CN109442533A - 一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统 - Google Patents

一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，包括：动态储能装置、固体蓄热电锅炉、风机、气水换热器、水水换热器及制冷机组，其中，动态储能装置为制冷机组提供第一热源进行制冷；或者，动态储能装置提供第一热源进行供热；固体蓄热电锅炉加热空气后传递至气水换热器，将空气的热量传给气水换热器中的一次循环水；加热后的一次循环水为制冷机组提供第二热源进行制冷；或者，加热后的一次循环水为水水换热器提供第二热源，加热水水换热器中的循环回水。通过实施本发明，将动态储能装置和固体蓄热电锅炉设置在同一系统中，利用固体蓄热电锅炉补充动态储能装置的波动性和不稳定性，维持供热或制冷的稳定性，提高能源的使用率。

Description

一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统
技术领域
本发明涉及煤改电清洁能源领域，具体涉及一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统。
背景技术
随着国民经济和社会经济的快速发展，我国面临的能源短缺、环境恶化问题日益突出。因此，大规模开发利用可再生能源和寻找替代能源已成为能源行业发展的当务之急。目前可利用的新能源包括太阳能和氢能等能源，利用氢储能和太阳能储能等动态储能装置提供能量具有良好的发展前景。
但是，太阳能储能装置只能在白天或者有阳光的部分时间进行太阳能的收集和存储，而氢能属于二次能源，目前还面临包括安全、生成和输送的成本等诸多问题，不能持续性供应，另外压缩空气储能装置在压缩过程中产生的热量不足以使涡轮机持续长时间稳定运行，因此这些动态储能装置仍然存在不稳定性、间歇性等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，以解决现有技术中动态储能装置存在不稳定性、间歇性的问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例提供一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，包括：动态储能装置、固体蓄热电锅炉、风机、气水换热器、水水换热器及制冷机组，其中，所述动态储能装置连接所述制冷机组，为所述制冷机组提供第一热源，所述制冷机组利用所述第一热源进行制冷；或者，所述动态储能装置提供所述第一热源进行供热；所述风机连接所述固体蓄热电锅炉，所述固体蓄热电锅炉连接所述气水换热器，所述风机将空气加压后传递至所述固体蓄热电锅炉加热，所述固体蓄热电锅炉将加热后的空气传递至所述气水换热器；所述气水换热器将所述加热后的空气的热量传递至所述气水换热器中的一次循环水，降温后的空气进入所述风机，再次加压；加热后的一次循环水进入所述制冷机组，为所述制冷机组提供第二热源，所述制冷机组利用所述第二热源进行制冷；或者，加热后的一次循环水进入所述水水换热器，为所述水水换热器提供第二热源，所述水水换热器利用所述第二热源加热所述水水换热器中的循环回水。
优选地，所述动态储能装置包括压缩空气储能装置、氢储能装置、太阳能储能装置中至少之一，所述压缩空气储能装置在电网负荷低谷期时通过压缩空气存储多余的电能，在电网负荷高峰期时将压缩空气释放通过膨胀机做功发电的方式产生热能，作为所述第一热源；所述氢储能装置将水电解制成氢气并储存，将储存的氢气转化为电能做功产生热能，作为所述第一热源；太阳能储能装置通过将太阳能收集储存，将储存的太阳能转化为热能，作为所述第一热源。
优选地，所述固体蓄热电锅炉采用相变材料加热空气。
优选地，所述耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第一热量计、第二热量计和第三热量计，所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述第一热量计，所述第一热量计计算所述固体蓄热电锅炉的第一供热比例、第一制冷比例；所述水水换热器和用户之间连接所述第二热量计，所述第二热量计计算所述用户的需热量；所述动态储能装置和所述制冷机组之间连接所述第三热量计，所述第三热量计计算所述动态储能装置的第二供热比例、第二制冷比例。
优选地，所述耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述第一热量计、第二热量计及第三热量计，所述可编程逻辑控制器根据所述第一供热比例、第一制冷比例、需热量、第二供热比例及第二制冷比例控制所述动态储能装置的供热量或制冷量。
优选地，所述耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：增加泵，所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述增加泵，所述增加泵连接所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器控制所述增加泵稳定所述一次循环水的压力。
优选地，所述耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第一温度计，所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述第一温度计，所述可编程逻辑控制器连接所述第一温度计和所述风机，所述可编程逻辑控制器根据所述第一温度计的数值调节通过所述风机的空气流量。
优选地，当所述第一温度计的数值超过设定的第一温度值时，所述可编程逻辑控制器发出高温报警信号；当所述第一温度计的数值超过设定的第二温度值时，所述可编程逻辑控制器控制所述风机停止工作。
优选地，所述耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第二温度计，所述水水换热器连接所述第二温度计，所述可编程逻辑控制器连接所述第二温度计，当所述第二温度计的数值超过设定的第三温度值时，所述可编程逻辑控制器发出第二高温报警信号。
优选地，所述风机为变频风机。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，将动态储能装置和固体蓄热电锅炉设置在同一供热制冷系统中，不仅实现冬季供暖，同时还保证了夏季制冷，并利用固体蓄热电锅炉解决动态储能装置的波动性和不稳定性的问题，维持供热或制冷的稳定性，提高了可再生能源和电能等能量的使用效率。
2.本发明提供的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，设置热量计，计算固体蓄热电锅炉的供热比例、制冷比例和用户的需热量，可以根据总的热需求，优先调度动态储热装置供热，不足之处再用锅炉补充，达到能量的最大利用率。另外在系统中设置温度计，可以根据温度计的数值调节风机的空气流量，在温度计数值较高时发出高温报警信号，提示气水换热器和水水换热器出水口温度较高，以免气水换热器和水水换热器等设备损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统的结构示意图。
附图标记：
1-固体蓄热电锅炉；2-动态储能装置；3-风机；4-气水换热器；5-第三热量计；6-第一温度计；7-第一阀门；8-第二阀门；9-第二温度计；10-第三阀门；11-冷用户；12-第四阀门；13-制冷机组；14-第五阀门；15-第六阀门；16-第二热量计；17-第七阀门；18-热用户；19-水水换热器；20-第八阀门；21-第九阀门；22-第一热量计；23-增加泵；24-第十阀门。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，如图1所示，该供热制冷系统包括：动态储能装置2、固体蓄热电锅炉1、风机3、气水换热器4、水水换热器19及制冷机组13，其中，动态储能装置2连接制冷机组13，为制冷机组13提供第一热源，制冷机组13利用第一热源进行制冷；或者，动态储能装置2提供第一热源进行供热；风机3连接固体蓄热电锅炉1，固体蓄热电锅炉1连接气水换热器4，风机3将空气加压后传递至固体蓄热电锅炉1加热，固体蓄热电锅炉1将加热后的空气传递至气水换热器4；气水换热器4将加热后的空气的热量传递至气水换热器19中的一次循环水，降温后的空气进入风机3，再次加压；加热后的一次循环水进入制冷机组13，为制冷机组13提供第二热源，制冷机组13利用第二热源进行制冷；或者，加热后的一次循环水进入水水换热器19，为水水换热器19提供第二热源，水水换热器19利用第二热源加热水水换热器19中的循环回水。
在一较佳实施例中，动态储能装置2包括压缩空气储能装置、氢储能装置、太阳能储能装置中至少之一，压缩空气储能装置在电网负荷低谷期时通过压缩空气存储多余的电能，在电网负荷高峰期时将压缩空气释放通过膨胀机做功发电的方式产生热能，作为第一热源；氢储能装置将水电解制成氢气并储存，将储存的氢气转化为电能做功产生热能，作为第一热源；太阳能储能装置通过将太阳能收集储存，将储存的太阳能转化为热能，作为第一热源。
本发明实施例中的动态储能装置2并不限于压缩空气储能装置、氢储能装置、太阳能储能装置中的一种或多种，在实际应用中，动态储能装置还可以是其他的可以提供热源的装置。
本发明实施例提供的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，将动态储能装置2和固体蓄热电锅炉1设置在同一供热制冷系统中，不仅实现冬季供暖，同时还保证了夏季制冷，并利用固体蓄热电锅炉1解决动态储能装置2的波动性和不稳定性的问题，维持供热或制冷的稳定性，提高了可再生能源和电能等能量的使用效率。
在一较佳实施例中，固体蓄热电锅炉1采用相变材料加热空气。
本发明实施例在供热时，优先使用动态储能装置2提供热源，如图2所示，当动态储能装置2提供热源供热时，第四阀门12和第七阀门17打开，其他阀门关闭，动态储能装置2利用第一热源为热用户18供热；当动态储能装置2能量不足时，同时使用固体蓄热电锅炉1提供第二热源供热，此时第一阀门7、第九阀门21、第五阀门14及第六阀门15也打开，风机3将空气加压后传递至固体蓄热电锅炉1加热，固体蓄热电锅炉1将加热后的空气传递至气水换热器4；气水换热器4将加热后的空气的热量传递至气水换热器19中的一次循环水，降温后的空气进入风机3，再次加压；加热后的一次循环水进入水水换热器19，为水水换热器19提供第二热源，水水换热器19利用第二热源加热水水换热器19中的循环回水，为热用户18供热。
本发明实施例在制冷时，优先使用动态储能装置2提供热源，如图2所示，当动态储能装置2提供热源制冷时，第三阀门10和第十阀门24打开，其他阀门关闭，动态储能装置2为制冷机组13提供第一热源，制冷机组13利用第一热源为冷用户11制冷；当动态储能装置2能量不足时，同时使用固体蓄热电锅炉1提供第二热源制冷，此时第二阀门8和第八阀门20也打开，风机3将空气加压后传递至固体蓄热电锅炉1加热，固体蓄热电锅炉1将加热后的空气传递至气水换热器4；气水换热器4将加热后的空气的热量传递至气水换热器19中的一次循环水，降温后的空气进入风机3，再次加压；加热后的一次循环水进入制冷机组13，为制冷机组13提供第二热源，制冷机组13利用第二热源为冷用户11制冷。
需要说明的是，上述实施例仅仅是该耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统在供热制冷时的一种实施方式，本发明并不以此为限，在实际应用中，还可通过其他方式实现供热和制冷。
在一较佳实施例中，如图2所示，耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第一热量计22、第二热量计16和第三热量计5，气水换热器4和水水换热器19之间连接第一热量计22，第一热量计22计算固体蓄热电锅炉1的第一供热比例、第一制冷比例；水水换热器19和热用户18之间连接第二热量计16，第二热量计16计算热用户18的需热量；动态储能装置2和制冷机组13之间连接第三热量计5，第三热量计5计算动态储能装置2的第二供热比例、第二制冷比例。
在一较佳实施例中，耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器连接第一热量计22、第二热量计16及第三热量计5，可编程逻辑控制器根据第一供热比例、第一制冷比例、需热量、第二供热比例及第二制冷比例控制动态储能装置2的供热量或制冷量。
本发明实施例中第一热量计22计算固体蓄热电锅炉1的第一供热比例、第一制冷比例，在计算经济分析时就可以看到固体蓄热电锅炉1的贡献量，第二热量计16计算热用户18的需热量，第三热量计5计算动态储能装置2的第二供热比例、第二制冷比例，可编程逻辑控制器就可以根据热用户18的需热量，优先调度动态储能装置2供热或制冷，不足之处再用固体蓄热电锅炉1来补充。
例如，供热或供冷连续需求总量为200KW时，动态储能装置提供3小时150KW热量，其余热量均需由固体蓄热电锅炉提供，通过计量可得到在24小时连续供热或供冷的状态下，动态储能装置贡献率为9.4％，而固体蓄热电锅炉贡献率为90.6％。
在一较佳实施例中，如图2所示，耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：增加泵23，气水换热器4和水水换热器19之间连接增加泵23，增加泵23连接可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器控制增加泵23稳定一次循环水的压力。
在一较佳实施例中，如图2所示，耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第一温度计6，气水换热器4和水水换热器19之间连接第一温度计6，可编程逻辑控制器连接第一温度计6和风机3，可编程逻辑控制器根据第一温度计6的数值调节通过风机3的空气流量。
在一较佳实施例中，当第一温度计6的数值超过设定的第一温度值时，可编程逻辑控制器发出第一高温报警信号；当第一温度计6的数值超过设定的第二温度值时，可编程逻辑控制器控制风机3停止工作。
在一较佳实施例中，如图2所示，耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统还包括：第二温度计9，水水换热器19和热用户18之间连接第二温度计9，可编程逻辑控制器连接第二温度计9，当第二温度计9的数值超过设定的第三温度值时，可编程逻辑控制器发出第二高温报警信号。
本发明实施例提供的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统中设置热量计，计算固体蓄热电锅炉的供热比例、制冷比例和用户的需热量，可以根据总的热需求，优先调度动态储能装置供热，不足之处再用锅炉补充，达到能量的最大利用率。另外在系统中设置温度计，可以根据温度计的数值调节风机的空气流量，在温度计数值较高时发出高温报警信号，提示气水换热器和水水换热器出水口温度较高，以免气水换热器和水水换热器等设备损坏。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，包括：动态储能装置、固体蓄热电锅炉、风机、气水换热器、水水换热器及制冷机组，其中，
所述动态储能装置连接所述制冷机组，为所述制冷机组提供第一热源，所述制冷机组利用所述第一热源进行制冷；或者，所述动态储能装置提供所述第一热源进行供热；
所述风机连接所述固体蓄热电锅炉，所述固体蓄热电锅炉连接所述气水换热器，所述风机将空气加压后传递至所述固体蓄热电锅炉加热，所述固体蓄热电锅炉将加热后的空气传递至所述气水换热器；
所述气水换热器将所述加热后的空气的热量传递至所述气水换热器中的一次循环水，降温后的空气进入所述风机，再次加压；
加热后的一次循环水进入所述制冷机组，为所述制冷机组提供第二热源，所述制冷机组利用所述第二热源进行制冷；或者，加热后的一次循环水进入所述水水换热器，为所述水水换热器提供第二热源，所述水水换热器利用所述第二热源加热所述水水换热器中的循环回水。
2.如权利要求1所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，所述动态储能装置包括压缩空气储能装置、氢储能装置、太阳能储能装置中至少之一，所述压缩空气储能装置在电网负荷低谷期时通过压缩空气存储多余的电能，在电网负荷高峰期时将压缩空气释放通过膨胀机做功发电的方式产生热能，作为所述第一热源；所述氢储能装置将水电解制成氢气并储存，将储存的氢气转化为电能做功产生热能，作为所述第一热源；太阳能储能装置通过将太阳能收集储存，将储存的太阳能转化为热能，作为所述第一热源。
3.如权利要求1所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，所述固体蓄热电锅炉采用相变材料加热空气。
4.如权利要求1所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，还包括：第一热量计、第二热量计和第三热量计，
所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述第一热量计，所述第一热量计计算所述固体蓄热电锅炉的第一供热比例、第一制冷比例；
所述水水换热器和用户之间连接所述第二热量计，所述第二热量计计算所述用户的需热量；
所述动态储能装置和所述制冷机组之间连接所述第三热量计，所述第三热量计计算所述动态储能装置的第二供热比例、第二制冷比例。
5.如权利要求4所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，还包括：可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述第一热量计、第二热量计及第三热量计，所述可编程逻辑控制器根据所述第一供热比例、第一制冷比例、需热量、第二供热比例及第二制冷比例控制所述动态储能装置的供热量或制冷量。
6.如权利要求5所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，还包括：增加泵，所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述增加泵，所述增加泵连接所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器控制所述增加泵稳定所述一次循环水的压力。
7.如权利要求5所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，还包括：第一温度计，所述气水换热器和所述水水换热器之间连接所述第一温度计，所述可编程逻辑控制器连接所述第一温度计和所述风机，所述可编程逻辑控制器根据所述第一温度计的数值调节通过所述风机的空气流量。
8.如权利要求7所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，
当所述第一温度计的数值超过设定的第一温度值时，所述可编程逻辑控制器发出第一高温报警信号；
当所述第一温度计的数值超过设定的第二温度值时，所述可编程逻辑控制器控制所述风机停止工作。
9.如权利要求5所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，还包括：第二温度计，所述水水换热器连接所述第二温度计，所述可编程逻辑控制器连接所述第二温度计，当所述第二温度计的数值超过设定的第三温度值时，所述可编程逻辑控制器发出第二高温报警信号。
10.如权利要求1-9中任一项所述的耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统，其特征在于，所述风机为变频风机。
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