CN108006864A - 一种多品类能源联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多品类能源联供系统，包括天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分、变配电部分、监测控制部分和用户端部分。该系统将天然气三联供技术、海水源热泵技术、水蓄能技术和燃气锅炉技术相结合，嵌入的智能系统有序调配，通过技术、控制、管理手段，实现区域内的冷热电三联供，为供能区提供安全稳定的能源供应保障，同步解决了单一能源生产问题、单项能源供应输配问题、能源低效利用问题，并实现了多种能源的智能协同与放大。该系统不仅具备常规的天然气分布式能源系统的优势，而且还积聚了再生资源和其他节能减排技术的优势，很好地实现了能源的梯级利用。

Description

一种多品类能源联供系统
技术领域
本发明涉及能源联供领域，具体涉及一种多品类能源联供系统。
背景技术
随着国民经济的快速发展，我国能源需求量也在大幅增加，能源供需缺口越来越大。我 国目前人均能源消费水平还比较低，增长的压力非常大，因而我们应珍惜宝贵的能源资源， 提高能源利用效率，降低能耗。我国自改革开放以来，天然气的需求快速增长，随着天然气 消费的快速增长，天然气的高效利用越来越受到重视。
目前已有的天然气三联供系统，是建立在能源梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发 电过程一体化的能源综合利用系统。其具有综合效率高、节省能源、实现电力供应和燃气供 应互相“削峰填谷”的双赢效果等优点。与简单的直接燃烧方式相比，建设冷热电三联供系 统，先由燃气发电，再由发电后的余热作为溴化锂制冷机组的动力向建筑供热或供冷，可大 幅度提高燃料的利用价值，实现能源的梯级利用。
但是随着国家对能源利用和节能环保的进一步重视，单一的天然气能源系统已经不能满 足人们的需求，需要设计一种多品类能源系统，结合利用再生资源和其他节能减排技术的优 势进一步是落实国家节能政策。
发明内容
本发明的目的是提供一种多品类能源联供系统，通过多个供能组合，有力地保障了用户 能源供应的安全稳定，实现了能源的梯级利用和节能环保的目的。
本发明采用以下的技术方案：
一种多品类能源联供系统，包括天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅 炉部分、补水部分、变配电部分、监测控制部分和用户端部分，天然气三联供部分、海水能 部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分和变配电部分均与监测控制部分相连，天然气 三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分和变配电部分均与用户端部分相连；
所述天然气三联供部分包括燃气内燃发电机组和冷却塔，燃气内燃发电机组连接有烟气 热水溴化锂冷温水机组，所述冷却塔通过冷却水泵与烟气热水溴化锂冷温水机组连接；
所述海水能部分包括海水取水泵，海水取水泵连接有海水过滤器，海水过滤器连接有海 水源热泵；
所述水蓄能部分包括蓄能罐，蓄能罐连接有蓄能水泵；
所述燃气锅炉部分包括多个燃气锅炉，燃气锅炉分别连接有一级循环泵组和二级循环泵 组；
所述补水部分包括给水管路，给水管路连接有自动软水器，自动软水器连接有软水箱， 软水箱连接有补水泵；
所述变配电部分包括配电柜、开关柜和变压器等，变配电部分与市电网相连；
所述用户端部分包括住宅用户端和公建用户端，公建用户端包括医院、学校和商场等；
所述监测控制部分包括总监测控制机构、天然气三联供监测控制机构、海水能监测控制 机构、水蓄能监测控制机构、燃气锅炉监测控制机构、补水监测控制机构、变配电监测控制 机构和用户端监测控制机构；
所述燃气内燃发电机组与变配电部分相连，将燃气内燃发电机组产生的电能通过变配电 部分送给用户端部分使用；
所述烟气热水溴化锂冷温水机组、海水源热泵、蓄能水泵、一级循环泵组和二级循环泵 组均与用户端部分相连，为用户端供冷或供热；
所述给水管路通过第一给水泵与自动软水器相连，给水管路还通过第二给水泵与冷却塔 相连；所述补水泵与一级循环泵组相连，通过一级循环泵组为燃气锅炉补水；
所述海水源热泵与蓄能罐相连，利用海水源热泵为蓄能罐蓄能；
总监测控制机构包括上位机，天然气三联供监测控制机构包括第一PLC控制器，第一PLC 控制器分别与燃气内燃发电机组、烟气热水溴化锂冷温水机组、冷却塔和冷却水泵电连接， 所述海水能监测控制机构包括第二PLC控制器，第二PLC控制器分别与海水取水泵和海水源 热泵电连接，水蓄能监测控制机构包括第三PLC控制器，第三PLC控制器分别与蓄能罐和蓄 能水泵电连接，燃气锅炉监测控制机构包括第四PLC控制器，第四PLC控制器分别与燃气锅 炉、一级循环泵组和二级循环泵组电连接，补水监测控制机构包括第五PLC控制器，冷却塔、 第一给水泵、第二给水泵、自动软水器、软水箱和补水泵电连接；变配电监测控制机构包括 第六PLC控制器，第六PLC控制器分别与市电网和变配电部分相连；所述用户端监测控制机 构包括第七PLC控制器，第七PLC控制器与用户端相连，采集用户端的温度和用电量信息；
第一PLC控制器、第二PLC控制器、第三PLC控制器、第四PLC控制器、第五PLC控制器、第六PLC控制器和第七PLC控制器均与上位机相连。
优选地，所述燃气内燃发电机组产生的电能全部用于公建用户端使用，燃气内燃发电机 组的工作时间为每天早7：00到晚23：00。
优选地，夏季供冷时，天然气三联供部分、水蓄能部分和海水能部分共同为公建用户端 供冷，优先运行天然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公建用户端供冷；当 天然气三联供部分达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水泵为公建用户端供 冷；最后启动海水能部分，通过海水源热泵为公建用户端供冷。
优选地，所述水蓄能部分蓄能是通过海水能部分进行的，水蓄能部分蓄能时间为夜间23： 00至第二天早7：00，水蓄能部分释能时间为每天13：00至晚21:00。
优选地，夏季供冷时，天然气三联供部分供冷负荷占比为36.7％，水蓄能部分供冷负荷 占比为12.7％，海水能部分供冷负荷占比为50.6％；在夜间23：00至第二天早7：00全由海 水能部分为公建用户端供冷。
优选地，公建用户端夏季供冷时，供水温度为6℃，回水温度为12℃。
优选地，冬季供暖时，住宅用户端供暖时由燃气锅炉部分提供，不足的由海水能部分补 充；
公建用户端供暖由天然气三联供部分、水蓄能部分和海水能部分共同提供，优先运行天 然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公建用户端供热；当天然气三联供部分 达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水泵为公建用户端供热；最后启动海水 能部分，通过海水源热泵为公建用户端供热，仍然不足的由燃气锅炉部分补充。
优选地，在夜间23：00至第二天早7：00全由海水能部分为公建用户端供热。
优选地，住宅用户端冬季供暖时，供水温度为70-80℃，回水温度为40℃；公建用户端 冬季供暖时，供水温度为60℃，回水温度为45℃。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的多品类能源联供系统，它系统能效理论为指导，统筹考虑能源生产与转换、 输送与分配、回收与再生、高效利用四个环节，利用天然气分布式能源系统、海水源热泵系 统、燃气锅炉系统和水蓄能系统，嵌入的智能系统有序调配，通过技术、控制、管理手段， 以“优化用能、以用定供、高效设施先启后停、各个模块可分可合”的方式，实现区域内的 冷热电三联供，为供能区提供安全稳定的能源供应保障，同步解决了单一能源生产问题、单 项能源供应输配问题、能源低效利用问题，并实现了多种能源的智能协同与放大。
该系统不仅具备常规的天然气分布式能源系统的优势，而且还积聚了再生资源和其他节 能减排技术的优势，很好地实现了能源的梯级利用，进一步落实了国家节能减排的要求，符 合建设资源节约型和环境友好型社会、建设综合配套改革试验区国家政策，能满足项目健康、 持续发展，符合环保要求，具有较好环境效益和社会效益。
附图说明
图1为多品类能源联供系统的结构示意简图。
图2为多品类能源联供系统的具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1和图2，一种多品类能源联供系统，包括天然气三联供部分、海水能部分、水 蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分、变配电部分、监测控制部分和用户端部分。
其中，天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分和变配 电部分均与监测控制部分相连，天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部 分和变配电部分均与用户端部分相连。
天然气三联供部分为用户端供冷、供热和供电，海水能部分和水蓄能部分为用户端供冷、 供热，燃气锅炉部分为用户端供热。
监测控制部分能监测其他各个部分的运行情况，采集其他各个部分的运行数据，并控制 各个部分协同运行，保障用户端的能源需求。
天然气三联供部分包括燃气内燃发电机组1和冷却塔3，燃气内燃发电机组连接有烟气 热水溴化锂冷温水机组2，冷却塔3通过冷却水泵4与烟气热水溴化锂冷温水机组连接，冷 却塔为烟气热水溴化锂冷温水机组夏季供冷时，提供冷却水。
冷却塔为节水、高效的角式横流式冷却塔，冷却塔设有多台，并联运行，冷却水泵设置 有多组，并有配置有备用组。
海水能部分是利用海水作为冷、热源进行供冷和供热。海水能部分包括海水取水泵5， 海水取水泵5连接有海水过滤器6，海水过滤器能过滤掉海水中的杂质、泥沙等，海水过滤 器6连接有海水源热泵7。
水蓄能部分是利用电网的峰谷电价差，夜间电价低时进行蓄冷或蓄热，白天用电高峰时 释能进行供冷或供热。水蓄能部分包括蓄能罐8，蓄能罐连接有蓄能水泵9。
海水源热泵5与蓄能罐8相连，在电价低谷时利用海水源热泵为蓄能罐蓄能，成本低廉。
燃气锅炉部分包括多个燃气锅炉10，燃气锅炉分别连接有一级循环泵组11和二级循环 泵组12，一级循环泵组11与用户端回水部分相连，二级循环泵组12与用户端供水部分相连。
补水部分包括给水管路，给水管路通过第一给水泵13连接有自动软水器14，自动软水 器连接有软水箱15，软水箱连接有补水泵16。补水泵与一级循环泵组11相连，通过一级循 环泵组为燃气锅炉10补水。
给水管路还通过第二给水泵17与冷却塔3相连，为冷却塔3补水。
变配电部分18包括配电柜、开关柜和变压器等，变配电部分与市电网相连。
燃气内燃发电机组1与变配电部分18相连，将燃气内燃发电机组产生的电能通过变配电 部分送给用户端部分使用。
用户端部分包括住宅用户端和公建用户端，公建用户端包括医院、学校和商场等。
由于公建用户端用电费用较高，燃气内燃发电机组1产生的电能全都供给公建用户端使 用，宅用户端用电来自市电网。
烟气热水溴化锂冷温水机组2、海水源热泵7、蓄能水泵9、一级循环泵组11和二级循 环泵组12均与用户端部分相连，为用户端供冷或供热。
监测控制部分包括总监测控制机构、天然气三联供监测控制机构、海水能监测控制机构、 水蓄能监测控制机构、燃气锅炉监测控制机构、补水监测控制机构、变配电监测控制机构和 用户端监测控制机构。
总监测控制机构包括上位机。
天然气三联供监测控制机构包括第一PLC控制器，第一PLC控制器分别与燃气内燃发电 机组1、烟气热水溴化锂冷温水机组2、冷却塔3和冷却水泵4电连接，第一PLC控制器采集 燃气内燃发电机组发电量，采集烟气热水溴化锂冷温水机组供冷或供热等信息，采集冷却塔 水量，控制冷却水泵运行，依据冷却水供回水温度控制循环水量。
第一PLC控制器采集的数据信息均送至上位机处理，上位机处理后通过控制第一PLC控 制器监测和控制天然气三联供部分运行。
海水能监测控制机构包括第二PLC控制器，第二PLC控制器分别与海水取水泵5和海水 源热泵7电连接，第二PLC控制器采集和控制海水取水泵5取水量等信息，采集和控制水源 热泵7供冷或供热等信息，并将采集到的数据信息均送至上位机处理，上位机处理后通过控 制第二PLC控制器监测和控制海水能部分运行。
水蓄能监测控制机构包括第三PLC控制器，第三PLC控制器分别与蓄能罐8和蓄能水泵 9电连接，第三PLC控制器采集蓄能罐内水量信息，控制蓄能水泵运行，并将采集到的数据 信息均送至上位机处理，上位机处理后通过控制第三PLC控制器监测和控制水蓄能部分运行。
燃气锅炉监测控制机构包括第四PLC控制器，第四PLC控制器分别与燃气锅炉10、一级 循环泵组11和二级循环泵组12电连接，第四PLC控制器采集燃气锅炉的温度、液位等信息， 控制一级循环泵组和二级循环泵组运行，并将采集到的数据信息均送至上位机处理，上位机 处理后通过控制第四PLC控制器监测和控制燃气锅炉部分运行。
补水监测控制机构包括第五PLC控制器，第五PLC控制器分别与冷却塔3、第一给水泵 13、第二给水泵17、自动软水器14、软水箱15和补水泵16电连接。第五PLC控制器采集冷却塔内液位信息，控制第二给水泵运行；第五PLC控制器还通过采集用户端回水量信息，控制第一给水泵给自动软水器13供水，控制补水泵为用户端回水补水。第五PLC控制器将采集到的数据信息均送至上位机处理，上位机处理后通过控制第五PLC控制器监测和控制补水部 分运行。
变配电监测控制机构包括第六PLC控制器，第六PLC控制器分别与市电网和变配电部分 18相连。第六PLC控制器采集变配电部分的电量等信息，控制市电网为公建用户端供电。第 六PLC控制器将采集到的数据信息均送至上位机处理，上位机处理后通过控制第六PLC控制 器监测和控制变配电部分运行。
在燃气内燃发电机组1不工作时，公建用户端的供电由市电网供给，市电网还能在燃气 内燃发电机组1发电量不足时，起到补充的作用。
用户端监测控制机构包括第六PLC控制器，第六PLC控制器与用户端相连，采集用户端 的温度和用电量等信息。
第一PLC控制器、第二PLC控制器、第三PLC控制器、第四PLC控制器、第五PLC控制器、第六PLC控制器和第七PLC控制器均与上位机相连。上位机通过采集到的数据，统筹规划各个部分运行，实现该系统自动化控制。
实施例1
该系统供电采用“并网不上网”模式，燃气内燃发电机组产生的电能全用来自用，不足 的可由市电网补充。
燃气内燃发电机组的工作时间为每天早7：00到晚23：00，这段时间电价高，燃气内燃 发电机组产生的电能全部用于公建用户端使用。住宅用户端用电便宜，由市电网供给。
在晚23：00至早7：00这个时间段，公建用户端的商场、学校等用电量少，且电价便宜， 这个时间段公建用户端用电由市电网提供，上位机通过控制第六PLC控制器将市电网接入变 配电部分，为公建用户端供电。
实施例2
在夏季早7：00到晚23：00供冷时，天然气三联供部分、水蓄能部分和海水能部分共同 为公建用户端供冷，优先运行天然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公建用 户端供冷；当天然气三联供部分达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水泵为 公建用户端供冷；最后启动海水能部分，通过海水源热泵为公建用户端供冷。
水蓄能部分蓄能是通过海水能部分进行的，水蓄能部分蓄能时间为夜间23：00至第二天 早7：00，此时电价低，水蓄能部分释能时间为每天13：00至晚21:00。
在夏季夜间23：00至第二天早7：00时，公建用户端的商场、学校等用冷量少，燃气内 燃发电机组不运行，全由海水能部分为公建用户端供冷即可满足要求。
夏季供冷时，天然气三联供部分供冷负荷占比为36.7％，水蓄能部分供冷负荷占比为 12.7％，海水能部分供冷负荷占比为50.6％。
公建用户端夏季供冷时，供水温度为6℃，回水温度为12℃，系统定压0.4MPaG。
实施例3
冬季供暖时，住宅用户端24小时供暖，供暖时由燃气锅炉部分提供，不足的由海水能部 分补充。
在冬季早7：00到晚23：00供暖时，公建用户端供暖由天然气三联供部分、水蓄能部分 和海水能部分共同提供，优先运行天然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公 建用户端供热；当天然气三联供部分达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水 泵为公建用户端供热；最后启动海水能部分，通过海水源热泵为公建用户端供热，仍然不足 的由燃气锅炉部分补充。
水蓄能部分蓄能是通过海水能部分进行的，水蓄能部分蓄能时间为夜间23：00至第二天 早7：00，此时电价低，水蓄能部分释能时间为每天13：00至晚21:00。
在冬季夜间23：00至第二天早7：00，公建用户端的商场、学校等用冷暖量少，燃气内 燃发电机组不运行，全由海水能部分为公建用户端供热。
住宅用户端冬季供暖时，供水温度为70-80℃，回水温度为40℃，系统定压0.4MPaG； 公建用户端冬季供暖时，供水温度为60℃，回水温度为45℃，系统定压0.4MPaG。
上述燃气内燃发电机组1、烟气热水溴化锂冷温水机组2、冷却塔3、燃气锅炉10、海水 源热泵7和蓄能罐8等的数量并不确定，是由用户端负荷决定。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的 技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护 范围。

Claims (9)

1.一种多品类能源联供系统，其特征在于，包括天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分、变配电部分、监测控制部分和用户端部分，天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分、补水部分和变配电部分均与监测控制部分相连，天然气三联供部分、海水能部分、水蓄能部分、燃气锅炉部分和变配电部分均与用户端部分相连；
所述天然气三联供部分包括燃气内燃发电机组和冷却塔，燃气内燃发电机组连接有烟气热水溴化锂冷温水机组，所述冷却塔通过冷却水泵与烟气热水溴化锂冷温水机组连接；
所述海水能部分包括海水取水泵，海水取水泵连接有海水过滤器，海水过滤器连接有海水源热泵；
所述水蓄能部分包括蓄能罐，蓄能罐连接有蓄能水泵；
所述燃气锅炉部分包括多个燃气锅炉，燃气锅炉分别连接有一级循环泵组和二级循环泵组；
所述补水部分包括给水管路，给水管路连接有自动软水器，自动软水器连接有软水箱，软水箱连接有补水泵；
所述变配电部分包括配电柜、开关柜和变压器，变配电部分与市电网相连；
所述用户端部分包括住宅用户端和公建用户端，公建用户端包括医院、学校和商场；
所述监测控制部分包括总监测控制机构、天然气三联供监测控制机构、海水能监测控制机构、水蓄能监测控制机构、燃气锅炉监测控制机构、补水监测控制机构、变配电监测控制机构和用户端监测控制机构；
所述燃气内燃发电机组与变配电部分相连，将燃气内燃发电机组产生的电能通过变配电部分送给用户端部分使用；
所述烟气热水溴化锂冷温水机组、海水源热泵、蓄能水泵、一级循环泵组和二级循环泵组均与用户端部分相连，为用户端供冷或供热；
所述给水管路通过第一给水泵与自动软水器相连，给水管路还通过第二给水泵与冷却塔相连；所述补水泵与一级循环泵组相连，通过一级循环泵组为燃气锅炉补水；
所述海水源热泵与蓄能罐相连，利用海水源热泵为蓄能罐蓄能；
总监测控制机构包括上位机，天然气三联供监测控制机构包括第一PLC控制器，第一PLC控制器分别与燃气内燃发电机组、烟气热水溴化锂冷温水机组、冷却塔和冷却水泵电连接，所述海水能监测控制机构包括第二PLC控制器，第二PLC控制器分别与海水取水泵和海水源热泵电连接，水蓄能监测控制机构包括第三PLC控制器，第三PLC控制器分别与蓄能罐和蓄能水泵电连接，燃气锅炉监测控制机构包括第四PLC控制器，第四PLC控制器分别与燃气锅炉、一级循环泵组和二级循环泵组电连接，补水监测控制机构包括第五PLC控制器，冷却塔、第一给水泵、第二给水泵、自动软水器、软水箱和补水泵电连接；变配电监测控制机构包括第六PLC控制器，第六PLC控制器分别与市电网和变配电部分相连；所述用户端监测控制机构包括第七PLC控制器，第七PLC控制器与用户端相连，采集用户端的温度和用电量信息；
第一PLC控制器、第二PLC控制器、第三PLC控制器、第四PLC控制器、第五PLC控制器、第六PLC控制器和第七PLC控制器均与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，所述燃气内燃发电机组产生的电能全部用于公建用户端使用，燃气内燃发电机组的工作时间为每天早7：00到晚23：00。
3.根据权利要求1所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，夏季供冷时，天然气三联供部分、水蓄能部分和海水能部分共同为公建用户端供冷，优先运行天然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公建用户端供冷；当天然气三联供部分达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水泵为公建用户端供冷；最后启动海水能部分，通过海水源热泵为公建用户端供冷。
4.根据权利要求1所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，所述水蓄能部分蓄能是通过海水能部分进行的，水蓄能部分蓄能时间为夜间23：00至第二天早7：00，水蓄能部分释能时间为每天13：00至晚21:00。
5.根据权利要求3所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，夏季供冷时，天然气三联供部分供冷负荷占比为36.7％，水蓄能部分供冷负荷占比为12.7％，海水能部分供冷负荷占比为50.6％；在夜间23：00至第二天早7：00全由海水能部分为公建用户端供冷。
6.根据权利要求3所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，公建用户端夏季供冷时，供水温度为6℃，回水温度为12℃。
7.根据权利要求1所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，冬季供暖时，住宅用户端供暖时由燃气锅炉部分提供，不足的由海水能部分补充；
公建用户端供暖由天然气三联供部分、水蓄能部分和海水能部分共同提供，优先运行天然气三联供部分，通过烟气热水溴化锂冷温水机组为公建用户端供热；当天然气三联供部分达到满负荷时，启动水蓄能部分，通过蓄能罐和蓄能水泵为公建用户端供热；最后启动海水能部分，通过海水源热泵为公建用户端供热，仍然不足的由燃气锅炉部分补充。
8.根据权利要求7所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，在夜间23：00至第二天早7：00全由海水能部分为公建用户端供热。
9.根据权利要求7所述的一种多品类能源联供系统，其特征在于，住宅用户端冬季供暖时，供水温度为70-80℃，回水温度为40℃；公建用户端冬季供暖时，供水温度为60℃，回水温度为45℃。
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