CN111811206A - 一种燃气冷热电三联供分布式能源系统 - Google Patents

一种燃气冷热电三联供分布式能源系统 Download PDF

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胡瑛
刘新续
宋贵良
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胡炯炯
钟怡
李庆伟
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Abstract

本发明涉及一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，包括燃气机、第一发电机、热泵、换热器模块、热负荷端、冷负荷端、烟气余热驱动的热机、第二发电机和电力负荷端，燃气机通过可切换的连接模块连接第一发电机或热泵，热泵分别连接热负荷端和冷负荷端；燃气机的缸套水出口管道连接换热器模块，换热器模块连接热负荷端；燃气机的排烟管道通过三通管分别连接换热器模块和热机，该热机通过第二发电机连接电力负荷端。与现有技术相比，本发明可以灵活调整发电量、制热量、制冷量，适应各种季节下的冷、热、电负荷变动，增强了对用户负荷的适应性，保证系统全年始终在高效率下运行。

Description

一种燃气冷热电三联供分布式能源系统
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，尤其是涉及一种燃气冷热电三联供分布式能源系统。
背景技术
燃气机热泵通常采用天然气为一次能源输入，为建筑提供冷热负荷，具有安全可靠、节能环保等优点。其中，燃气发动机产生的余热通常会用于辅助供热或供冷服务，提高其能源使用的效率。但经过实际使用发现：由于季节原因，尤其是一些四季变化较大的地理区域，在过渡季节(春季、秋季)中，用户对于热泵的需求降低，导致燃气机热泵的直接使用率降低或因烟气余热利用不充分燃气发电机组的热电综合效率降低，使系统长期处于低使用率状态，影响其正常运行及寿命。同时，造成了大量的能源浪费，使用的效率低下。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃气冷热电三联供分布式能源系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，包括燃气机、第一发电机、热泵、换热器模块、热负荷端、冷负荷端、烟气余热驱动的热机、第二发电机和电力负荷端，所述的燃气机通过可切换的连接模块连接第一发电机或热泵，所述的热泵分别连接热负荷端和冷负荷端；所述燃气机的缸套水出口管道连接换热器模块，在缸套水出口管道上设有第一阀门，所述换热器模块连接热负荷端；所述燃气机的排烟管道通过三通管分别连接换热器模块和烟气余热驱动的热机，并且在换热器模块和热机的接入口管道上分别设有第二阀门和第三阀门，所述烟气余热驱动的热机通过第二发电机连接电力负荷端。
进一步地，所述的换热器模块包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器连接缸套水出口管道，所述的第二换热器连接三通管。
进一步地，所述的第一换热器的一端连接缸套水出口管道，所述的第二换热器分别连接第一换热器、三通管和热负荷端。
进一步地，所述的第一换热器的一端连接缸套水出口管道，另一端连接热负荷端；所述的第二换热器的一端连接三通管，另一端连接热负荷端。
进一步地，所述的烟气余热驱动的热机为Ericsson循环的热机。
进一步地，还包括互相连接的天然气输送管和燃气锅炉，所述的天然气输送管连接内燃机，所述的燃气锅炉连接热负荷端。
进一步地，还包括互相连接供电网和电制冷机，所述的电制冷机连接冷负荷端，所述的供电网端连接电力负荷端，向各设备供电。
进一步地，所述的第一阀门、第二阀门和第三阀门均为电动阀。
进一步地，所述燃气机的缸套水出口管道和排烟管道外包裹有保温层。
进一步地，所述的保温层采用多孔保温材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过燃气机可选择性地连接第一发电机或热泵，实现了双向驱动；同时，利用了烟气余热驱动的热机和第二发电机进行发电，或者利用烟气余热进行供热辅助。在夏季和冬季，燃气机主要驱动热泵运行，提供冷、热负荷，并且利用烟气余热进行辅助发电或者用于热负荷供应；在春季和秋季(过渡季节)，燃气机主要驱动第一发电机运行发电，并且利用余热进行辅助热负荷供应或者用于发电。由此，本发明的系统结构可以灵活调整发电量、制热量、制冷量，适应各种季节下用户的冷、热、电负荷变动，增强了对用户负荷的适应性，保证燃气机以及整体系统全年始终在高效率下运行。
2、换热器模块采用两个换热器并联或者串联的模式，能够提高换热器换热效率。
3、烟气余热驱动的热机为Ericsson循环的热机，对高温烟气余热的利用率高，降低能源损耗。
4、本发明还设有直接连接的天然气输送管和燃气锅炉，以及供电网和电制冷机，既能够作为系统的冗余，又能够提供辅助的发电量、制热量、制冷量供应，提高整体运行的安全性和稳定性。
5、在缸套水出口管道和排烟管道外包裹有保温层，降低余热的损耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：1、燃气机，2、第一发电机，3、热泵，4、换热器模块，41、第一换热器，42、第二换热器，5、热负荷端，6、冷负荷端，7、热机，8、第二发电机，9、电力负荷端，10、天然气输送管，11、燃气锅炉，12、供电网，13、电制冷机，14、第一阀门，15、第二阀门，16、第三阀门，17、三通管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，用于中国某地区的大型医院建筑。该能源系统包括燃气机1、第一发电机2、热泵3、换热器模块4、热负荷端5(建筑内的供暖设备)、冷负荷端6(建筑内的冷气设备)、烟气余热驱动的热机7、第二发电机8和电力负荷端9(建筑内的电力系统)。燃气机1通过可切换的连接模块连接第一发电机2或连接热泵3，可切换的连接模块可以采用市售的齿轮箱组使得燃气机1的输出轴连接第一发电机2或者是连接导热泵3，实现输出切换。热泵3分别连接热负荷端5和冷负荷端6，换热器模块4连接热负荷端5。燃气机1的排烟管道通过三通管17分别连接换热器模块4和烟气余热驱动的热机7，并且在换热器模块4和烟气余热驱动的热机7的接入口处分别设有第二阀门15和第三阀门16。烟气余热驱动的热机7通过第二发电机8连接电力负荷端9。
本实施例中，换热器模块4包括第一换热器41和第二换热器42，第一换热器41利用燃气机1的缸套水余热进行换热，第二换热器42利用燃气机1的高温烟气余热进行换热。具体地说：第一换热器41和第二换热器42互相串联，第一换热器41的一端连接缸套水出口管道，第二换热器42分别连接第一换热器41、三通管17和热负荷端5。第一换热器41因为缸套水余热相对降低，实现对所供应热水低级别的预加热，然后再进入第二换热器42和高温烟气对所供应热水进行进一步加热升温到设定温度，充分利用烟气余热进行热负荷供应和发电，提高能源利用率。
在另一实施例中，第一换热器41还可以和第二换热器42互相并联：第一换热器41的一端连接缸套水出口管道，另一端连接热负荷端5。第二换热器42的一端连接三通管17，另一端连接热负荷端5。
本实施例中烟气余热驱动的热机7可以为机朗肯循环、卡琳娜循环等，优选采用现有的采用Ericsson循环的热机7。第一阀门14、第二阀门15和第三阀门16均为电动阀，便于进行控制和切换。燃气机1的缸套水出口管道和排烟管道外包裹有保温层，用于降低余热的损耗。保温层可采用市售的多孔保温材料。
本实施例还包括互相连接的天然气输送管10和燃气锅炉11，以及互相连接的供电网12和电制冷机13，既能够作为系统的冗余，又能够提供辅助的发电量、制热量、制冷量供应，提高整体运行的安全性和稳定性。具体的连接结构为天然气输送管10连接燃气机1，燃气锅炉11连接热负荷端5，电制冷机连接冷负荷端6，供电网12端连接电力负荷端9。
本实施例的工作原理为：
一、在春季和秋季(过渡季)使用时，燃气机1连接驱动第一发电机2进行发电，同时燃气机1的烟气余热通过根据阀门的设置，可选择用于辅助供电或者供热。烟气余热进行供电时，第三阀门16打开，第一阀门14和第二阀门15关闭；烟气余热进行辅助供热时，第三阀门16关闭，第一阀门14和第二阀门15打开；烟气余热同时进行余热发电、供热时，第一阀门14、第二阀门15、第三阀门16打开，并根据用户负荷将三个阀门打开到一定位置。
二、在夏季和冬季使用时，燃气机1主要驱动热泵3运行，提供冷热负荷，同时，通过燃气机1的烟气余热进行余热发电或者于热负荷供应。
(1)在夏季时，电制冷机13工作进行辅助供冷。第一阀门14和第二阀门15关闭，第三阀门16打开，烟气余热通过埃尔逊烟气余热驱动的热机7驱动第二发电机8进行余热发电；第一阀门14和第二阀门15打开，第三阀门16关闭，烟气余热通过换热器模块4对热负荷端5进行辅助供热；或者第一阀门14、第二阀门15、第三阀门16打开，烟气余热同时余热发电和供热。
(2)在冬季时，燃气锅炉11进行辅助的供热；第一阀门14和第二阀门15打开，第三阀门16关闭，烟气余热通过换热器模块4对热负荷端5进行辅助供热；或者第一阀门14、第二阀门15、第三阀门16打开，烟气余热同时辅助发电和供热。
综上可知，本发明的系统结构可以灵活调整发电量、制热量、制冷量，适应各种季节下的冷、热、电负荷变动，增强了对用户负荷的适应性，保证燃气机1以及整体系统全年始终在高效率下运行。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，包括燃气机(1)、第一发电机(2)、热泵(3)、换热器模块(4)、热负荷端(5)、冷负荷端(6)、烟气余热驱动的热机(7)、第二发电机(8)和电力负荷端(9)，所述的燃气机(1)通过可切换的连接模块连接第一发电机(2)或热泵(3)，所述的热泵(3)分别连接热负荷端(5)和冷负荷端(6)；所述燃气机(1)的缸套水出口管道连接换热器模块(4)，在缸套水出口管道上设有第一阀门(14)，所述换热器模块(4)连接热负荷端(5)；所述燃气机(1)的排烟管道通过三通管(17)分别连接换热器模块(4)和烟气余热驱动的热机(7)，并且在换热器模块(4)和烟气余热驱动的热机(7)的接入口管道上分别设有第二阀门(15)和第三阀门(16)，所述烟气余热驱动的热机(7)通过第二发电机(8)连接电力负荷端(9)。
2.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的换热器模块(4)包括第一换热器(41)和第二换热器(42)，所述第一换热器(41)连接缸套水出口管道，所述的第二换热器(42)连接三通管(17)。
3.根据权利要求2所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的第一换热器(41)的一端连接缸套水出口管道，所述的第二换热器(42)分别连接第一换热器(41)、三通管(17)和热负荷端(5)。
4.根据权利要求2所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的第一换热器(41)的一端连接缸套水出口管道，另一端连接热负荷端(5)；所述的第二换热器(42)的一端连接三通管(17)，另一端连接热负荷端(5)。
5.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的烟气余热驱动的热机(7)为Ericsson循环的热机。
6.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，还包括互相连接的天然气输送管(10)和燃气锅炉(11)，所述的天然气输送管(10)连接内燃机(1)，所述的燃气锅炉(11)连接热负荷端(5)。
7.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，还包括互相连接供电网(12)和电制冷机(13)，所述的电制冷机(13)连接冷负荷端(6)，所述的供电网(12)端连接电力负荷端(9)。
8.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的第一阀门(14)、第二阀门(15)和第三阀门(16)均为电动阀。
9.根据权利要求1所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述燃气机(1)的缸套水出口管道和排烟管道外包裹有保温层。
10.根据权利要求9所述的一种燃气冷热电三联供分布式能源系统，其特征在于，所述的保温层采用多孔保温材料。
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