CN111578353A - 一种风光互补直驱的供热系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补直驱的供热系统及方法，本系统的风机通过传动带连接机械储能装置，机械储能装置带有传动轴；压缩式热泵系统包括依次连通的一号蒸发器、压缩机、一号冷凝器、节流阀，还包括相连接的调速联轴器、压缩机，压缩机与调速联轴器共同设置在传动轴上，一号冷凝器为吸收式热泵系提供低温热源；光热集热系统包括依次连通的槽式光热集热器、蓄热器，蓄热器通过调节阀与吸收式热泵系统连通并为吸收式热泵系统提供高温热源。本方法利用风能和太阳能，直接驱动压缩式热泵系统和吸收式热泵系统，实现风光互补直驱制热的目的，有效提高了高温蒸汽/水的产量，满足工业生产中高温热的需求。

Description

一种风光互补直驱的供热系统及方法
技术领域
本发明涉及一种供热系统及方法，尤其涉及一种风光互补直驱的供热系统及方法。
背景技术
风电在我国能源供应中发挥着重要作用，由于风电以自然风为原动力，风力发电系统因此呈现间歇性、波动性及非周期性的特点。自然风的不稳定会影响到电网的稳定性与电能质量，造成系统供能不平衡、电压出现波动及闪变、系统频率出现偏移等一系列技术难题。太阳能供热是一种利用太阳能集热器收集太阳辐射并转化为热能供暖的技术，同样，太阳能也存在着不稳定的特点，受天气的影响大，导致太阳能供热也存在的不稳定的缺点。
先如今，随着工业生产行业的不断发展，工业生产的高温热需求也在快速增加，然而现有技术中，只有风能或太阳能单种能源去掉热泵供热，没有充分利用单位面积里的风光资源，另外，在制取高温热量时，凭借单一的压缩式热泵系统制热，热效率低、经济性差，难以满足生产需求；然而，对于太阳能较丰富的地区，其风能资源也较充裕，因此，亟需提供一种风光互补直驱的供热系统及方法，利用风能和太阳能互补供热，充分利用区域间份风光资源，获得大参数、大容量的高温热量，以满足工业生产的高温热的大量需求。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种风光互补直驱的供热系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种风光互补直驱的供热系统，包括风机，它还包括机械储能装置、压缩式热泵系统、光热集热系统、吸收式热泵系统；
风机通过传动带连接机械储能装置，机械储能装置带有传动轴，机械储能装置通过传动轴连接压缩式热泵系统；
压缩式热泵系统由压缩机、调速联轴器、一号蒸发器、节流阀及一号冷凝器组成；压缩机与调速联轴器相连接，且压缩机与调速联轴器共同设置在传动轴上，一号蒸发器通过一号管路与压缩机相连通，压缩机通过二号管路与一号冷凝器相连通，一号冷凝器为吸收式热泵系提供低温热源，且一号冷凝器通过三号管路与一号蒸发器相连通，节流阀安装在三号管路上；
光热集热系统由槽式光热集热器、蓄热器、调节阀、泵组成；槽式光热集热器通过四号管路与蓄热器相连通，蓄热器通过五号管路连接吸收式热泵系统并为吸收式热泵系统提供高温热源，调节阀安装在五号管路上，吸收式热泵系统通过六号管路与槽式光热集热器相连通，泵安装在六号管路上。
吸收式热泵系统包括发生器、二号冷凝器、二号蒸发器，发生器、二号蒸发器均与二号冷凝器连通；
发生器连通五号管路、六号管路，接收蓄热器送来的高温热源，二号蒸发器连通一号冷凝器，接收一号冷凝器送来的低温热源。
进一步地，槽式光热集热器设置有多组，多组光热集热器依次连通。
一种风光互补直驱的供热系统的工作方法，具体如下：
风机将风能转化成机械能并通过传动带传送给机械储能装置，由机械储能装置储存；机械储能装置与压缩式热泵系统的压缩机连接在同一个传动轴上，开启机械储能装置和调速联轴器后，压缩式热泵系统开始工作：制热工质在一号蒸发器内吸收环境热量C变成液态工质S1，液态工质S1进入压缩即内变成中温高压的液态工质S2，液态工质S2进入一号冷凝器内被冷却成液态工质S3并释放中温热量，中温热量作为低温热源进入吸收式热泵系统的二号蒸发器中，液态工质S3经节流阀减压降温变成低温的液态工质S4，液态工质S4进入一号蒸发器53，循环复始；
与此同时，光热集热系统也开始工作：传热工质在槽式光热集热器中被太阳能加热成高温的热态工质L1，热态工质L1进入蓄热器被存储，打开调节阀，释放热态工质L2，热态工质L2进入吸热式热泵系统的发生器内释放高温热量并变成低温的热态工质L3，高温热量作为高温热源驱动吸收式热泵系统工作，热态工质L3通过泵回流到槽式光热集热器内，循环复始；
在吸收式热泵系统中，利用高温热源驱动,把低温热源的热能提高，获得大量的高温热量，常温的水A在二号冷凝器内吸收高温热量，由二号冷凝器72释放高温的水或水蒸气B，用于供热。
本发明公开了一种风光互补直驱的供热系统及方法，利用风能和太阳能，直接驱动压缩式热泵系统和吸收式热泵系统，实现风光互补直驱制热的目的，充分利用区域间风光资源，有效提高了高温蒸汽/水的产量，满足工业生产中高温热的需求。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
图中：1、风机；2、传动带；3、机械储能装置；4、传动轴；5、压缩式热泵系统；6、光热集热系统；7、吸收式热泵系统；51、压缩机；52、调速联轴器；53、一号蒸发器；54、节流阀；55、一号冷凝器；56、一号管路；57、二号管路；58、三号管路；61、槽式光热集热器；62、蓄热器；63、调节阀；64、泵；65、四号管路；66、五号管路；67、六号管路；71、发生器；72、二号冷凝器；73、二号蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种风光互补直驱的供热系统，主要由以下5个子系统组成，分别是：风机、机械储能装置3、压缩式热泵系统5、光热集热系统6、吸收式热泵系统7；
其中，风机1接受风能，将风能转化成机械能，为避免自然风不稳定的影响，风机1通过传动带2连接机械储能装置3，通过传动带2将机械能传送到机械储能装置3内，由机械储能装置3储存；采用机械储能装置3进行能量储存，一方面，克服了自然风不稳定所造成的不利影响，另一方面，避免了能源的浪费；机械储能装置3采用飞轮储能机、压缩空气储能机等机械储能设备，其带有传动轴4，从而，机械储能装置3通过传动轴4连接压缩式热泵系统5，实现风能驱动压缩式热泵系统5工作；
压缩式热泵系统5由压缩机51、调速联轴器52、一号蒸发器53、节流阀54及一号冷凝器55组成；
压缩机51与调速联轴器52相连接，由调速联轴器52调控压缩机51的工作，并且，压缩机51与调速联轴器52共同设置在传动轴4上，机械储能装置3与调速联轴器52均开启后，压缩机51便开启工作；
在压缩式热泵系统5部分，一号蒸发器53通过一号管路56与压缩机51相连通，从而，压缩机51接收一号蒸发器53传送来的液态工质S1；同时，压缩机51通过二号管路57与一号冷凝器55相连通，液态工质S1在压缩机51内被压缩成中温(60-80℃)高压的液态工质S2后，通过二号管路57将中温的液态工质S2送入到一号冷凝器55内释放热量，为吸收式热泵系统5提供低温热源；释放完热量的液态工质S2冷却成液态工质S3，通过三号管路58回流到一号蒸发器53内，并且，在三号管路58上安装有节流阀54，在节流阀54的作用下，液态工质S3降温降压成低温低压的液态工质S4，S4进入一号蒸发器53内，继续吸收环境热量C(<25℃)，实现循环利用；
压缩式热泵系统5提供低温热源的同时，光热集热系统6提供了高温热源，光热集热系统6由槽式光热集热器61、蓄热器62、调节阀63、泵64组成；
在光热集热系统6部分，槽式光热集热器61通过四号管路65与蓄热器62相连通，由槽式光热集热器61的太阳能将传热工质(导热油或熔融盐)加热成高温(200-240℃)的热态工质L1，热态工质L1通过四号管路65进入蓄热器62内被储存；蓄热器62则通过五号管路66连接吸收式热泵系统7，在五号管路66上安装有调节阀63，打开调节阀63，由蓄热器62为吸收式热泵系统7提供高温热源，即高温的热态工质L2，热态工质L2在吸收式热泵系统7的发生器71内释放高温热量后，热态工质L2变成了低温的热态工质L3，为实现热态工质L3的循环利用，吸收式热泵系统7还通过六号管路67与槽式光热集热器61相连通，在六号管路67上安装有泵64，通过泵64将热态工质L3泵入到槽式光热集热器61内，继续由槽式光热集热器61的太阳能加热，实现循环利用；此外，为确保加热效果，槽式光热集热器61设置有多组，多组光热集热器依次连通。
对于吸收式热泵系统7，在压缩式热泵系统的低温热源、光热集热系统的高温热源共同去掉下，释放出大容量、高参数的高温(140-150℃)水蒸气或水，以满足工业生产需求。吸收式热泵系统7包括发生器71、二号冷凝器72、二号蒸发器73，发生器71、二号蒸发器73均与二号冷凝器72连通；其中，发生器71连通五号管路66、六号管路67，接收蓄热器62送来的高温热源，二号蒸发器73连通一号冷凝器55，接收一号冷凝器55送来的低温热源；利用高温热源驱动,把低温热源的热能提高，获得大量的高温热量，从而，常温的水A在二号冷凝器72内吸收大量的高温热量，由二号冷凝器72释放高温的水或水蒸气B，实现部分中低热能转移到更高温的品位上，以满足工业高温热(140-150℃)的供热需求。
对于本发明所公开的风光互补直驱的供热系统，其具体的工作方法如下：
风机1将风能转化成机械能并通过传动带2传送给机械储能装置3，由机械储能装置3储存；机械储能装置3与压缩式热泵系统5的压缩机51连接在同一个传动轴4上，开启机械储能装置3和调速联轴器52后，压缩式热泵系统5开始工作：制热工质在一号蒸发器53内吸收环境热量C变成液态工质S1，液态工质S1进入压缩即51内变成中温高压的液态工质S2，液态工质S2进入一号冷凝器55内被冷却成液态工质S3并释放中温热量，中温热量作为低温热源进入吸收式热泵系统7的二号蒸发器73中，液态工质S3经节流阀54减压降温变成低温的液态工质S4，液态工质S4进入一号蒸发器53，循环复始；
与此同时，光热集热系统6也开始工作：传热工质在槽式光热集热器61中被太阳能加热成高温的热态工质L1，热态工质L1进入蓄热器62被存储，打开调节阀63，释放热态工质L2，热态工质L2进入吸热式热泵系统7的发生器71内释放高温热量并变成低温的热态工质L3，高温热量作为高温热源驱动吸收式热泵系统7工作，热态工质L3通过泵64回流到槽式光热集热器61内，循环复始；
在吸收式热泵系统7中，利用高温热源驱动,把低温热源的热能提高，获得大量的高温热量，常温的水A在二号冷凝器72内吸收高温热量，由二号冷凝器72释放高温的水或水蒸气B，用于供热。
对于本发明所公开的风光互补直驱的供热系统及方法，与现有技术相比，其有益效果包括：
(1)利用风机将风能转换成机械能，直接驱动压缩式热泵；利用槽式集热器将太阳能聚焦成高温热量，直接驱动吸收式热泵，实现风光互补直驱制热的目的，有效地减少中间转换过程的能量转换损失，提高了风能和太阳能利用效率，获得更好的经济效益；
(2)机械储能装置和蓄热装置能够克服风力和太阳能不稳定的缺陷，提升大容量供热能力，平抑可再生能源波动，保障热量输出的稳定；
(3)通过压缩式热泵系统制热充当低温热源，槽式光热集热器制热充当高温热源，低温热源、高温热源共同驱动吸收式热泵，利用压缩式热泵、吸收式热泵复合叠加，产生大容量、高参数热量，即140-150℃的高温水蒸汽或水，满足工业生产需求；
(4)利用风能和太阳能互补供热，能够充分利用区域间风光资源，提高空间能源利用率。
上述实施方式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技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种风光互补直驱的供热系统，包括风机(1)，其特征在于：它还包括机械储能装置(3)、压缩式热泵系统(5)、光热集热系统(6)、吸收式热泵系统(7)；
所述风机(1)通过传动带(2)连接机械储能装置(3)，机械储能装置(3)带有传动轴(4)，机械储能装置(3)通过传动轴(4)连接压缩式热泵系统(5)；
所述压缩式热泵系统(5)由压缩机(51)、调速联轴器(52)、一号蒸发器(53)、节流阀(54)及一号冷凝器(55)组成；所述压缩机(51)与调速联轴器(52)相连接，且压缩机(51)与调速联轴器(52)共同设置在传动轴(4)上，所述一号蒸发器(53)通过一号管路(56)与压缩机(51)相连通，压缩机(51)通过二号管路(57)与一号冷凝器(55)相连通，一号冷凝器(55)为吸收式热泵系统(5)提供低温热源，且一号冷凝器(55)通过三号管路(58)与一号蒸发器(53)相连通，节流阀(54)安装在三号管路(58)上；
所述光热集热系统(6)由槽式光热集热器(61)、蓄热器(62)、调节阀(63)、泵(64)组成；所述槽式光热集热器(61)通过四号管路(65)与蓄热器(62)相连通，蓄热器(62)通过五号管路(66)连接吸收式热泵系统(7)并为吸收式热泵系统(7)提供高温热源，调节阀(63)安装在五号管路(66)上，所述吸收式热泵系统(7)通过六号管路(67)与槽式光热集热器(61)相连通，泵(64)安装在六号管路(67)上。
2.根据权利要求1所述的风光互补直驱的供热系统，其特征在于：所述吸收式热泵系统(7)包括发生器(71)、二号冷凝器(72)、二号蒸发器(73)，发生器(71)、二号蒸发器(73)均与二号冷凝器(72)连通；
所述发生器(71)连通五号管路(66)、六号管路(67)，接收蓄热器(62)送来的高温热源，所述二号蒸发器(73)连通一号冷凝器(55)，接收一号冷凝器(55)送来的低温热源。
3.根据权利要求2所述的风光互补直驱的供热系统，其特征在于：所述槽式光热集热器(61)设置有多组，多组光热集热器依次连通。
4.一种如权利要求2或3所述的风光互补直驱的供热系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法具体如下：
风机(1)将风能转化成机械能并通过传动带(2)传送给机械储能装置(3)，由机械储能装置(3)储存；机械储能装置(3)与压缩式热泵系统(5)的压缩机(51)连接在同一个传动轴(4)上，开启机械储能装置(3)和调速联轴器(52)后，压缩式热泵系统(5)开始工作：制热工质在一号蒸发器(53)内吸收环境热量C变成液态工质S1，液态工质S1进入压缩即(51)内变成中温高压的液态工质S2，液态工质S2进入一号冷凝器(55)内被冷却成液态工质S3并释放中温热量，中温热量作为低温热源进入吸收式热泵系统(7)的二号蒸发器(73)中，液态工质S3经节流阀(54)减压降温变成低温的液态工质S4，液态工质S4进入一号蒸发器(53)，循环复始；
与此同时，光热集热系统(6)也开始工作：传热工质在槽式光热集热器(61)中被太阳能加热成高温的热态工质L1，热态工质L1进入蓄热器(62)被存储，打开调节阀(63)，释放热态工质L2，热态工质L2进入吸热式热泵系统(7)的发生器(71)内释放高温热量并变成低温的热态工质L3，高温热量作为高温热源驱动吸收式热泵系统(7)工作，热态工质L3通过泵(64)回流到槽式光热集热器(61)内，循环复始；
在吸收式热泵系统(7)中，利用高温热源驱动,把低温热源的热能提高，获得大量的高温热量，常温的水A在二号冷凝器(72)内吸收高温热量，由二号冷凝器(72)释放高温的水或水蒸气B，用于供热。
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