CN113899112A - 一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，所述方法包括以下步骤：当末端用户需要供暖时，利用潜水泵(5)将第一巷道(21)中的水提升至热泵机组的蒸发器(2)侧；水的温度降低后流经蓄水池(8)储存；当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，利用潜水泵(5)将巷道中的水提升至热泵机组的冷凝器(4)侧，水的温度升高后流经蓄水池(8)储存；当有用电需求时，打开蓄水池(8)的阀门(7)，由蓄水池的水冲击水轮发电机(6)，利用液面的高差带动水轮发电机(6)发电。利用矿井水回灌过程产生的高差发电，进一步降低系统的运行能耗。矿井水冬暖夏凉，提高水源热泵的综合效率，降低运行费用。

Description

一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法
技术领域
本发明涉及废弃矿井地热利用技术领域，具体涉及一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法。
背景技术
随着中国能源结构调整力度的加大，大量煤矿被关闭，煤矿退出关闭后，庞大的地下井巷空间已逐渐被地下水淹没，借助地热资源形成了大量的恒温矿井水。由于地质条件及开发深度的不同，废弃矿井的开发利用形式也不同，其中，最为常见的形式为利用水源热泵机组提取矿井水中的低品位热能，转化为高品位热能后用于建筑供暖。
对于水量大、水质较好的废弃矿井，一般采用开式水源热泵系统进行热量回收。通过水泵从竖井中提取矿井水，经过热泵机组进行热交换后，经处理的矿井水被部分或全部回注到相同或者其他竖井中。在这个过程中，水泵扬程要克服系统中管道和设备的阻力，以及液面提升的高差，耗费大量的电能。
综上所述，现有技术中存在以下问题：进行热量回收的过程中耗费大量电能，不利于节能。
发明内容
本发明的目的是为了解决在进行热量回收的过程中耗费大量电能，不节能的问题。
为此，本发明提出了一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，所述方法包括以下步骤：
当末端用户需要供暖时，利用潜水泵将第一巷道中的水提升至热泵机组的蒸发器侧；水的温度降低后流经蓄水池储存；
当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，利用潜水泵将巷道中的水提升至热泵机组的冷凝器侧，水的温度升高后流经蓄水池储存；
当有用电需求时，打开蓄水池的阀门，由蓄水池的水冲击水轮发电机，利用液面的高差带动水轮发电机发电。
具体的，将所述水轮发电机设置于第二巷道的第三液面上方并且在所述蓄水池的下方。
具体的，所述热泵机组内设有压缩机和膨胀阀，
所述压缩机与所述蒸发器和所述冷凝器连接，并且将所述压缩机设置于所述蒸发器和所述冷凝器的一侧；
所述膨胀阀与所述蒸发器和所述冷凝器连接，并且将所述膨胀阀设置于所述蒸发器和所述冷凝器的另一侧。
具体的，将所述潜水泵设置于第一巷道的第一液面之下。
具体的，控制所述第一巷道的深度大于所述第二巷道。
产生的有益效果是：本发明可极大的提高废弃矿井的资源利用率，为我国大量的废弃矿井地下空间资源化利用提供了可复制的模式；废弃矿井水通过水源热泵供冷供热的同时，利用矿井水回灌过程产生的高差发电，利用蓄水池或无水巷道储水，将供冷供热与发电进行解耦；进一步降低系统的运行能耗。矿井水冬暖夏凉，可大大提高水源热泵的综合效率，实现节能减排、降低运行费用等。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法的供热发电流程图；
图2是本发明实施例提供的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法的供冷发电流程图。
附图标号说明：
1、压缩机；2、蒸发器；3、膨胀阀；4、冷凝器；5、潜水泵；6、水轮发电机；7、阀门；8、蓄水池；11、第一液面；12、第二液面；13、第三液面；21、第一巷道；22、第二巷道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在本发明实施例中，如图1，提供了一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其所述方法包括以下步骤：
当末端用户需要供暖时，利用潜水泵5将第一巷道21中的水提升至热泵机组的蒸发器2侧；水的温度降低后流经蓄水池8储存；
潜水泵将第一巷道21中的水提升至矿井水源热泵机组(热泵机组)的蒸发器侧，作为水源热泵机组的低温热源，温度降低后流经蓄水池储存。当有用电需求时，打开蓄水池的阀门，由高处蓄水池的水冲击水轮机，利用第二液面12和第三液面13的高差，带动发电机发电。
当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，利用潜水泵5将巷道中的水提升至热泵机组的冷凝器4侧，水的温度升高后流经蓄水池8储存；
当有用电需求时，打开蓄水池8的阀门7，由蓄水池的水冲击水轮发电机6，利用液面的高差带动水轮发电机6发电。
当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，冷凝器和蒸发器互换，矿井水源热泵机组(热泵机组)按照图2模式运行。潜水泵将第一巷道21中的水提升至矿井水源热泵机组的冷凝器侧，作为水源热泵机组的冷源，温度升高后流经蓄水池储存。当有用电需求时，打开蓄水池的阀门，由高处蓄水池的水冲击水轮机，利用第二液面12和第三液面13的高差，带动发电机发电。矿井水经过水轮机之后流入其他巷道，作为地下水的补充，整个运行过程取热不取水。
将所述水轮发电机6设置于第二巷道22的第三液面13上方并且在所述蓄水池8的下方。有利于形成水位高差。
所述热泵机组内设有压缩机1和膨胀阀3，
所述压缩机1与所述蒸发器2和所述冷凝器4连接，并且将所述压缩机1设置于所述蒸发器2和所述冷凝器4的一侧；例如，将压缩机设置在蒸发器2和冷凝器4的右侧。
所述膨胀阀3与所述蒸发器2和所述冷凝器4连接，并且将所述膨胀阀3设置于所述蒸发器2和所述冷凝器4的另一侧；例如，将膨胀阀3设置在蒸发器2和冷凝器4的左侧。
将所述潜水泵5设置于第一巷道21的第一液面11之下。有利于取水。
控制所述第一巷道21的深度大于所述第二巷道22。利用水的流动性，方便水回流。
本发明可极大的提高废弃矿井的资源利用率，为我国大量的废弃矿井地下空间资源化利用提供了可复制的模式；废弃矿井水通过水源热泵供冷供热的同时，利用矿井水回灌过程产生的高差发电，利用蓄水池或无水巷道储水，将供冷供热与发电进行解耦；进一步降低系统的运行能耗。矿井水冬暖夏凉，可大大提高水源热泵的综合效率，实现节能减排、降低运行费用等。
实施例1：
一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，使用的主要设备包括废弃矿井巷道、潜水泵、矿井水源热泵机组(热泵机组)、蓄水池、水轮发电机等。当末端用户需要供暖时，矿井水源热泵机组按照图1模式运行。潜水泵将巷道中的水提升至矿井水源热泵机组的蒸发器侧，作为水源热泵机组的低温热源，温度降低后流经蓄水池储存。当有用电需求时，打开蓄水池的阀门，由高处蓄水池的水冲击水轮机，利用第二液面12和第三液面13的高差，带动发电机发电。
当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，冷凝器和蒸发器互换，矿井水源热泵机组按照图2模式运行。潜水泵将巷道中的水提升至矿井水源热泵机组的冷凝器侧，作为水源热泵机组的冷源，温度升高后流经蓄水池储存。当有用电需求时，打开蓄水池的阀门，由高处蓄水池的水冲击水轮机，利用第二液面12和第三液面13的高差，带动发电机发电。矿井水经过水轮机之后流入其他巷道，作为地下水的补充，整个运行过程取热不取水。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
当末端用户需要供暖时，利用潜水泵(5)将第一巷道(21)中的水提升至热泵机组的蒸发器(2)侧；水的温度降低后流经蓄水池(8)储存；
当末端用户需要供冷时，热泵机组阀门自动切换为制冷工况，利用潜水泵(5)将巷道中的水提升至热泵机组的冷凝器(4)侧，水的温度升高后流经蓄水池(8)储存；
当有用电需求时，打开蓄水池(8)的阀门(7)，由蓄水池的水冲击水轮发电机(6)，利用液面的高差带动水轮发电机(6)发电。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其特征在于，将所述水轮发电机(6)设置于第二巷道(22)的第三液面(13)上方并且将所述水轮发电机(6)设置在所述蓄水池(8)的下方。
3.根据权利要求2所述的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其特征在于，所述热泵机组内设有压缩机(1)和膨胀阀(3)，
所述压缩机(1)与所述蒸发器(2)和所述冷凝器(4)连接，并且将所述压缩机(1)设置于所述蒸发器(2)和所述冷凝器(4)的一侧；
所述膨胀阀(3)与所述蒸发器(2)和所述冷凝器(4)连接，并且将所述膨胀阀(3)设置于所述蒸发器(2)和所述冷凝器(4)的另一侧。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其特征在于，将所述潜水泵(5)设置于第一巷道(21)的第一液面(11)之下。
5.根据权利要求4所述的一种利用废弃矿井水供热或供冷发电的供能方法，其特征在于，控制所述第一巷道(21)的深度大于所述第二巷道(22)。
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