CN109764576A - 一种冷热电联供的多能互补综合能源系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷热电联供的多能互补综合能源系统以及其运行方法，通过太阳能和燃气三联供系统的深度互补耦合，并通过光伏发电驱动热泵作为又一热源，进一步拓展了可再生能源消纳手段，打破了以往供能方案中电、热、冷供给方式较为单一的缺陷，保证在发电、制冷、供暖和生活热水四大环节中都至少有两个可用源，充分提高了系统供能稳定性和可靠性。本发明还可通过智能控制系统进行燃气内燃发电机组测试、冷热电联供和热电联供等一系列相关试验研究，为多能互补综合能源系统优化运行策略相关研究提供可靠的平台支撑。

Description

一种冷热电联供的多能互补综合能源系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种冷热电联供的多能互补综合能源系统及其运行方式，以及用于该综 合能源系统的智能控制系统。

背景技术

能源安全是当今全球共同面临的一大严峻问题。随着化石能源枯竭和生态环境恶化，构建以风能、太阳能、生物质能等可再生能源为核心的能源供需体系，已成为世界 各主要国家的重要发展战略。作为世界第一大能源消费国，我国近年来加速推进能源转 型，承诺到2020和2030年非化石能源消费比重分别达到15％和20％，2030年CO₂排 放量较2005年下降60％-65％。然而与政府宏伟规划形成鲜明对比的是，2016年全国发 电装机中煤电占比依旧高达57％，北方城镇地区冬季燃煤供暖占比更是超过90％，其中 散烧煤供热仍40％左右，煤炭占一次能源消费比重达到62％，以煤为主的传统能源结构 难以撼动。

作为一个幅员辽阔的大国，我国蕴藏的可再生能源资源极为丰富。遗憾的是，可再生能源固有的波动性、间歇性和随机性对电网安全和电能质量的严重影响始终未能得到妥善解决，“发电效率低”、“电网消纳难”和“电能质量差”等问题依旧十分突出。2015 年我国平均弃风和弃光率分别为15％和10％，其中甘肃、新疆、吉林三省份甚至超过 30％，折合经济损失超过170亿元，能源浪费极其严重。

毋庸置疑，现行传统供能模式已无法满足日益增长的可再生能源消纳及能源高效供 给需求，构建以可再生能源核心的新一代综合能源电力系统迫在眉睫。目前，我国正以国家意志大力推动多能互补综合能源系统发展。2016年国家发改委、国家能源局出台的《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》明确提出，加快推进多能互补 集成优化示范工程建设，提高能源系统效率。随后，国家电网公司在2017年10月及2018 年2月连续下发了《国家电网公司关于在各省公司开展综合能源服务业务的意见》、《国 家电网公司关于加快拓展综合能源服务市场的实施意见》等意见，对各省公司开展综合 能源服务业务的总体要求、工作目标、重点任务及组织实施提出了具体部署及量化指标。 山东省新旧动能转换重点提出要加快新能源产业发展，持续推进多能互补相关技术研 究，支撑产业转型。

近年来，随着需求侧管理和多元复合储能等技术的不断发展，使得多能源集成互补 的综合能源系统能够轻易实现不同类型能源与电热能之间的转化，充分消纳间歇性可再 生能源，切实提高系统综合能源利用效率，目前已在部分欧洲国家广泛应用并取得了巨大成功。发达国家的先进经验已经证明，多能互补综合能源系统具有不可估量的节能减 排效益，为能源可持续发展提供了一种崭新途径。这也正是我国《可再生能源法》、《可 再生能源中长期发展规划》中均将其列入重点发展领域的根本原因。简言之，大力发展 多能互补综合能源系统能够有效提高电力系统运行的灵活性、经济性与清洁性，是我国 新一代电力系统发展的必由之路，对推进我国能源变革和保障能源安全具有重大现实意 义。

多能互补综合能源系统本质上是一个冷热电功多种能量耦合系统，结构与运行机理 复杂，多种规律并存且相互作用，具有参(变)量繁多，强耦合、非线性、不确定、多 层次等特点，系统结构和工作流程复杂多样，如何充分梯级利用各种能源，实现冷、热、 电等多种能量的高效互补供给，仍是目前系统设计过程所面临的一大难题。通过检索发 现，申请号为CN201711079056.0的专利申请提出了一种光气储多能互补冷热电联供系 统，包含光储微电网子系统、燃气冷热电联供子系统和能量管理系统，但未考虑利用太 阳能光热系统。申请号为CN201710018406.6的专利申请提出了一种燃料电池和太阳能 驱动的建筑多能互补系统，利用发电余热为用户供冷和供暖，但没有进一步考虑光伏发 电，且其供热来源较为单一。总体而言，目前综合能源系统设计时的冷、热、电来源均 较为单一，难以充分保证各供能环节的稳定性和多样性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于太阳能和内燃发电机组冷热电联供的多 能互补综合能源系统。冷热电联供系统在发电的同时可通过余热系统和溴化锂吸收式制 冷机制冷和供暖，太阳能用于光伏发电和光热热水系统，尤其是可以为吸收式制冷机提供补充热源，实现子系统之间的多能源互补互济，在节约燃气消耗的同时充分提高系统 效率。另外，本系统通过光伏发电驱动热泵作为又一热源，进一步拓展了可再生能源消 纳手段，降低了化石能源消耗，并保证在发电、制冷、供暖和生活热水四大环节中都至 少有两个可用源，提高系统可靠性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冷热电联供的多能互补综合能源系统，包括燃气内燃发电机组、烟气热水溴化 锂吸收式冷暖机组、冷却塔、烟气换热器、水水换热器、生活热水水箱、太阳能光热系 统和光伏发电和热泵系统，所述燃气内燃发电机组产生的余热可通入所述烟气热水溴化 锂吸收式冷暖机组实现制冷或取暖，也可通过所述烟气换热器和所述水水换热器制取生 活热水并存储于所述生活热水水箱。所述太阳能光热系统产生的热水可通入烟气热水溴 化锂吸收式冷暖机组实现制冷或取暖，也可直接作为生活热水。所述光伏发电和热泵系 统可并网发电，同时为所述多能互补综合能源系统补充能量。

所述燃气内燃发电机组采用天然气驱动，可实现并网发电满足用户用电需求。

燃气内燃发电机组排烟口连接烟气三通阀，所述烟气三通阀的出口分别连接烟气换 热器进气口和溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口。烟气换热器热水出水口经第二三通阀 与水水换热器低温入水口相连，烟气换热器回水口则通过第四三通阀连接至生活热水水 箱出水口。所述三通阀入口和出口的具体流向由不同季节工况和需求决定。

所述燃气内燃发电机组的缸套水，经缸套水出口连接第一三通阀，第一三通阀的出 口分别连接水水换热器高温热水入水口和烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组热水入水口； 缸套水入水口则与第三三通阀出水口相连，第三三通阀的入口分别连接水水换热器高温 热水出水口和溴化锂吸收式冷暖机组的热水出口。所述三通阀入口和出口的具体流向由 不同季节工况和需求决定。

经过水水换热器换热后的热水与生活热水水箱入水口相连，用于直接存储制取的生 活热水。

所述太阳能光热系统包括太阳能集热器和光热水箱。

所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组可由烟气和热水同时或独立驱动以制取冷水 或热水，满足用户不同季节用能需求。

所述烟气来自燃气内燃发电机组的烟气余热，循环利用后的废气通过烟气热水溴化 锂吸收式冷暖机组尾气口排出。

同时，所述热水则可通过燃气内燃发电机组的缸套水余热或太阳能光热系统产生， 具体根据工况和需求进行调节。

所述太阳能光热系统通过所述太阳能集热器产生热水，经光热水箱高温入水口通入 所述光热水箱存储，循环使用后再经光热水箱高温热水出口返回所述太阳能集热器。

所述光热水箱在使用时可由外部补充常温水。

所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组的热水入口与第五三通阀的出口相连，第五三 通阀的入口则分别连接第一三通阀和光热水箱低温出水口。同时，烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组的热水出口则经第六三通阀返回至光热水箱或燃气内燃发电机组，完成热水驱动循环。

冷却水通过冷却塔出水口进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行换热，换热后的 冷却水再通过冷却塔入水口送回冷却塔中进行冷却，完成冷却水循环。

所述光伏发电和热泵系统包括光伏电池板、光伏逆变器和光伏热泵。

所述光伏发电和热泵系统可利用光伏电池板发电，经光伏逆变器并网后为用户供电。同时，光伏电池板发电可直接驱动光伏热泵，产生冷水或热水为所述多能互补能源 系统补充能量，充分满足不同类型用户的需求。

进一步地，所述的多能互补能源系统，还包括智能控制系统，所述智能控制系统进行燃气内燃发电机组测试、冷热电联供和热电联供一系列相关试验研究，明确系统热电 输出规律、变工况特性以及各项性能指标，考察系统的静态和动态变化，为多能互补综 合能源系统优化运行策略相关研究提供可靠的平台支撑。

所述智能控制系统可实现以下功能：

阀门控制：包括启停控制、三通阀流向控制、变频控制；

恒温控制：包括缸套水温度、储热水罐恒温控制；

模拟负载控制：可通过控制模拟电负荷，实现燃气内燃发电机组不同工况的切换，以充分模拟不同的运行工况，

设备控制：控制各主要设备的启停。

本发明还提出一种多能互补综合能源系统进行启停智能控制的方法，包括如下步骤：

S1、检查燃气内燃发电机组状态，开启通风设备；

S2、检查天然气压力，接上蓄电池供机组启动；

S3、启动燃气内燃发电机组，系统进入启动工况进行预热；

S4、智能控制系统启动，用户根据不同需求设定当前运行工况；

S5、智能控制系统根据当前工况，控制相应设备启动及阀门开关，并按照用户需求通过PID控制器对相应点位进行恒温控制；

S6、降负荷运行，保持一定时间间隔；

S7、开启排烟设备，智能控制系统关闭相应设备；

S8、燃气内燃发电机组停机，关闭供气设备开关，并检查密封性；

S9、断开机组蓄电池连接，关闭并检查通风设备；

S10、系统关闭。

本发明所述的冷热电联供的多能互补综合能源系统的运行方法如下：

当用户需要生活热水时，燃气内燃发电机组和光伏发电和热泵系统发电的同时，所 述燃气内燃发电机组发电产生的高温烟气和缸套水通过所述烟气换热器和所述水水换热器制取生活热水并存储于所述生活热水水箱；所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用。

具体地，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口通入烟气三通阀，烟气三通 阀的出口连接烟气换热器进气口，烟气换热器热水出水口经第二三通阀与水水换热器低 温入水口相连；所述缸套水经缸套水出水口连接第一三通阀，第一三通阀的出口连接水水换热器高温入水口；经过水水换热器换热后的热水与生活热水水箱入水口相连，用于 存储制取的生活热水；同时，所述太阳能光热系统中太阳能集热器制取的热水经光热水 箱高温入水口进入光热水箱，用于存储制取的生活热水。

夏季需要生活热水和制冷时，燃气内燃发电机组发电的同时，所述燃气内燃发电机 组发电产生的高温烟气驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行制冷，所述燃气内燃发 电机组发电产生的缸套水通过所述烟气换热器和所述水水换热器制取生活热水并存储于所述生活热水水箱；

所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用；同时，所述太阳能光热系统的 热水通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，作为所述燃气内燃发电机组的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行制冷；

冷却水通过冷却塔进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，为其提供冷却水；

同时，光伏电池板直接驱动光伏热泵，为用户满足制冷需求。

具体地，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口通入烟气三通阀，再通入烟 气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口，用于驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进 行制冷，换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口排出；

所述太阳能光热系统中太阳能集热器制取的热水经光热水箱高温入水口进入光热 水箱，用于存储制取的生活热水；同时，光热水箱中的热水通过光热水箱低温出水口经由第五三通阀通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，作为燃气内燃发电机组的补充热 源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行制冷；

冷却水通过冷却塔出水口进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，为烟气热水溴化锂 吸收式冷暖机组的制冷机提供冷却水；

所述缸套水经缸套水出水口连接第一三通阀，第一三通阀的出口连接水水换热器高 温入水口，经过水水换热器换热后的热水与生活热水水箱入水口相连，用于存储制取的生活热水；

同时，光伏电池板直接驱动光伏热泵，为用户满足制冷需求。

冬季需要生活热水和取暖时，燃气内燃发电机组发电的同时，所述燃气内燃发电机 组发电产生的高温烟气驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行供暖，所述燃气内燃发 电机组发电产生的缸套水通过所述烟气换热器和所述水水换热器制取生活热水并存储于所述生活热水水箱；

所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用；同时，所述太阳能光热系统的 热水通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，作为所述燃气内燃发电机组的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行供暖：

同时，光伏电池板直接驱动光伏热泵，为用户满足制冷需求。

具体地，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口通入烟气三通阀，再通入烟 气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口，用于驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进 行供暖，换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口排出；

所述太阳能光热系统中太阳能集热器制取的热水经光热水箱高温入水口进入光热 水箱，用于存储制取的生活热水；同时，光热水箱中的热水通过光热水箱低温出水口经由第五三通阀通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组，作为燃气内燃发电机组的补充热 源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组进行供暖；

所述缸套水经缸套水出水口连接第一三通阀，第一三通阀的出口连接水水换热器高 温入水口，经过水水换热器换热后的热水与生活热水水箱入水口相连，用于存储制取的生活热水；

同时，光伏电池板直接驱动光伏热泵，为用户满足供暖需求。

本发明的工作原理为：以太阳能和燃气三联供为核心能源，通过燃气内燃发电机组 和光伏发电系统提供用户所需电能。燃气内燃机产生的高温烟气和缸套水余热一方面可 通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组实现制冷、供暖，另一方面又可通过烟气换热器和水水换热器串联制取高品质生活热水，满足用户日常生活所需。同时，太阳能光热系统 还可进一步产生热水作为烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组和生活热水的补充热源，充分 保障机组的制冷(热)效率，实现不同系统之间的能源互补互济，改善能源利用效率。 另外，本发明还引入光伏热泵技术，利用光伏发电驱动热泵制取额外的冷(热)量，以 进一步提高可再生能源的利用率，降低化石能源消耗，充分应对大负荷用户的用能需求。

本发明的有益效果为：

1)本发明提供了一种多能互补综合能源系统的方案，打破了以往供能方案中电、热、冷供给方式较为单一的缺陷，通过太阳能和燃气三联供系统的深度互补耦合，保证 在发电、制冷、供暖和生活热水四大环节中都至少有两个可用源，充分提高了系统供能 稳定性和可靠性。

2)本发明改变了以往综合能源系统的运行方式，根据用户不同需求实现了多种不同工况的可调多变，包括发电+生活热水、发电+制冷+生活热水、发电+供暖+生活热水、 发电+制冷(供暖)等四大主要工况，可通过调节系统中不同三通阀的流向实现不同工 况之间的灵活切换，充分满足用户多样化用能需求：

3)本发明特别引入了光伏热泵技术，不仅能够利用光伏发电，同时还可驱动光伏热泵直接产生冷(热)量，进一步增加了可再生能源的消纳途径，降低化石能源消耗；

4)本发明将太阳能热水系统与燃气三联供系统结合，通过太阳能热水为烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组提供辅助热源，使得机组无论在何种工况下均能保持烟气和热水双热源驱动模式，充分提高其整体制(冷)热效率，提升系统整体能效；

5)本发明可通过智能控制系统进行燃气内燃发电机组测试、冷热电联供和热电联供等一系列相关试验研究，明确系统热电输出规律、变工况特性以及各项性能指标，考 察系统的静态和动态变化，为多能互补综合能源系统优化运行策略相关研究提供可靠的 平台支撑。

附图说明

图1为本发明的多能互补综合能源系统的结构示意图。

图2为本发明的多能互补综合能源系统启停控制流程图。

1、燃气内燃发电机组，2、烟气换热器，3、水水换热器，4、烟气热水溴化锂吸收 式冷暖机组，5、光热水箱，6、太阳能集热器，7、光伏热泵，8、光伏电池板，9、光 伏逆变器，10、生活热水水箱，11、燃气内燃发电机组排烟口，12、烟气三通阀，13、 烟气换热器进气口，14、烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口，15、烟气热水溴 化锂吸收式冷暖机组尾气口，16、冷却塔，17、冷却塔出水口，18、冷却塔入水口，19、 光热水箱高温入水口，20、光热水箱高温出水口，21、光热水箱低温出水口，22、烟气 换热器热水出水口，23、烟气换热器热水回水口，24、缸套水出水口，25、缸套水回水 口，26、第一三通阀，27、光热水箱低温回水口，28、第二三通阀，29、第四三通阀， 30、第六三通阀，31、第五三通阀，32、生活热水水箱出水口，33、生活热水水箱入水 口，34、第三三通阀，35、水水换热器低温入水口，36、水水换热器高温入水口，37、 水水换热器高温出水口。

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的 附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普 通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了基于太阳能和内燃发电机组冷热电联供的多能互补综合能源系统，包括 燃气内燃发电机组1、烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4、冷却塔16、烟气换热器2、 水水换热器3、生活热水水箱10、光热水箱5、太阳能集热器6、光热水箱5、光伏发电 板8、光伏逆变器9和光伏热泵7。其中燃气内燃发电机组1产生的余热可通入烟气热 水溴化锂吸收式冷暖机组2实现制冷或取暖，也可通过烟气换热器2和水水换热器3制 取生活热水并存储于生活热水水箱10。太阳能集热器6产生的热水通入光热水箱5，光 热水箱5中的热水可通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组2实现制冷或取暖，也可直接 作为生活热水。光伏发电板8产生的电能可通过光伏逆变器9并网发电，同时为所述多 能互补综合能源系统补充能量。

如图1所示，燃气内燃发电机组1采用天然气供给发电，发电过程产生的高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口11通入烟气三通阀12，再通入烟气换热器2进行换热，循 环利用后的废气通过烟气换热器排烟出口排出。换热后的热水经烟气换热器热水出水口 22通入第二三通阀28，再由水水换热器低温入水口35进入水水换热器2进行二次升温。 同时，燃气发电机组缸套水经缸套水出水口24通入第一三通阀26，再经水水换热器高 温入水口36进入水水换热器3，换热后通过水水换热器高温出水口37，经第三三通阀 34流入缸套水回水口25，进而返回燃气发电机组1内部，从而完成缸套水循环。产生 热水经二次换热后，通过水水换热器高温出水口33通入生活热水水箱10存储。生活热 水水箱10在使用时可由外部补充常温水，通过生活热水水箱出水口32流经第四三通阀 29，进入烟气换热器入水口23，完成串联换热循环。

当烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4工作时，烟气通过燃气内燃发电机组排烟口11 经烟气三通阀12通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口14，换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口15排出。同时，调整第一三通阀26和第五三通 阀31，使缸套水通过缸套水出水口24进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，换热后 通过调整第六三通阀30和第三三通阀34进入缸套水回水口25，完成热水循环。另外， 冷却水通过冷却塔出水口17进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，换热后再经冷却塔 入水口18送回冷却塔16，完成冷却水的循环。

太阳能集热器6制取的热水经光热水箱高温入水口19进入光热水箱5，换热完成后再经光热水箱高温回水口20送回太阳能集热器6，完成太阳能热水循环。同时，调整第 五三通阀31可使光热水箱5中的热水可通过光热水箱低温出水口21通入烟气热水溴化 锂吸收式冷暖机组4，作为燃气内燃发电机组的补充热源，此时调节第六三通阀30，便 可使换热后的热水经光热水箱低温回水口27返回光热水箱5，完成热水循环。在此工况 下，若生活热水需求较大，还可通过调节第一三通阀26和第三三通阀34，使缸套水通 过水水换热器3制取生活热水，此时还需调节第二三通阀28和第四三通阀29，使待换 热的热水通过生活热水水箱出水口32直接进入水水换热器低温入水口35，完成热水循 环。

光伏电池板8可利用太阳能发电，经光伏逆变器9并网后为用户供电。同时，光伏电池板8发电可直接驱动光伏热泵7，产生冷水或热水为用户提供补充热(冷)量，充 分满足不同类型用户的需求。

本发明可以具有多个工作模式，通过调节系统中的三通阀实现不同工况之间的灵活 切换。

实施例一

发电+生活热水模式：燃气内燃发电机组和光伏发电，同时利用高温烟气和缸套水余热串联制取生活热水。同时，太阳能光热系统可同时制取生活热水。

该模式下本发明所述的多能互补综合能源系统具体运行方式如下：

燃气内燃发电机组1采用天然气供给发电，将产生的电能输出给用电负荷。光伏电池板8利用太阳能发电，经光伏逆变器9并网后为用户供电。

燃气发电机组1发电过程中产生的高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口11通入烟气三通阀12，烟气三通阀12的出口分别连接烟气换热器进气口13，烟气换热器热水出 水口22经第二三通阀28与水水换热器低温入水口35相连，经过水水换热器换热后的 热水与生活热水水箱入水口33相连，用于存储制取的生活热水。

燃气内燃发电机组的缸套水，经缸套水出水口24连接第一三通阀26，第一三通阀26的出口连接水水换热器高温入水口36。经过水水换热器二次换热后的热水与生活热 水水箱入水口33相连，用于存储制取的生活热水。

同时，太阳能集热器6制取的热水经光热水箱高温入水口19进入光热水箱5，用于存储制取的生活热水。

实施例二

发电+制冷+生活热水模式：燃气内燃发电机组发电，高温烟气进入溴化锂吸收式制 冷机供冷，太阳能光热系统产生热水同时驱动溴化锂吸收式制冷机组，冷却塔则为溴化锂吸收式制冷机提供冷却水。内燃发电机组的缸套水通过水水换热器产生生活热水。另外，光伏发电驱动热泵亦可为用户制冷。

该模式下本发明所述的多能互补综合能源系统具体运行方式如下：

燃气内燃发电机组1采用天然气供给发电，将产生的电能输出给用电负荷。

燃气内燃发电机组1发电过程产生的高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口11通入烟气三通阀12，再通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口14，用于驱动烟气 热水溴化锂吸收式冷暖机组4进行制冷。换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机 组尾气口15排出。

太阳能集热器6制取的热水经光热水箱高温入水口19进入光热水箱5，用于存储制取的生活热水。

同时，光热水箱5中的热水通过光热水箱低温出水口21经由第五三通阀31通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，作为燃气内燃发电机组的补充热源，驱动烟气热水溴 化锂吸收式冷暖机组4进行制冷。

冷却水通过冷却塔出水口17进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，为溴化锂吸收 式制冷机提供冷却水。换热后再经冷却塔入水口18送回冷却塔16，完成冷却水的循环。

燃气内燃发电机组的缸套水，经缸套水出水口24连接第一三通阀26，第一三通阀26的出口连接水水换热器高温入水口36。经过水水换热器二次换热后的热水与生活热 水水箱入水口33相连，用于存储制取的生活热水。

光伏电池板8直接驱动光伏热泵7，为用户满足制冷需求。

实施例三：

发电+供暖+生活热水模式：基本运行方式同实施例二，但冷却塔不工作。

该模式下本发明所述的多能互补综合能源系统具体运行方式如下：

燃气内燃发电机组1采用天然气供给发电，将产生的电能输出给用电负荷。

燃气内燃发电机组1发电过程产生的高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口11通入烟气三通阀12，再通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口14，用于驱动烟气 热水溴化锂吸收式冷暖机组4进行供暖。换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机 组尾气口15排出。

太阳能集热器6制取的热水经光热水箱高温入水口19进入光热水箱5，用于存储制取的生活热水。

同时，光热水箱5中的热水通过光热水箱低温出水口21经由第五三通阀31通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，作为燃气内燃发电机组的补充热源，用于驱动烟气热 水溴化锂吸收式冷暖机组4进行供暖。。

燃气内燃发电机组的缸套水，经缸套水出水口24连接第一三通阀26，第一三通阀26的出口连接水水换热器高温入水口36。经过水水换热器二次换热后的热水与生活热 水水箱入水口33相连，用于存储制取的生活热水。

光伏电池板8直接驱动光伏热泵7，为用户满足供暖需求。

该模式下，也可直接由太阳能热水系统联合为用户供暖和制取生活热水，制冷机和 热泵不再工作；

实施例四：

发电+制冷(供暖)模式：燃气内燃发电机组发电，高温烟气和缸套水同时进入溴化锂吸收式制冷机用于供冷(暖)，同时光伏发电用于驱动热泵。

燃气内燃发电机组1采用天然气供给发电，将产生的电能输出给用电负荷。

燃气内燃发电机组1发电过程产生的高温烟气通过燃气内燃发电机组排烟口11经烟气三通阀12通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口14，换热后的废气经烟 气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口15排出。

同时，调整第一三通阀26和第五三通阀31，使缸套水通过缸套水出水口24进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组4，换热后通过调整第六三通阀30和第三三通阀34进入 缸套水回水口25，完成热水循环。

光伏电池板8直接驱动光伏热泵7，为用户满足制冷或供暖需求。

本发明包括但不限于上述工作模式，用户可以根据实际需求，通过智能控制系统调 节系统中的阀门来实现各种所需工况之间的灵活切换，并达到相应的控制目的。

本发明涉及的智能控制系统主要可实现：

1、阀门控制。包括启停控制、三通阀流向控制、变频控制；

2、恒温控制。包括缸套水温度、储热水罐恒温控制；

3、模拟负载控制。可通过控制模拟电负荷，实现燃气内燃发电机组不同工况的切换，以充分模拟不同的运行工况，

4、设备控制。控制各主要设备的启停。

因此，本发明不仅能够满足不同类型用户的冷、热、电综合供给需求，同时还可通过智能控制系统及可控负载，进行燃气内燃发电机组测试、冷热电联供和热电联供等相 关试验研究，明确系统热电耦合、变工况特性及性能变化，考察系统静态和动态特性， 从而为多能互补综合能源系统优化运行策略相关研究提供可靠的平台支撑。

本发明涉及的多能互补综合能源系统启停控制流程如图2所示，具体为：

1、检查燃气内燃发电机组状态，开启通风设备；

2、检查天然气压力，接上蓄电池供机组启动；

3、启动燃气内燃发电机组，系统进入启动工况进行预热；

4、智能控制系统启动，用户根据不同需求设定当前运行工况；

5、智能控制系统根据当前工况，控制相应设备启动及阀门开关，并按照用户需求通过PID控制器对相应点位进行恒温控制；

6、降负荷运行，保持一定时间间隔；

7、开启排烟设备，智能控制系统关闭相应设备；

8、燃气内燃发电机组停机，关闭供气设备开关，并检查密封性；

9、断开机组蓄电池连接，关闭并检查通风设备；

10、系统关闭。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术 人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发 明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种冷热电联供的多能互补综合能源系统，其特征在于，包括燃气内燃发电机组(1)、烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)、冷却塔(16)、烟气换热器(2)、水水换热器(3)、生活热水水箱(10)、太阳能光热系统和光伏发电和热泵系统，所述燃气内燃发电机组(1)产生的余热可通入所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)实现制冷或取暖，也可通过所述烟气换热器(2)和所述水水换热器(3)制取生活热水并存储于所述生活热水水箱(10)；所述太阳能光热系统产生的热水可通入所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)实现制冷或取暖，也可直接作为生活热水；所述光伏发电和热泵系统可并网发电，同时为所述多能互补综合能源系统补充能量。

2.根据权利要求1所述的多能互补综合能源系统，所述燃气内燃发电机组(1)采用天然气驱动，可实现并网发电满足用户用电需求。

3.根据权利要求2所述的多能互补综合能源系统，燃气内燃发电机组排烟口(11)连接烟气三通阀(12)，所述烟气三通阀(12)的出口分别连接烟气换热器进气口(13)和烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口(14)；烟气换热器热水出水口(22)经第二三通阀(28)与水水换热器低温入水口(35)相连，烟气换热器热水回水口(23)则通过第四三通阀(29)连接至生活热水水箱出水口(32)；所述三通阀入口和出口的具体流向由不同季节工况和需求决定。

4.根据权利要求2所述的多能互补综合能源系统，所述燃气内燃发电机组(1)的缸套水经缸套水出水口(24)连接第一三通阀(26)，所述第一三通阀(26)的出口分别连接水水换热器高温入水口(36)和烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)热水入水口；缸套水回水口(25)则与第三三通阀(34)出水口相连，所述第三三通阀(34)的入口分别连接水水换热器高温热水出水口(37)和所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)的热水出口，所述三通阀入口和出口的具体流向由不同季节工况和需求决定。

5.根据权利要求3或4所述的多能互补综合能源系统，经过所述水水换热器(3)换热后的热水与生活热水水箱入水口(33)相连，用于直接存储制取的生活热水。

6.根据权利要求3所述的多能互补能源系统，所述太阳能光热系统包括太阳能集热器(6)和光热水箱(5)。

7.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的多能互补综合能源系统，所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)可由烟气和热水同时或独立驱动以制取冷水或热水，满足用户不同季节用能需求。

8.根据权利要求7所述的多能互补综合能源系统，所述烟气来自燃气内燃发电机组(1)的烟气余热，循环利用后的废气通过烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口(15)排出。

9.根据权利要求8所述的多能互补综合能源系统，所述热水可通过所述燃气内燃发电机组(1)的缸套水余热或所述太阳能光热系统产生，具体根据工况和需求进行调节。

10.根据权利要求6所述的多能互补能源系统，所述太阳能光热系统通过所述太阳能集热器(6)产生热水，经光热水箱高温入水口(19)通入所述光热水箱(5)存储，循环使用后再经光热水箱高温热水出口(20)返回所述太阳能集热器(6)。

11.根据权利要求10所述的多能互补能源系统，所述光热水箱(5)在使用时可由外部补充常温水。

12.根据权利要求10所述的多能互补能源系统，所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)的热水入口与第五三通阀(31)的出口相连，所述第五三通阀(31)的入口则分别连接所述第一三通阀(26)和光热水箱低温出水口(21)；同时，所述烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)的热水出口则经第六三通阀(30)返回至所述光热水箱(5)或所述燃气内燃发电机组(1)，完成热水驱动循环。

13.根据权利要求12所述的多能互补能源系统，冷却水通过冷却塔出水口(17)进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行换热，换热后的冷却水再通过冷却塔入水口(18)送回所述冷却塔(16)中进行冷却，完成冷却水循环。

14.根据权利要求1所述的多能互补能源系统，所述光伏发电和热泵系统包括光伏电池板(8)、光伏逆变器(9)和光伏热泵(7)。

15.根据权利要求14所述的多能互补能源系统，所述光伏发电和热泵系统可利用所述光伏电池板(8)发电，经所述光伏逆变器(9)并网后为用户供电；同时，所述光伏电池板(8)发电可直接驱动光伏热泵(7)，产生冷水或热水为所述多能互补能源系统补充能量，充分满足不同类型用户的需求。

16.根据权利要求1所述的多能互补能源系统，其特征在于，还包括智能控制系统，所述智能控制系统进行燃气内燃发电机组测试、冷热电联供和热电联供一系列相关试验研究，明确系统热电输出规律、变工况特性以及各项性能指标，考察系统的静态和动态变化，为多能互补综合能源系统优化运行策略相关研究提供可靠的平台支撑。

17.根据权利要求16所述的多能互补能源系统，其特征在于，所述智能控制系统可实现以下功能：

阀门控制：包括启停控制、三通阀流向控制、变频控制；

恒温控制：包括缸套水温度、储热水罐恒温控制；

模拟负载控制：可通过控制模拟电负荷，实现燃气内燃发电机组不同工况的切换，以充分模拟不同的运行工况，

设备控制：控制各主要设备的启停。

18.一种对权利要求16或17所述的多能互补综合能源系统进行启停智能控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、检查燃气内燃发电机组状态，开启通风设备；

S2、检查天然气压力，接上蓄电池供机组启动；

S3、启动燃气内燃发电机组，系统进入启动工况进行预热；

S4、智能控制系统启动，用户根据不同需求设定当前运行工况；

S5、智能控制系统根据当前工况，控制相应设备启动及阀门开关，并按照用户需求通过PID控制器对相应点位进行恒温控制；

S6、降负荷运行，保持一定时间间隔；

S7、开启排烟设备，智能控制系统关闭相应设备；

S8、燃气内燃发电机组停机，关闭供气设备开关，并检查密封性；

S9、断开机组蓄电池连接，关闭并检查通风设备；

S10、系统关闭。

19.一种如权利要求1所述的冷热电联供的多能互补综合能源系统的运行方法，其特征在于，

当用户需要生活热水时，燃气内燃发电机组(1)和光伏发电和热泵系统发电的同时，所述燃气内燃发电机组(1)发电产生的高温烟气和缸套水通过所述烟气换热器(2)和所述水水换热器(3)制取生活热水并存储于所述生活热水水箱(10)；所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口(11)通入烟气三通阀(12)，烟气三通阀(12)的出口连接烟气换热器进气口(13)，烟气换热器热水出水口(22)经第二三通阀(28)与水水换热器低温入水口(35)相连；所述缸套水经缸套水出水口(24)连接第一三通阀(26)，第一三通阀(26)的出口连接水水换热器高温入水口(36)；经过水水换热器(3)换热后的热水与生活热水水箱入水口(33)相连，用于存储制取的生活热水；

同时，所述太阳能光热系统中太阳能集热器(6)制取的热水经光热水箱高温入水口(19)进入光热水箱(5)，用于存储制取的生活热水。

21.一种如权利要求1所述的冷热电联供的多能互补综合能源系统的运行方法，其特征在于，

夏季需要生活热水和制冷时，燃气内燃发电机组(1)发电的同时，所述燃气内燃发电机组(1)发电产生的高温烟气驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行制冷，所述燃气内燃发电机组(1)发电产生的缸套水通过所述烟气换热器(2)和所述水水换热器(3)制取生活热水并存储于所述生活热水水箱(10)；

所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用；同时，所述太阳能光热系统的热水通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，作为所述燃气内燃发电机组(1)的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行制冷；

冷却水通过冷却塔(16)进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，为其提供冷却水；

同时，光伏电池板(8)直接驱动光伏热泵(7)，为用户满足制冷需求。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口(11)通入烟气三通阀(12)，再通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口(14)，用于驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行制冷，换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口(15)排出；

所述太阳能光热系统中太阳能集热器(6)制取的热水经光热水箱高温入水口(19)进入光热水箱(5)，用于存储制取的生活热水；同时，光热水箱(5)中的热水通过光热水箱低温出水口(21)经由第五三通阀(31)通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，作为燃气内燃发电机组的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行制冷；

冷却水通过冷却塔出水口(17)进入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，为烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)的制冷机提供冷却水；

所述缸套水经缸套水出水口(24)连接第一三通阀(26)，第一三通阀(26)的出口连接水水换热器高温入水口(36)，经过水水换热器(3)换热后的热水与生活热水水箱入水口(33)相连，用于存储制取的生活热水；

同时，光伏电池板(8)直接驱动光伏热泵(7)，为用户满足制冷需求。

23.一种如权利要求1所述的冷热电联供的多能互补综合能源系统的运行方法，其特征在于，

冬季需要生活热水和取暖时，燃气内燃发电机组(1)发电的同时，所述燃气内燃发电机组(1)发电产生的高温烟气驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行供暖，所述燃气内燃发电机组(1)发电产生的缸套水通过所述烟气换热器(2)和所述水水换热器(3)制取生活热水并存储于所述生活热水水箱(10)；

所述太阳能光热系统直接生产生活热水供用户使用；同时，所述太阳能光热系统的热水通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，作为所述燃气内燃发电机组(1)的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行供暖；

同时，光伏电池板(8)直接驱动光伏热泵(7)，为用户满足制冷需求。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述高温烟气经燃气内燃发电机组排烟口(11)通入烟气三通阀(12)，再通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组烟气进气口(14)，用于驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行供暖，换热后的废气经烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组尾气口(15)排出；

所述太阳能光热系统中太阳能集热器(6)制取的热水经光热水箱高温入水口(19)进入光热水箱(5)，用于存储制取的生活热水；同时，光热水箱(5)中的热水通过光热水箱低温出水口(21)经由第五三通阀(31)通入烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)，作为燃气内燃发电机组的补充热源，驱动烟气热水溴化锂吸收式冷暖机组(4)进行供暖；

所述缸套水经缸套水出水口(24)连接第一三通阀(26)，第一三通阀(26)的出口连接水水换热器高温入水口(36)，经过水水换热器(3)换热后的热水与生活热水水箱入水口(33)相连，用于存储制取的生活热水；

同时，光伏电池板(8)直接驱动光伏热泵(7)，为用户满足供暖需求。