CN106322822A - 消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法 - Google Patents

消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法。该系统包括电热装置、蓄热装置、第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵，其中，电热装置用于将风机或光伏装置产生的电能转化为热能并输送给蓄热装置；蓄热装置用于通过蓄热介质存储热能，并可控制地使第一换热器输出高温介质；第一换热器用于通过高温介质驱动第一吸收式热泵；第一吸收式热泵用于利用高温介质的驱动来使冷却液降温和来自热网的回水升温；压缩式热泵加热抽取的地下水并输送给第二吸收式热泵；第二吸收式热泵用于利用经过第一吸收式热泵之后的高温介质和来自压缩式热泵的地下水的驱动，使回水进一步升温后进入热网。本发明储能容量大，能量利用率高。

Description

消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法
技术领域
本发明涉及可再生能源技术领域，特别涉及一种消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法。
背景技术
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。在人类消耗能源量日益增长的今天，太阳能发电和风力发电是优质的可清洁能源途径。
2015年2月，我国风电累计并网容量首次突破1亿千瓦，成为世界上风电第一大国。截至2015年底，我国太阳能光伏发电累计并网容量达到4158万千瓦，超过德国成为世界光伏第一大国。然而，为了保证北方地区供热机组达到比较高的负荷率，“保热调峰”导致大规模的风电弃风停机，2015年我国弃风率15％，个别地区高达42％；光伏弃光现象同样严峻。
现有的弃风弃光消纳方式以直流电锅炉供热为主，主要缺陷有二：
1.缺少储热装置，供热稳定性难以得到保障，且系统灵活性不足。
2.利用高品位电能转化成低品位热能，能源的品位和利用率都下降。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法，以使弃风弃光能够高效地转变来冷热联供。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种消纳弃风弃光的冷热联供系统，该系统包括电热装置、蓄热装置、第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵，其中，
所述电热装置用于将风机或光伏装置产生的电能转化为热能并输送给所述蓄热装置；
所述蓄热装置用于通过蓄热介质存储热能，并可控制地使所述第一换热器输出高温介质；
所述第一换热器用于通过所述高温介质驱动所述第一吸收式热泵；
所述第一吸收式热泵用于利用所述高温介质的驱动来使冷却液降温和来自热网的回水升温；
所述压缩式热泵加热抽取的地下水并输送给所述第二吸收式热泵；
所述第二吸收式热泵的高温介质入口与所述第一吸收式热泵的高温介质出口相连，所述第二吸收式热泵的回水入口与所述第一吸收式热泵的回水出口相连，用于利用经过所述第一吸收式热泵之后的高温介质和来自所述压缩式热泵的地下水的驱动，使所述回水进一步升温后进入所述热网。
可选择地，所述电热装置为电锅炉。
可选择地，所述压缩式热泵利用风机或光伏装置产生的一部分电能来加热所述地下水。
可选择地，所述蓄热介质为熔融盐。
可选择地，所述熔融盐包括质量比为40:60的KNO3-NaNO3。
可选择地，还包括第二换热器，所述第二换热器用于将来自所述电热装置的蒸汽与来自所述蓄热装置的熔融盐进行热交换。
可选择地，所述蓄热装置包括高温熔融盐罐和低温熔融盐罐，所述高温熔融盐罐和所述低温熔融盐罐分别连接在所述第一换热器和所述第二换热器之间，形成供熔融盐流动的回路。
可选择地，所述冷却液为抽取的地下水，所述高温介质为蒸汽。
可选择地，所述第一吸收式热泵和所述第二吸收式热泵的工质均为LiBr-H2O。
一种消纳弃风弃光的冷热联供方法，利用上面所述的系统，包括：
当需要弃风弃光时，利用电热装置将风机或光伏装置产生的电能转化为热能，并利用蓄热装置存储热能；
当需要冷热联供时，将所述蓄热装置中存储的热能通过第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵升温热网中回水温度来供热，并通过所述第一吸收式热泵使冷却液降温来供冷。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明提供的消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法，可以将弃风弃光电高效转化成高温热量储存并在需要时供冷供热，存储容量大，灵活性高。第一吸收式热泵高温介质出口和第二吸收式热泵的高温介质入口相联，使高温介质的热量以“接力”的形式释放；第一吸收式热泵的回水出口和第二吸收式热泵的回水入口也相连，使得热网回水的温度也以“接力”的形式提高。这种串联的“接力”提高了能源利用率。压缩式热泵的地下水出口与第二吸收式热泵的地下水入口相接，使得地下水热量先在压缩式热泵的作用下转化成中温热量，然后在第二吸收式热泵的作用下传递给热网回水，能够增大热利用系数。本发明综合运用两个吸收式热泵和一个压缩式热泵，可以使输出的热量和冷量多于消耗的弃风弃光产生的电能，使得能量利用率大于1。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
附图1为根据本发明一实施例的消纳弃风弃光的冷热联供系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明一实施例提供了一种消纳弃风弃光的冷热联供系统，如图1所示，该系统包括电热装置2，蓄热装置、第一换热器6、第一吸收式热泵8、第二吸收式热泵9和压缩式热泵10。
电热装置2用于将风机或光伏装置1产生的电能P1转化为热能并输送给蓄热装置。电热装置2可以为电锅炉，其例如利用电热产生高温蒸汽S1。系统还包括第二换热器3，高温蒸汽S1在第二换热器3中冷凝成水S2，然后通过泵7将水S3返回到电锅炉2。
蓄热装置用于通过蓄热介质存储热能，并可控制地使第一换热器6输出高温介质。可控制例如指的是可以通过调节阀门开度的大小来调节供热功率。蓄热介质可以为各种合适的介质，例如为熔融盐，具体可为40:60的KNO3-NaNO3，其熔点是133℃，热容量大，性能稳定且采购价格便宜，有利于大规模应用。如图1所示，蓄热装置可包括高温熔融盐罐4和低温熔融盐罐5，高温熔融盐罐4和低温熔融盐罐5分别连接在第一换热器6和第二换热器3之间，形成供熔融盐流动的回路。
在第二换热器3中，来自电热装置的高温蒸汽S1与来自低温熔融盐罐5的低温熔融盐S7进行热交换，低温熔融盐S7升温成高温熔融盐S4存入高温熔融盐罐4中。
在第一换热器6中，来自高温熔融盐罐4的高温熔融盐S5与介质进行热交换，形成高温介质，第一换热器6通过高温介质驱动第一吸收式热泵8，高温介质例如为高温蒸汽S8。
第一吸收式热泵8利用高温介质的驱动来使冷却液降温和来自热网的回水S14升温；
压缩式热泵10的地下水出口与第二吸收式热泵9的地下水入口相接，压缩式热泵10加热抽取的地下水S15并输送给第二吸收式热泵9。例如，压缩式热泵10利用风机或光伏装置1产生的一部分电能P2来加热地下水S15。
第二吸收式热泵9的高温介质入口与第一吸收式热泵8的高温介质出相连，因而高温蒸汽S8经过第一吸收式热泵8的发生器后成为温度低一点的高温蒸汽S9，高温蒸汽S9经过第二吸式热泵9的发生器之后温度进一步降低冷凝成水S10进入第一换热器6。第二吸收式热泵9的回水入口与第一吸收式热泵8的回水出口相连，用于利用经过第一吸收式热泵之后的高温蒸汽S9和来自压缩式热泵10的加热后地下水S15的驱动，使经过第一吸收式热泵8的回水S12进入第二吸收式热泵9之后进一步升温，从第二吸式热泵9出来的回水S13再次进入热网11，从而为热网11供热。两个吸收式热泵可以用LiBr-H2O工质，两者串联形成双效热泵能够增加温度提升幅度而不降低吸收式热泵的性能。
利用上述消纳弃风弃光的冷热联供系统，本实施例还提供了一种消纳弃风弃光的冷热联供方法，包括：
当需要弃风弃光时，利用电热装置将风机或光伏装置产生的电能转化为热能，并利用蓄热装置存储热能；
当需要冷热联供时，将蓄热装置中存储的热能通过第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵升温热网中回水温度来供热，并通过第一吸收式热泵使例如为地下水的冷却液降温来供冷。
具体操作可参见上面对系统的说明，在此不再赘述。
本实施例中，利用电锅炉和熔融盐技术可以将弃风弃光电高效转化成高温热量储存起来；冷热联供时，高温热量驱动两级吸收式热泵，吸收地下水的环境热量，产生大量的中温热量，作生活供热之用，并输出冷；采用熔融盐储热系统，使得系统供热能力稳定可靠且能灵活调节；运用两个吸收式热泵和压缩式泵串联，可以使输出的热量和冷量多于消耗的电能，使得能量利用率大于1。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。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)

1.一种消纳弃风弃光的冷热联供系统，其特征在于，该系统包括电热装置、蓄热装置、第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵，其中，
所述电热装置用于将风机或光伏装置产生的电能转化为热能并输送给所述蓄热装置；
所述蓄热装置用于通过蓄热介质存储热能，并可控制地使所述第一换热器输出高温介质；
所述第一换热器用于通过所述高温介质驱动所述第一吸收式热泵；
所述第一吸收式热泵用于利用所述高温介质的驱动来使冷却液降温和来自热网的回水升温；
所述压缩式热泵加热抽取的地下水并输送给所述第二吸收式热泵；
所述第二吸收式热泵的高温介质入口与所述第一吸收式热泵的高温介质出口相连，所述第二吸收式热泵的回水入口与所述第一吸收式热泵的回水出口相连，用于利用经过所述第一吸收式热泵之后的高温介质和来自所述压缩式热泵的地下水的驱动，使所述回水进一步升温后进入所述热网。
2.根据权利要求1所述的冷热联供系统，其特征在于，所述电热装置为电锅炉。
3.根据权利要求1所述的冷热联供系统，其特征在于，所述压缩式热泵利用风机或光伏装置产生的一部分电能来加热所述地下水。
4.根据权利要求1所述的冷热联供系统，其特征在于，所述蓄热介质为熔融盐。
5.根据权利要求4所述的冷热联供系统，其特征在于，所述熔融盐包括质量比为40:60的KNO3-NaNO3。
6.根据权利要求4或5所述的冷热联供系统，其特征在于，还包括第二换热器，所述第二换热器用于将来自所述电热装置的蒸汽与来自所述蓄热装置的熔融盐进行热交换。
7.根据权利要求6所述的冷热联供系统，其特征在于，所述蓄热装置包括高温熔融盐罐和低温熔融盐罐，所述高温熔融盐罐和所述低温熔融盐罐分别连接在所述第一换热器和所述第二换热器之间，形成供熔融盐流动的回路。
8.根据权利要求1所述的冷热联供系统，其特征在于，所述冷却液为抽取的地下水，所述高温介质为蒸汽。
9.根据权利要求1所述的冷热联供系统，其特征在于，所述第一吸收式热泵和所述第二吸收式热泵的工质均为LiBr-H2O。
10.一种消纳弃风弃光的冷热联供方法，其特征在于，利用权利要求1-9其中任一项所述的系统，包括：
当需要弃风弃光时，利用电热装置将风机或光伏装置产生的电能转化为热能，并利用蓄热装置存储热能；
当需要冷热联供时，将所述蓄热装置中存储的热能通过第一换热器、第一吸收式热泵、第二吸收式热泵和压缩式热泵升温热网中回水温度来供热，并通过所述第一吸收式热泵使冷却液降温来供冷。
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