膨胀做功转换成能量，然后供给所述气动压缩机，其中来自所述第二膨胀机的膨胀降压后的燃气在被提取冷能后输出。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气动压缩机由风电、光伏电或市电供电。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可再生气体为空气。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所有的热能提取、冷能提取均在换热器中进行，并且所述换热器中用以提取所述热能或冷能的换热介质为冷却剂或燃气。
7.一种用于前述任一权利要求所述方法的能源供应装置，其特征在于，包括：
对可再生气体进行压缩的气动压缩机(9)，具有供压缩气体排出的排气口；
第一换热器(4)，具有与所述排气口连通的用以供所述压缩气体流经的第一换热通道、供将所述第一换热通道中压缩气体所含热能带走的换热介质流经的第二换热通道；
接收从所述第一换热通道排出的压缩气体的储气罐(13)，具有储气入口和储气出口，所述储气入口与所述第一换热通道的出口连通；
第一膨胀机(7)，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，所述膨胀降压入口与所述储气出口连通；
第二换热器(3)，具有与所述膨胀降压出口连通的第三换热通道、供将所述第三换热通道中膨胀降压气体所含冷能带走的换热介质流经的第四换热通道；以及
将所述第一膨胀机(7)中气体膨胀做功转换成能量输出的输出装置，与所述第一膨胀机(7)连接。
8.根据权利要求7所述的能源供应装置，其特征在于，还包括：
储热罐(14)，具有供带有所述热能的换热介质进入的储热入口，所述储热入口与所述第一换热器(4)的第二换热通道的出口连通；以及
储冷罐(15)，具有供带有所述冷能的换热介质进入的储冷入口，所述储冷入口与所述第二换热器(3)的第四换热通道的出口连通。
9.根据权利要求8所述的能源供应装置，其特征在于，还包括：
对燃气进行膨胀降压处理的第二膨胀机(8)，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，所述膨胀降压入口为待膨胀降压燃气的入口端；
第三换热器(5)，具有与第二膨胀机(8)的膨胀降压出口连通的用以供所述燃气流经的第一换热通道、供将所述第一换热通道中燃气所含冷能带走的换热介质流经的第二换热通道；以及
将燃气在所述第二膨胀机(8)中膨胀降压做功以驱动力传输给所述气动压缩机(9)的能量传输杆。
10.根据权利要求9所述的能源供应装置，其特征在于，
所述储冷罐(15)具有：供换热介质流经的第一换热管路，以及供向所述第一换热管路中换热介质放热的换热介质流经的第二换热管路，其中所述第一换热管路的入口构成所述储冷入口，所述第一换热管路的出口构成储冷出口；
所述储热罐(14)具有：供换热介质流经的第三换热管路，以及供从所述第三换热管路中换热介质吸热的换热介质流经的第四换热管路，其中所述第三换热管路的入口构成所述储热入口，所述第三换热管路的出口构成储热出口。
11.根据权利要求10所述的能源供应装置，其特征在于，还包括：冷媒循环泵(6)，具有泵入口和泵出口，
其中，所述泵入口分别与所述储热出口和储冷出口连通，所述泵出口分别与所述第一换热器(4)的第二换热通道、所述第二换热器(3)的第四换热通道、所述第三换热器(5)的第二换热通道连通。
12.根据权利要求11所述的能源供应装置，其特征在于，
在所述冷媒循环泵(6)与所述第一换热器(4)之间的连通管路上、在所述冷媒循环泵(6)与所述第二换热器(3)之间的连通管路上、在所述冷媒循环泵(6)与所述第三换热器(5)之间的连通管路上，分别设有计量阀。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的能源供应装置，其特征在于，还包括控制器(2)，具有第一、第二、三控制信号输出端，
其中，所述第一控制信号输出端与所述第一膨胀机(7)电连接，所述第二控制信号输出端与所述第二膨胀机(8)电连接，所述第三控制信号输出端分别与所述储冷罐(15)和所述储热罐(14)电连接。
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