CN104901412A - 基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，属于能源供应技术领域，包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统，所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括空调制冷机组和地源热泵机组，所述空调制冷机组能单独为用户供冷，所述地源热泵机组能单独为用户供冷或者供热，所述空调制冷机组和地源热泵机组分别与所述变配电系统连接。本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统具有能耗较低，运行成本低，节能减排，绿色环保的特点。

Description

基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统

技术领域

本发明涉及能源供应技术领域，具体而言，涉及基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统。

背景技术

现有的供能系统一般都是以空调制冷机组和锅炉供热系统为基础的，上述供能系统存在能耗过高，成本过高，不够经济和环保的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，以改善上述问题。

本发明是这样实现的：

本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统，所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括空调制冷机组和地源热泵机组，所述空调制冷机组能单独为用户供冷，所述地源热泵机组能单独为用户供冷或者供热，所述空调制冷机组和地源热泵机组分别与所述变配电系统连接。

本实施例中，所述发电机组为燃气发电机组。

采用燃气发电机组的目的在于其具有启动和运行可靠高、发电质量好、维护简单、噪声小，绿色环保的特点。

本实施例中，所述空调制冷机组连接有蓄冷系统。

设置蓄能系统的目的在于在供冷低峰时段蓄冷，然后在供冷高峰时段放冷，以保证供冷的正常进行。

本实施例中，所述冷热供应系统还包括溴化锂机组，所述溴化锂机组能单独为用户供冷或者供热。

设置溴化锂机组的目的在于其具有能利用低位势热能为动力，运转安静噪声小，无臭无毒无害，工作安全可靠以及绿色环保的特点。

本实施例中，本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器上设置有第一冷却进口、第一冷却出口、第一加热进口以及第一加热出口，所述第一冷却进口和第一冷却出口分别与所述发电机组连通，所述第一加热进口和第一加热出口分别与所述溴化锂机组连通，第一冷却出口与所述溴化锂机组之间通过回水主管连通，所述回水主管上连通有回水支管，所述第二换热器上设置有第二冷却进口、第二冷却出口、第二加热进口以及第二加热出口，所述第二冷却进与所述回水支管连通，所述第二冷却出口与所述第一加热进口连通。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，所述水加热供应系统还包括设置于所述溴化锂机组上的烟管道和第一水管道，所述烟管道和第一水管道之间能进行 热交换，所述烟管道包括进烟口和出烟口，所述进烟口与所述发电机组的排烟管连通，所述第一水管道包括第一进水口和第一出水口。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，所述水加热供应系统还包括设置于所述地源热泵机组上的第二水管道，所述第二水管道和地源热泵机组之间能进行热交换，所述第二水管道包括第二进水口和第二出水口。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第三换热器，所述第三换热器包括第三冷却进口、第三冷却出口、第三加热进口以及第三加热出口，所述第三冷却进口和第三冷却出口分别与所述发电机组连通。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，所述第三换热器包括热流箱和冷流管，所述热流箱内设置有热流腔，所述第三冷却进口和第三冷却出口均设置于所述热流箱上且分别与所述热流腔连通，所述冷流管贯穿所述热流腔，且其位于所述热流腔内的部位为换热部，所述换热部呈螺旋状，其位于所述热流腔外的两端分别为第三加热进口和第三加热出口。

这样设置第三换热器的目的在于其结构简单，造价低廉，具有良好的换热性能。

本实施例中，所述第三换热器包括热流罐，所述热流罐内依次设置有冷流导入腔、换热腔以及冷流导出腔，所述第三冷却进口和 第三冷却出口均设置于所述热流罐上且分别与所述换热腔连通，所述冷流导入腔和冷流导出腔之间通过多根设置于所述换热腔内的水管连通，所述第三加热进口设置于所述热流罐上且与所述冷流导入腔连通，所述第三加热出口设置于所述热流罐上且与所述冷流导出腔连通。

这样设置第三换热器的目的在于其结构简单，造价低廉，具有良好的换热性能。

本发明的有益效果是：

本基于天然气分布式能源、水源热泵和电制冷的联合供能系统采用发电机组和市电联合为用户供电，采用溴化锂机组、水源热泵机组和常规电制冷机组联合为用户供冷，溴化锂机组与水源热泵机组联合为用户供热，采用发电机组的缸套水与水源热泵机组联合为用户供生活热水，具有能耗较低，运行成本低，节能减排，绿色环保的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的第三换热器的结构示意图；

图3为本发明第三实施例提供的第三换热器的结构示意图。

附图标记汇总：

空调制冷机组100；地源热泵机组200；

燃气发电机组300；溴化锂机组400；

第一换热器500；第二换热器600；

热流箱700；换热部720；热流罐800；

冷流导入腔820；冷流导出腔840；

水管860。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例，参照图1，本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统，所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括空调制冷机组100和地源热泵机组200，所述空调制冷机组100能单独为用户供冷，所述地源热泵机组200能单独为用户供冷或者供热，所述空调制冷机组100和地源热泵机组200分别与所述变配电系统连接。

其中，所述变配电系统是变电系统和配电系统的总称，变电系统的作用主要是通过变压器对一次侧电压进行升高或是降低，再从二次侧输出，而配电系统则通过各种电流级别的开关对电力进行分配；发电机组是指能利用电磁感应原理将机械能或其它可再生能源转变成电能的发电设备；所述市电指的是国家电网提供的电力；所述空调制冷机组100指的是目前常规的常规空调制冷设备；所述地源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的新型空调技术，既能制冷又能制热，同时具有节水节能，绿色环保的特点。

本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的电力供应系统的工作原理和过程是这样的：主要由发电机组发电供给用户， 用户电力不足时再由市电补充供给，发电机组和市电提供的电力均有变配电系统变压和分配。

本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的冷热供应系统的工作原理和过程是这样的：空调制冷机组100和地源热泵机组200均以空调回水为介质进行供冷或者供热，夏季时，空调回水经过空调制冷机组100和地源热泵被冷却降温从而为用户供冷，冬季时，空调制冷机组100停止运行，空调回水经过地源热泵被加热升温从而为用户供热。

现有的供能系统大多采用常规空调和锅炉作为供冷或者供热，上述设备不但能耗和运行成本过高，而且消耗的能源大多不可再生，因此不够环保。针对上述情况，本技术方案提供的供能系统增设了地源热泵机组200，地源热泵机组200利用地球水所储藏的太阳能资源等可再生能源进行供冷或者供热，不但大大降低了能耗和运行成本，而且绿色环保。

在本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的实际设计实施过程中，所述发电机组可以采用各种类型，只要能为用户提供电能即可。本实施例中，所述发电机组为燃气发电机组300。

其中，所述燃气发电机组300是将可燃烧气体燃烧产生的热能转化电能的新型发电机组。

采用燃气发电机组300的目的在于其具有启动和运行可靠高、发电质量好、维护简单、噪声小，绿色环保的特点。

本实施例中，所述空调制冷机组100连接有蓄冷系统。

其中，所述蓄冷系统可以采用冰蓄冷系统，也可以采用水蓄冷系统，所述冰蓄冷系统是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用 电负荷及空调系统装机容量的节能空调方式；水蓄冷系统是利用电网的峰谷电价差，夜间采用冷水机组在水池内蓄冷，白天水池放冷而主机避峰运行的节能空调方式。

设置蓄能系统的目的在于在供冷低峰时段蓄冷，然后在供冷高峰时段放冷，以保证供冷的正常进行。

本实施例中，所述冷热供应系统还包括溴化锂机组400，所述溴化锂机组400能单独为用户供冷或者供热。

其中，所述溴化锂机组400的工作原理和过程与地源热泵机组200相似，夏季时，空调回水经过溴化锂机组400被冷却降温从而为用户供冷，冬季时，空调回水经过溴化锂机组400被加热升温从而为用户供热。

设置溴化锂机组400的目的在于其具有能利用低位势热能为动力，运转安静噪声小，无臭无毒无害，工作安全可靠以及绿色环保的特点。

本实施例中，本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第一换热器500和第二换热器600，所述第一换热器500上设置有第一冷却进口、第一冷却出口、第一加热进口以及第一加热出口，所述第一冷却进口和第一冷却出口分别与所述发电机组连通，所述第一加热进口和第一加热出口分别与所述溴化锂机组400连通，第一冷却出口与所述溴化锂机组400之间通过回水主管连通，所述回水主管上连通有回水支管，所述第二换热器600上设置有第二冷却进口、第二冷却出口、第二加热进口以及第二加热出口，所述第二冷却进与所述回水支管连通，所述第二冷却出口与所述第一加热进口连通。

其中，所述发电机组在运行过程中会产生高温水，所述高温水从第一冷却进口进入，然后从第一冷却出口排出，最后回到发电机组中，所述溴化锂机组400在运行过程中会产生低温水(相对于前述高温水而言)，所述低温水从第一加热进口进入，然后从第一加热出口排出，最后通过回水主管回到溴化锂机组400中，在上述过程中，发电机组的高温水中的一部分热量会传递给溴化锂机组400的低温水中，从而导致高温水在第一换热器500中被冷却降温，低温水在第一换热器500中被加热升温；

通过回水主管流回溴化锂机组400的一部分被加热升温的低温水会通过回水支管和第二冷却进口进入第二换热器600，然后从第二冷却出口排出，最后流向第一加热进口，同时，生活用水可以从第二加热进口进入第二换热器600，然后从第二加热出口排出，在上述过程中，被加热升温的低温水的一部分热量会传递给生活用水，使得原本温度降低的生活用水被加热升温成用户需要的生活热水并最终供给用户。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，所述水加热供应系统还包括设置于所述溴化锂机组400上的烟管道和第一水管860道，所述烟管道和第一水管860道之间能进行热交换，所述烟管道包括进烟口和出烟口，所述进烟口与所述发电机组的排烟管连通，所述第一水管860道包括第一进水口和第一出水口。

其中，所述发电机组在运行过程中会产生高温烟气，所述高温烟气从进烟口进入烟管道，然后从出烟口排出，同时，生活用水可以从第一进水口进入第一水管860道，然后从第一出水口排出，在 上述过程中，高温烟气的一部分热量可以传递给生活用水，导致生活用水被加热升温成用户需要的生活热水后再供给用户，以满足用户对生活热水的需求。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本实施例中，所述水加热供应系统还包括设置于所述地源热泵机组200上的第二水管860道，所述第二水管860道和地源热泵机组200之间能进行热交换，所述第二水管860道包括第二进水口和第二出水口。

其中，生活用水可以从第二进水口进入地源热泵机组200，然后从第二出水口排出，在上述过程中，所述生活用水可以被地源热泵机组200加热升温至用户需要的生活热水，以满足用户对生活热水的需求。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统具有能耗较低，运行成本低，节能减排，绿色环保的特点。

本发明提供的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的整体运行方案有两种：采用分时电价和采用不分时电价。

其中，采用分时电价运行时的方案具体如下：

供电：燃气发电机组300在高峰段(含尖峰)和平段运行，低谷段不运行，燃气发电机组300发电供给用户，用户电力不足由市网补充供给。

供生活热水：燃气发电机组300高温水经过换热提供生活热水。不足部分，在供冷季，由带热回收的地源热泵机组200补充；在过 渡季节，由燃气发电机组300烟气经过溴化锂机组400补充；在供暖季，由地源热泵机组200补充。

供冷：在电价高峰(含尖峰)和平段，由溴化锂机组400供冷，不足部分由地源热泵机组200提供，在冷负荷高峰时段由蓄冷系统再补充。夜晚有冷负荷时，由地源热泵机组200供冷，常规制冷机组蓄冷。

供热：在电价高峰段(含尖峰)和平段，由溴化锂机组400供热，不足部分由地源热泵机组200提供。

采用不分时电价运行时的方案具体如下：

供电：燃气发电机组300在24h运行。燃气发电机组300发电供给用户，用户电力不足由市网补充供给。

供生活热水：燃气发电机组300高温水经过换热提供生活热水。不足部分，在供冷季，由带热回收的地源热泵机组200补充；在过渡季节，由燃气发电机组300烟气经过溴化锂机组400补充；在供暖季，由地源热泵机组200补充。

供冷：由溴化锂机组400供冷，不足部分由地源热泵机组200提供，在冷负荷高峰时段由常规制冷机组再补充。

供热：由溴化锂机组400供热，不足部分由地源热泵机组200提供。

第二实施例，参照图2，本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

本实施例中，本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第三换热器，所述第三换热器包括第三冷却进口、第三冷却出口、第三加热进口 以及第三加热出口，所述第三冷却进口和第三冷却出口分别与所述发电机组连通。

其中，所述发电机组产生的高温水从第三冷却进口进入第三换热器，然后从第三冷却出口排出，最终回到发电机组，生活用水从第三加热进口进入第三换热器，然后从第三开热出口排出，在上述过程中，高温水的一部分热量会传递给生活用水，导致生活用水被加热升温成用户需要的生活热水后再供给用户，以满足用户对生活热水的需求。

这样设置水加热供应系统的目的在于既可以丰富和完善本供能系统的功能，又可以利用废弃能源，从而达到节能减排的目的。

在本基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统的实际设计过程中，所述第三换热器可以采用各种结构，只要能实现上述热交换作用即可。本实施例中，所述第三换热器包括热流箱700和冷流管，所述热流箱700内设置有热流腔，所述第三冷却进口和第三冷却出口均设置于所述热流箱700上且分别与所述热流腔连通，所述冷流管贯穿所述热流腔，且其位于所述热流腔内的部位为换热部720，所述换热部720呈螺旋状，其位于所述热流腔外的两端分别为第三加热进口和第三加热出口。

其中，所述热流箱700采用保温材料制成，所述冷流管采用导热性能优良的材料制成；所述热流箱700和冷流管的连接处均焊接密封；所述冷流管的换热部720设置为螺旋状可以增长生活用水在热流腔中的行程，从而提高加热的效果。

这样设置第三换热器的目的在于其结构简单，造价低廉，具有良好的换热性能。

第三实施例，参照图3，本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

本实施例中，所述第三换热器包括热流罐800，所述热流罐800内依次设置有冷流导入腔820、换热腔以及冷流导出腔840，所述第三冷却进口和第三冷却出口均设置于所述热流罐800上且分别与所述换热腔连通，所述冷流导入腔820和冷流导出腔840之间通过多根设置于所述换热腔内的水管860连通，所述第三加热进口设置于所述热流罐800上且与所述冷流导入腔820连通，所述第三加热出口设置于所述热流罐800上且与所述冷流导出腔840连通。

其中，所述热流罐800对应热流导入腔和热流导出腔的部位呈圆弧形；所述冷流导入腔820、换热腔以及冷流导出腔840通过两个隔离板分隔形成，所述水管860的两端分别连接于两个隔离板上；两个隔离板上对应气管内腔的部位设置有水孔，所述水孔小于所述水管860的内径，以提高冷流导入腔820、换热腔以及冷流导出腔840之间的密封性。

这样设置第三换热器的目的在于其结构简单，造价低廉，具有良好的换热性能。

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 (10)

1.一种基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，包括电力供应系统和冷热供应系统，所述电力供应系统包括变配电系统，所述变配电系统连接有发电机组和市电，所述发电机组和市电均能单独为所述变配电系统供电，所述冷热供应系统包括空调制冷机组和地源热泵机组，所述空调制冷机组能单独为用户供冷，所述地源热泵机组能单独为用户供冷或者供热，所述空调制冷机组和地源热泵机组分别与所述变配电系统连接。

2.根据权利要求1所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述发电机组为燃气发电机组。

3.根据权利要求1所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述空调制冷机组连接有蓄冷系统。

4.根据权利要求1所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述冷热供应系统还包括溴化锂机组，所述溴化锂机组能单独为用户供冷或者供热。

5.根据权利要求4所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器上设置有第一冷却进口、第一冷却出口、第一加热进口以及第一加热出口，所述第一冷却进口和第一冷却出口分别与所述发电机组连通，所述第一加热进口和第一加热出口分别与所述溴化锂机组连通，第一冷却出口与所述溴化锂机组之间通过回水主管连通，所述回水主管上连通有回水支管，所述第二换热器上设置有第二冷却进口、第二冷却出口、第二加热进口以及第二加热出口，所述第二冷却进与所述回水支管连通，所述第二冷却出口与所述第一加热进口连通。

6.根据权利要求4所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述水加热供应系统还包括设置于所述溴化锂机组上的烟管道和第一水管道，所述烟管道和第一水管道之间能进行热交换，所述烟管道包括进烟口和出烟口，所述进烟口与所述发电机组的排烟管连通，所述第一水管道包括第一进水口和第一出水口。

7.根据权利要求4所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述水加热供应系统还包括设置于所述地源热泵机组上的第二水管道，所述第二水管道和地源热泵机组之间能进行热交换，所述第二水管道包括第二进水口和第二出水口。

8.根据权利要求1所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，还包括水加热供应系统，所述水加热供应系统包括第三换热器，所述第三换热器包括第三冷却进口、第三冷却出口、第三加热进口以及第三加热出口，所述第三冷却进口和第三冷却出口分别与所述发电机组连通。

9.根据权利要求8所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述第三换热器包括热流箱和冷流管，所述热流箱内设置有热流腔，所述第三冷却进口和第三冷却出口均设置于所述热流箱上且分别与所述热流腔连通，所述冷流管贯穿所述热流腔，且其位于所述热流腔内的部位为换热部，所述换热部呈螺旋状，其位于所述热流腔外的两端分别为第三加热进口和第三加热出口。

10.根据权利要求8所述的基于天然气分布式能源和地源热泵的联合供能系统，其特征在于，所述第三换热器包括热流罐，所述热流罐内依次设置有冷流导入腔、换热腔以及冷流导出腔，所述第三冷却进口和第三冷却出口均设置于所述热流罐上且分别与所述换热腔连通，所述冷流导入腔和冷流导出腔之间通过多根设置于所述换热腔内的水管连通，所述第三加热进口设置于所述热流罐上且与所述冷流导入腔连通，所述第三加热出口设置于所述热流罐上且与所述冷流导出腔连通。