CN110284973A - 一种分布式冷热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种分布式冷热电联供系统，涉及能源处理技术领域，该系统包括：燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、ORC设备发电机组、槽式太阳能集热场、吸收式制冷机、多用途换热器、第一换热器、第二换热器、第三换热器以及多个阀门，还包括：高温储能系统、低温储能系统、燃气锅炉以及压缩式制冷机。本发明将燃气轮机与燃气内燃机结合，使燃气轮机持续运行负责提供基本电力负荷，燃气内燃机作为调峰机组，本发明能够降低燃料的消耗量，实现能源的梯级利用，进一步提高分布式冷热电联供系统的可靠性与节能性；在夏季对燃气轮机进气进行冷却，提高燃气轮机的发电量；在冬季对燃气轮机进气进行加热以降低进气系统出现冰堵的现象。

Description

一种分布式冷热电联供系统
技术领域
本发明实施例涉及能源处理技术领域，具体涉及一种分布式冷热电联供系统。
背景技术
冷热电联供系统是在热电联供的基础上发展起来的，是分布式能源发展的主要方向和形式。分布式能源系统是相对传统的集中式供能的能源系统而言的，传统的集中式供能系统采用大容量设备集中生产，然后通过专门的输送设施将各种能量输送给较大范围内的众多用户；而分布式能源系统布置灵活、结构多样，按用户的需求就地生产并向用户提供能量，能够高效地实现能源的综合梯级利用，达到更高的一次能源利用效率。
但往往在实际部署和使用中，现有的分布式冷热电联供系统会存在以下困难和问题：
第一、现有分布式冷热电联供系统通常采用以燃气轮机为核心或以内燃机为核心，燃气轮机可以连续长时间运行但效率较低，且在部分负荷下其效率会进一步降低，由于分布式联供系统靠近用户侧，能量输出受用户负荷波动影响较大，因此分布式能源系统的经济性和节能性并没有很好地体现出来；
第二、现有分布式冷热电联供系统中燃气轮机的进气系统在冬季会由于空气温度较低而导致进气系统发生冰堵现象。
基于以上的问题，亟需一种分布式冷热电联供系统的技术方案。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种分布式冷热电联供系统，以解决现有技术中由于燃气轮机在部分负荷下其效率会进一步降低而导致分布式能源系统的经济性和节能性不高的问题和由于燃气轮机的进气系统在冬季会因空气温度较低而导致进气系统发生冰堵现象的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，一种分布式冷热电联供系统，包括：燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、ORC设备发电机组、槽式太阳能集热场、吸收式制冷机、多用途换热器、第一换热器、第二换热器、第三换热器以及多个阀门；
所述燃气轮机发电机组由燃气轮机和第一发电机组成，所述燃气轮机发电机组持续运行，负责提供基本电力负荷；
所述燃气内燃机发电机组由燃气内燃机和第二发电机组成，所述燃气内燃机发电机组作为调峰机组，其中所述燃气内燃机的进气管道中设置有第十三阀门；
所述ORC设备发电机组由ORC发电设备和第三发电机组成，用于利用所述燃气轮机发电机组排出的高温烟气所产生的余热进行发电；
所述多用途换热器分别与所述燃气轮机、所述吸收式制冷机以及所述第三换热器相连接，所述多用途换热器设置在所述燃气轮机中的压气机进气口前，所述多用途换热器用于对所述燃气轮机进气进行加热或冷却，其中所述第三换热器与所述多用途换热器之间设置有第九阀门，所述吸收式制冷机与所述多用途换热器之间设置有第十一阀门；
所述槽式太阳能集热场通过第一阀门与所述第一换热器相连接；
所述第一换热器分别与所述燃气轮机、所述ORC发电设备和所述第二换热器相连接，所述燃气轮机排出的高温烟气的能量和所述槽式太阳能集热场提供的能量通过所述第一换热器提供给所述ORC发电设备，其中所述第一换热器与所述ORC发电设备之间设置有第二阀门；
所述第二换热器分别与所述吸收式制冷机和所述第三换热器相连接，所述吸收式制冷机用于向用户供冷，其中所述第二换热器与所述吸收式制冷机之间设置有第五阀门，所述第三换热器用于将吸收的能量提供给多用途换热器，所述第三换热器还用于将吸收的能量向用户供热，所述第三换热器向用户供热的管道中设置有第八阀门。
进一步地，所述吸收式制冷机为吸收式溴化锂制冷机。
进一步地，还包括利用所述燃气内燃机的缸套水中的余热向用户供热。
进一步地，还包括高温储能系统，用于储存多余的高品位能量；所述高温储能系统通过第三阀门与所述第一换热器相连接，所述高温储能系统还通过第四阀门与所述第二换热器相连接。
进一步地，还包括低温储能系统，用于储存多余的低品位能量；所述低温储能系统通过第六阀门与所述第二换热器相连接，所述低温储能系统还通过第七阀门与所述第三换热器相连接。
进一步地，还包括燃气锅炉，用于在烟气热量不足时向所述第二换热器提供能量；所述燃气锅炉的进气管道设置有第十二阀门。
进一步地，还包括压缩式制冷机，用于在吸收式制冷机供冷不足时向用户供冷；所述第一发电机与所述压缩式制冷机相连接，所述第一发电机用于向所述压缩式制冷机供电。
进一步地，所述系统的燃料经过所述第三换热器加热之后再分别进入所述燃气轮机的燃气进口、所述燃气内燃机的燃气进口以及所述燃气锅炉的燃气进口；所述第三换热器的燃气进口的管道设置有第十阀门。
本发明实施例具有如下优点：
本发明将燃气轮机与燃气内燃机相结合，使燃气轮机持续运行，负责提供基本电力负荷，燃气内燃机作为调峰机组，提高发电效率，降低燃料的消耗量，实现能源的梯级利用，从而进一步提高分布式冷热电联供系统的可靠性与节能性；通过在燃气轮机的压气机进气口前设置多用途换热器，在夏季能够对燃气轮机进气进行冷却，提高燃气轮机的发电量；在冬季能够对燃气轮机进气进行加热以降低进气系统出现冰堵的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例中提供的一种分布式冷热电联供系统的结构示意图；
附图标记说明：1、燃气轮机；2、第一发电机；3、燃气内燃机；4、第二发电机；5、ORC发电设备；6、第三发电机；7、吸收式制冷机；8、多用途换热器；9、第一换热器；10、第二换热器；11、第三换热器；12、槽式太阳能集热场；13、高温储能系统；14、低温储能系统；15、燃气锅炉；16、压缩式制冷机；17、第一阀门；18、第二阀门；19、第三阀门；20、第四阀门；21、第五阀门；22、第六阀门；23、第七阀门；24、第八阀门；25、第九阀门；26、第十阀门；27、第十一阀门；28、第十二阀门；29、第十三阀门。
图2为本发明实施例中提供的一种燃气内燃机与燃气轮机电力负荷曲线图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。
图1为本发明实施例中提供的一种分布式冷热电联供系统的结构示意图，参见图1，包括：
燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、ORC设备发电机组、槽式太阳能集热场12、吸收式制冷机7、多用途换热器8、第一换热器9、第二换热器10、第三换热器11以及多个阀门；
所述燃气轮机发电机组由燃气轮机1和第一发电机2组成，所述燃气轮机发电机组持续运行，负责提供基本电力负荷；
所述燃气内燃机发电机组由燃气内燃机3和第二发电机4组成，所述燃气内燃机发电机组作为调峰机组，其中所述燃气内燃机3的进气管道中设置有第十三阀门29；
需要说明的是，由于晚上和白天的用电量不同，节假日和平日的用电量也不同，所以日常用电量是在变化的。将这种变化的用电量画在曲线图中，大致可以分为上部的波动部分和下部的稳定部分，稳定部分就是基本负荷。分布式联供系统靠近用户侧，能量输出受用户负荷波动影响较大，而燃气轮机1的效率会随着负荷率的降低而降低。因此，所述燃气轮机发电机组持续运行，负责提供基本电力负荷，所述燃气内燃机发电机组作为调峰机组，其中所述燃气内燃机3的进气管道中设置有第十三阀门29。
具体地，参见图2，本发明实施例中燃气轮机1负责提供基本电力负荷，所述基本电力负荷为30％的电力负荷以下的部分，燃气内燃机3作为调峰机组，燃气内燃机3承担超过30％的电力负荷的部分；
所述ORC设备发电机组由ORC发电设备5和第三发电机6组成，用于利用所述燃气轮机发电机组排出的高温烟气所产生的余热进行发电；
所述多用途换热器8分别与所述燃气轮机1、所述吸收式制冷机7以及所述第三换热器11相连接，所述多用途换热器8设置在所述燃气轮机1中的压气机进气口前，所述多用途换热器8用于对所述燃气轮机1进气进行加热或冷却，其中所述第三换热器11与所述多用途换热器8之间设置有第九阀门25，所述吸收式制冷机7与所述多用途换热器8之间设置有第十一阀门27；
具体地，在第十一阀门27打开状态下，所述多用途换热器8通过所述吸收式制冷机7提供的能量对所述燃气轮机1进气进行冷却，在第九阀门25打开状态下，所述多用途换热器8通过所述第三换热器11提供的能量对所述燃气轮机1进气进行加热。
所述槽式太阳能集热场12通过第一阀门17与所述第一换热器9相连接；
具体地，所述ORC发电设备5将使用后的剩余能量通过所述第一换热器9，在第一阀门17打开状态下，传递给所述槽式太阳能集热场12并进行加热，最后再提供给所述第一换热器9。
所述第一换热器9分别与所述燃气轮机1、所述ORC发电设备5和所述第二换热器10相连接，所述燃气轮机1排出的高温烟气的能量和所述槽式太阳能集热场12提供的能量通过所述第一换热器9提供给所述ORC发电设备5，其中所述第一换热器9与所述ORC发电设备5之间设置有第二阀门18；
所述第二换热器10分别与所述吸收式制冷机7和所述第三换热器11相连接，所述吸收式制冷机7用于向用户供冷，其中所述第二换热器10与所述吸收式制冷机7之间设置有第五阀门21，所述第三换热器11用于将吸收的能量提供给多用途换热器8，所述第三换热器11还用于将吸收的能量向用户供热，所述第三换热器11向用户供热的管道中设置有第八阀门24。
具体地，在第五阀门21打开状态下，所述第一换热器9提供的能量通过所述第二换热器10提供给所述吸收式制冷机7，以使所述吸收式制冷机7能够向用户供冷。
进一步地，所述吸收式制冷机7为吸收式溴化锂制冷机。
进一步地，所述系统还包括利用所述燃气内燃机3的缸套水中的余热向用户供热。
本发明实施例提供的一种分布式冷热电联供系统，将燃气轮机与燃气内燃机相结合，使燃气轮机持续运行，负责提供基本电力负荷，燃气内燃机作为调峰机组，提高发电效率，降低燃料的消耗量，实现能源的梯级利用，从而进一步提高分布式冷热电联供系统的节能性和经济性；通过在燃气轮机的压气机进气口前设置多用途换热器，在夏季能够对燃气轮机进气进行冷却，提高燃气轮机的发电量；在冬季能够对燃气轮机进气进行加热以降低进气系统出现冰堵的现象。
在本发明任一上述实施例的基础上，提供一种分布式冷热电联供系统，还包括高温储能系统13和低温储能系统14；高温储能系统13用于储存多余的高品位能量，并在需要时提供存储的所述高品位能量；所述高温储能系统13通过第三阀门19与所述第一换热器9相连接，通过第四阀门20与所述第二换热器10相连接；低温储能系统14用于储存多余的低品位能量，并在需要时提供存储的所述低品位能量；所述低温储能系统14通过第六阀门22与所述第二换热器10相连接，通过第七阀门23与所述第三换热器11相连接。
具体地，当所述第一换热器9提供的高品位能量没有及时被用到，打开第三阀门19，通过高温储能系统13将高品位能量储存在高温储能罐中，并在需要时打开第四阀门20，通过高温储能系统13将储存的高品位能量提供给所述第二换热器10。当所述第二换热器10提供的低品位能量没有及时被用到，打开第六阀门22，通过低温储能系统14将低品位能量储存在低温储能罐中，并在需要时打开第七阀门23，通过低温储能系统14将储存的低品位能量提供给所述第三换热器11。
本发明实施例提供的一种分布式冷热电联供系统，通过采用高温储能和低温储能相结合的方式，能够有效存储不同品位的能源，避免了能源的浪费，实现能源的梯级利用，从而提高系统能源的存储和再利用的效率，进一步提高分布式冷热电联供系统的节能性和经济性。
在本发明任一上述实施例的基础上，提供一种分布式冷热电联供系统，还包括燃气锅炉15，用于在烟气热量不足时补充能量；所述燃气锅炉15的进气管道设置有第十二阀门28。
本发明实施例提供的一种分布式冷热电联供系统，在烟气温度不够时，打开第十二阀门28，通过燃气锅炉15向第二换热器10提供足够的能量。
在本发明任一上述实施例的基础上，还包括压缩式制冷机16，用于在吸收式制冷机7供冷不足时补充能量；所述第一发电机2与所述压缩式制冷机16相连接，用于向所述压缩式制冷机16供电。
本发明实施例提供的一种分布式冷热电联供系统，通过利用第一发电机2对压缩式制冷机16进行供电，采用压缩式制冷机16与吸收式制冷机7相结合的方式，为用户进行供冷。
在本发明任一上述实施例的基础上，所述系统的燃料经过所述第三换热器11加热之后再分别进入所述燃气轮机1的燃气进口、所述燃气内燃机3的燃气进口以及所述燃气锅炉15的燃气进口；所述第三换热器11的燃气进口的管道设置有第十阀门26。
具体地，所述系统的燃料首先通过第三换热器11提供的能量进行加热，经过预热的燃料分别进入燃气轮机1的燃气进口，在第十三阀门29打开状态下进入燃气内燃机3的燃气进口，在第十二阀门28打开状态下进入燃气锅炉15的燃气进口。
本发明实施例提供的一种分布式冷热电联供系统，能够通过第三换热器11提供的低品位能量对燃料进行预热，提高燃气内燃机3、燃气轮机1以及燃气锅炉15的工作效率，降低燃料的消耗量，从而进一步提高分布式冷热电联供系统的节能性和经济性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种分布式冷热电联供系统，其特征在于，包括：燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组、ORC设备发电机组、槽式太阳能集热场(12)、吸收式制冷机(7)、多用途换热器(8)、第一换热器(9)、第二换热器(10)、第三换热器(11)以及多个阀门；
所述燃气轮机发电机组由燃气轮机(1)和第一发电机(2)组成，所述燃气轮机发电机组持续运行，负责提供基本电力负荷；
所述燃气内燃机发电机组由燃气内燃机(3)和第二发电机(4)组成，所述燃气内燃机发电机组作为调峰机组，其中所述燃气内燃机(3)的进气管道中设置有第十三阀门(29)；
所述ORC设备发电机组由ORC发电设备(5)和第三发电机(6)组成，用于利用所述燃气轮机发电机组排出的高温烟气所产生的余热进行发电；
所述多用途换热器(8)分别与所述燃气轮机(1)、所述吸收式制冷机(7)以及所述第三换热器(11)相连接，所述多用途换热器(8)设置在所述燃气轮机(1)中的压气机进气口前，所述多用途换热器(8)用于对所述燃气轮机(1)进气进行加热或冷却，其中所述第三换热器(11)与所述多用途换热器(8)之间设置有第九阀门(25)，所述吸收式制冷机(7)与所述多用途换热器(8)之间设置有第十一阀门(27)；
所述槽式太阳能集热场(12)通过第一阀门(17)与所述第一换热器(9)相连接；
所述第一换热器(9)分别与所述燃气轮机(1)、所述ORC发电设备(5)和所述第二换热器(10)相连接，所述燃气轮机(1)排出的高温烟气的能量和所述槽式太阳能集热场(12)提供的能量通过所述第一换热器(9)提供给所述ORC发电设备(5)，其中所述第一换热器(9)与所述ORC发电设备(5)之间设置有第二阀门(18)；
所述第二换热器(10)分别与所述吸收式制冷机(7)和所述第三换热器(11)相连接，所述吸收式制冷机(7)用于向用户供冷，其中所述第二换热器(10)与所述吸收式制冷机(7)之间设置有第五阀门(21)，所述第三换热器(11)用于将吸收的能量提供给多用途换热器(8)，所述第三换热器(11)还用于将吸收的能量向用户供热，所述第三换热器(11)向用户供热的管道中设置有第八阀门(24)。
2.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述吸收式制冷机(7)为吸收式溴化锂制冷机。
3.根据权利要求2所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括利用所述燃气内燃机(3)的缸套水中的余热向用户供热。
4.根据权利要求3所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括高温储能系统(13)，用于储存多余的高品位能量；所述高温储能系统(13)通过第三阀门(19)与所述第一换热器(9)相连接，所述高温储能系统(13)还通过第四阀门(20)与所述第二换热器(10)相连接。
5.根据权利要求4所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括低温储能系统(14)，用于储存多余的低品位能量；所述低温储能系统(14)通过第六阀门(22)与所述第二换热器(10)相连接，所述低温储能系统(14)还通过第七阀门(23)与所述第三换热器(11)相连接。
6.根据权利要求5所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括燃气锅炉(15)，用于在烟气热量不足时向所述第二换热器提供能量；所述燃气锅炉(15)的进气管道设置有第十二阀门(28)。
7.根据权利要求6所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括压缩式制冷机(16)，用于在吸收式制冷机(7)供冷不足时向用户供冷；所述第一发电机(2)与所述压缩式制冷机(16)相连接，所述第一发电机(2)用于向所述压缩式制冷机(16)供电。
8.根据权利要求7所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述系统的燃料经过所述第三换热器(11)加热之后再分别进入所述燃气轮机(1)的燃气进口、所述燃气内燃机(3)的燃气进口以及所述燃气锅炉(15)的燃气进口；所述第三换热器(11)的燃气进口的管道设置有第十阀门(26)。
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