CN108298617A - 一种互补式水电热联产供能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种互补式水电热联产供能系统，属于能源技术领域。该系统包括汽轮机、太阳能集热系统、海水淡化装置、VM循环热泵等部件。锅炉燃烧燃料得到高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电，提供用户所需的电负荷；同时将汽轮机抽汽存储在储汽罐中，与太阳能集热系统互补，实现海水淡化，提供合格淡水；再利用汽轮机抽汽驱动VM循环热泵，在夏季向用户供冷和除湿，在冬季向用户供热量，并提供用户全年的生活热水负荷。该系统采用常规能源和新能源互补方式，通过一套系统来满足用户对水、电、冷和热等负荷的需求，与现有技术相比，本供能系统具有更高的能源利用效率。

Description

一种互补式水电热联产供能系统
技术领域
本发明属于能源技术系统领域，尤其涉及一种互补式水电热联产供能系统。
背景技术
地球上的淡水资源仅占地球总水量的2.53％，可供人类直接享用的淡水总量更是仅占淡水储量的0.26％，还不足地球总储水量的十万分之七，全球有超过20亿人面临饮水困难；相比之下，海洋覆盖地球表面积的71％，水的储量约为13.7亿立方千米，占地球总水量的95％，占地表水总量的98％。因此，向海洋索取淡水、发展更有效的海水淡化技术已成为当务之急。
在现有海水淡化技术中，太阳能海水淡化技术是利用太阳能的辐射能量加热海水使其表面蒸发汽化，冷凝后得到淡水。该技术不消耗常规能源，无污染，所得淡水纯度高，且海水淡化装置规模不大，易于投入生产，因而日益得到人们的重视。但是，太阳能在夜晚及太阳辐射不理想的情况下使用效果不佳，且在经济上仍不能与传统海水淡化技术相比拟。因此，必须考虑互补式海水淡化方法，提高海水淡化装置的经济性，保证海水生产的连续、稳定性。
热电冷联产系统是通过不同循环的有机组合，按照用户的需求进行生产并供给能量的多联供能源体系，供能效率可达85％-92％；同时，热电冷联产系统采用清洁能源为燃料，可以有效减少CO2、NOX及污染气体的排放，更重要的是，热电冷联产系统容量并不单一，即能够与不同循环进行容量匹配满足相应需求。
因此，考虑将太阳能海水淡化系统与热电冷联产系统进行容量匹配，利用热电冷联产系统为夜晚及太阳辐射不理想情况下的海水淡化装置提供有效热源，保证正常的海水淡化生产。
同时，为了生产出热电冷联产系统中用户需要的各种能量形式，选用VM循环热泵作为冷热源。通过组合余热锅炉和吸收式机组进行供暖和制冷的常规热电冷联产系统容量一般较大；而VM循环热泵的容量从几千瓦到几百千瓦都有，且可以多台并联，系统灵活性好、匹配度高。
发明内容
针对上述存在的问题和现象，本发明提供一种互补式水电热联产供能系统，旨在使供能方式更具多样性，提高能源利用率，保护环境。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种互补式水电热联产供能系统，包括：
锅炉：其配置为燃烧燃料，通过燃料释放的热能将水转换为高温蒸汽；
汽轮机：其配置为将高温蒸汽的热能转换为机械能，并提供夜晚及太阳辐射不理想时海水淡化装置的蒸发热源以及VM循环热泵的驱动热源；
水泵：其配置为将原动机的机械能转变为液体的能量，实现液体抽送；
发电机：其配置为将机械能转换为电能；
太阳能集热系统：其配置为将太阳能聚集起来作为海水蒸发的热源；
海水淡化装置：其配置为进料海水进行海水淡化的场所；
储汽罐：其配置为蒸汽进行能量传递以及稳压的场所；
抽汽阀门：其配置为控制汽轮机抽汽管路的开通与断开；
VM循环热泵：其配置为作为冷热源进行制冷和供暖，满足用户热、冷等用能需求；
阀门A：其配置为控制换热器A的运行状态；
阀门B：其配置为控制换热器B的运行状态；
阀门C：其配置为控制换热器C的运行状态；
换热器A：其配置为将VM循环热泵热腔的热量传递给用户；
换热器B：其配置为将VM循环热泵室温腔的热量传递给用户；
换热器C：其配置为将VM循环热泵冷腔的冷量传递给用户。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的水泵是将冷凝水B加压输送到锅炉，使循环不断进行。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的太阳能集热系统直接布置在海水淡化装置上方，对进料海水进行蒸发淡化生产合格淡水。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的储汽罐是将汽轮机抽汽进行稳压和热量传递变为加热蒸汽，然后进行海水蒸发。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的抽汽阀门用来控制汽轮机抽汽管路实现互补式海水淡化，当利用太阳能进行淡水生产时，抽汽阀门断开；当利用汽轮机抽汽进行淡水生产时，抽汽阀门开通。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的VM循环热泵通过热腔供应生活热水负荷，通过冷腔供应用户所需冷量(除湿量)，通过室温腔供应热量。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的换热器A在阀门A的控制下，与VM循环热泵热腔连接，全年运行。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的换热器B在阀门B的控制下，与VM循环热泵室温腔连接，冬季运行，夏季停运。
上述的一种互补式水电热联产供能系统，其中，所述的换热器C在阀门C的控制下，与VM循环热泵冷腔连接，夏季运行，冬季停运。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
1、利用水电联产的系统集成原理，通过汽轮机抽汽阀门的控制，保证了海水淡化生产过程的连续性和稳定性，弥补了单一依靠太阳能这种可再生能源进行淡化海水所面临的夜晚及太阳能不理想时的利用困难问题。
2、通过汽轮机抽汽驱动VM循环热泵，相比燃烧天然气等其他热力驱动方法，更加节能、高效，进一步挖掘出VM循环热泵的节能潜力和驱动灵活性。
3、本系统将水、电、热负荷的生产结合在一起，供能方式多样，且各种负荷之间匹配良好，极大的提高了能量梯级利用水平。
附图说明
通过阅读参考以下的附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1.一种互补式水电热联产供能系统结构图
图中各标号含义如下：1-锅炉；2-汽轮机；3-水泵；4-发电机；5-太阳能集热系统；6-海水淡化装置；7-储汽罐；8-抽汽阀门；9-VM循环热泵；10-阀门A；11-阀门B；12-阀门C；13-换热器A；14-换热器B；15-换热器C；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不作为本发明的限定。
VM循环热泵的工作原理参考中国专利CN101865566A。
如图1所示，本系统包括：锅炉1、汽轮机2、水泵3、发电机4、太阳能集热系统5、海水淡化装置6、储汽罐7、抽汽阀门8、VM循环热泵9、阀门A 10、阀门B 11、阀门C 12、换热器A13、换热器B 14、换热器C 15。汽轮机2连接锅炉1将锅炉1燃烧燃料产生的高温蒸汽热能转换为机械能，驱动发电机4发电，形成发电系统；在白天，太阳能集热系统5收集太阳能的热量对海水淡化装置6内的进料海水进行蒸发淡化，生产合格淡水；在夜晚及太阳辐射不理想时，抽汽阀门8开通，将汽轮机2抽汽存储在储汽罐7内整合为加热蒸汽后，进入海水淡化装置6继续进行淡水生产，从而形成互补式海水淡化方式；并且，将海水淡化装置6得到的冷凝水A的剩余热量传递给进入VM循环热泵9热腔的工质，提高工质的初始加热温度，减少驱动蒸汽的抽汽量；同时，利用汽轮机2抽汽驱动VM循环热泵9，冬季，阀门B 11开通，通过换热器B 14向用户供暖；夏季，阀门C 12开通，通过换热器C 15从外界吸收热量进行制冷(除湿)；阀门A 10则全年开通，通过换热器A 13供应生活热水；最后，通过水泵3将冷凝水B加压送入锅炉1，保证循环不断进行。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种互补式水电热联产供能系统，其特征在于：它包括锅炉、汽轮机、水泵、发电机、太阳能集热系统、海水淡化装置、储汽罐、阀门D、VM循环热泵、阀门A、阀门B、阀门C、换热器A、换热器B、换热器C；所述的VM循环热泵包括热腔、室温腔、冷腔；
汽轮机连接锅炉将其产生的蒸汽热能转换为机械能，驱动发电机发电，形成发电系统；在白天，太阳能集热系统对海水淡化装置内的海水进行蒸发淡化，在夜晚及太阳辐射不理想时，将汽轮机抽汽存储在储汽罐内并整合为加热蒸汽后继续进行海水淡化生产，并回收冷凝水A，从而形成互补式海水淡化方式；同时，利用汽轮机抽汽驱动VM循环热泵，夏季通过冷腔从外界吸收热量进行制冷(除湿)，冬季通过室温腔向用户供暖，热腔供应全年生活热水。
2.如权利要求1所述的一种互补式水电热联产供能系统，其特征在于，所述的回收冷凝水A是将冷凝水A的剩余热量传递给进入VM循环热泵热腔的工质，提高工质的初始加热温度，减少驱动蒸汽的抽汽量。
3.如权利要求1所述的一种互补式水电热联产供能系统，其特征在于，所述的互补式海水淡化方式通过汽轮机抽汽出口的阀门D进行控制，当利用太阳能集热系统进行淡水生产时，阀门D断开；当利用汽轮机抽汽进行淡水生产时，阀门D开通。
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