CN115899797A - 一种发电供热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发电供热控制系统，包括：热源站、长输管网系统、末端换热站、火力发电系统、发电供热调配控制系统和电网系统。热源站包括：长输循环泵和热源水泵。长输管网系统包括长输网供水管和长输网回水管。本发明回水温度可以降得更低，进一步减小了长输网的循环量，缩小了管道直径，大幅降低长输供热成本；更低的回水温度有利于低品位余热的直接利用，增加了零碳能源的供热占比；热网与电网相互调峰，实现了零成本调峰；避免在电力低谷期压制绿色电力上网，并且大量吸纳绿色电力上网，帮助电力系统实现降碳目标，同时也降低了供热成本。
Description
技术领域
本发明涉及热电联供的技术领域，具体地，涉及一种发电供热控制系统。
背景技术
目前，化石能源消耗、尤其是电力消耗带来的碳排放量巨大，并且，由于我国北方集中供暖的热力消耗带来的碳排放、尤其是直接燃煤导致的碳排放占了较大比重。然而，如果要实现零碳供热核心要点是要充分利用供热需求，即能源品位要求低，全天时间范围内负荷变化周期与电网趋势相反。因而，供热中尽可能的利用低品位的余热资源，以其为供热主体；以绿色电力为辅助能源；结合蓄放热储能技术的“零碳”供热模式。
传统的电动压缩式空调、热泵最开始普遍的应用在制冷领域，但是随着节能环保要求的增高，逐渐有研究开始对如何利用低温余热,空气源热泵，比如地源热泵,污水源热泵，干燥用热泵，和太阳能联合使用的水源热泵等。利用水源热泵直接把低品位工业余热应用于供热领域的研究也比较多。
但是，传统的电动压缩式热泵着眼点仅限于制冷领域，设计思想与供热需要偏离很大。现有的压缩式供热热泵着眼点也仅限于小体量范围的应用需求，不能从供热行业的全局考虑进行优化设计。将电动压缩式热泵与大温差长输供热的结合的难点在于如何将电动压缩式热泵的特性与长输大温差的应用相匹配。
因此，现有技术中急需一种满足大规模长输供热系统且能够采用绿色电力驱动实现零碳供热且可以实现相互调峰的解决方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种发电供热控制系统，包括：
热源站，包括：
首站大温差热泵；
长输循环泵；和
热源水泵，
其中，该热源水泵的进口与工业余热源连接，该热源水泵的出口与该首站大温差热泵的热源水进口连接，该首站大温差热泵的热源水出口与该长输循环泵的进口连接；该首站大温差热泵的回水出口与该工业余热源连接；
长输管网系统，包括：
长输网供水管；和
长轴网回水管；
其中，该长输网供水管的进口与该长输循环泵的出口连接，该长轴网回水管的出口与该首站大温差热泵的回水进口连接；
末端换热站，与该长输网供水管的出口、该长轴网回水管的进口、绿色能源采集系统和末端用户连接；
火力发电系统；
发电供热调配控制系统，与该绿色能源采集系统和该火力发电系统连接，用于调配该火力发电系统和该电动压缩式大温差热泵机组的负荷；和
电网系统，该火力发电系统和该绿色能源采集系统均通过该电网系统与末端用户连接。
该热源站还包括：
高温抽气装置，分别与所述首站大温差热泵的所述长输循环泵连接。
该热源站还包括：
高温抽气装置，分别与所述首站大温差热泵的所述长输循环泵连接。
所述热源站还包括：
首站热电协同装置，分别与所述首站大温差热泵和所述长输循环泵连接。
该末端换热站还包括：
末端大温差热泵机组；
其中，所述末端大温差热泵机组分别与所述长输网供水管的出口、所述长输网回水管的进口、所述绿色能源采集系统、所述火力发电系统和末端用户连接。
该末端换热站还包括：末端蓄热装置，分别与所述热用户的二次网供水管路和二次网回水管路连接。
所述首站大温差热泵采用R32和R134a配对的混合制冷剂，R32和R134a的配对比例范围在3:7～6:4之间。所述末端大温差热泵采用R32和R134a配对的混合制冷剂，R32和R134a的配对比例范围在3:7～6:4之间。所述首站大温差热泵采用R134a与R1233zd配对的混合制冷剂，R134a与R1233zd配对范围在3:7～5:5之间。所述末端大温差热泵机组采用R134a与R1233zd配对的混合制冷剂，R134a与R1233zd配对范围在3:7～5:5之间。本发明相比现有技术的有益效果是：
回水温度可以降得更低，进一步减小了长输网的循环量，缩小了管道直径，大幅降低长输供热成本。
更低的回水温度有利于低品位余热的直接利用，增加了零碳能源的供热占比。
热网与电网相互调峰，实现了零成本调峰。
避免在电力低谷期压制绿色电力上网，并且大量吸纳绿色电力上网，帮助电力系统实现降碳目标，同时也降低了供热成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中的系统流程图。
图2本发明另一实施例中的系统流程图。
图3本发明另一实施例中的系统流程图。
图4本发明另一实施例中的系统流程图。
图5本发明另一实施例中的系统流程图。
图6是以热定电模式造成的绿色电力废弃示意图。
图7为零碳供热模式吸纳绿电上网并为电力调峰示意图。
图8为常规热泵在大温差工况下
损失示意图。
图9为本发明中的混合制冷剂热泵在大温差工况下
损失示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行说明。
如图1所示，发电供热控制系统包括：热源站、长输管网系统、末端换热站、火力发电系统、发电供热调配控制系统3和电网系统。
热源站包括：长输循环泵4和热源水泵2。该热源水泵2的进口与工业余热源连接，该热源水泵2的出口与长输网供水管5连接，将来自工业余热源的余热水泵送入长输网供水管5上。长输循环泵4设置在长输网供水管5上，进一步将供热水泵送给各个末端换热站，末端换热站将供热水送入相应的热用户进行供热。长输网回水管6与该工业余热源连接，来自各个末端换热站的回热水回流至工业余热源处，形成循环。
长输管网系统包括：长输网供水管5和长轴网回水管6。长输网供水管5的进口与该长输循环泵4的出口连接，该长轴网回水管6的出口与该首站大温差热泵1的回水进口连接。
发电供热调配控制系统3与该绿色能源采集系统、该首站大温差热泵1、该电动压缩式大温差热泵机组7和火力发电系统(图中未示出)连接，用于调配该火力发电系统和该电动压缩式大温差热泵机组7的负荷。
该火力发电系统和该绿色能源采集系统均通过该电网系统与末端用户连接。
如图2-3所示，在本申请的其他实施例中，热源站包括：首站大温差热泵1、长输循环泵4和热源水泵2。该热源水泵的进口与工业余热源连接，该热源水泵2的出口与该首站大温差热泵1的热源水进口连接，该首站大温差热泵1的热源水出口与该长输循环泵4的进口连接；该首站大温差热泵1的回水出口与该工业余热源连接。热源水泵2将来自工业余热源的余热水泵送入首站大温差热泵1中，作为中低温热源，首站大温差热泵1通过工质将热源水加热，然后，被加热的热源水流入长输网供水管5中，然后在长输循环泵4的作用下将热源水作为供热水送入各个末端换热站中，末端换热站将供热水送入相应的热用户进行供热。
在本申请的实施例中，首站大温差热泵1可以是电动压缩式大温差热泵机组、吸收式大温差热泵机组、或电动吸收复合式大温差热泵机组中的一种或几种。
如图4所示，在本申请的其他实施例中，热源站包括：首站大温差热泵1、高温抽气装置9、长输循环泵4和热源水泵2。该热源水泵2的进口与工业余热源连接，该热源水泵2的出口与该首站大温差热泵1的热源水进口连接，该首站大温差热泵1的热源水出口与高温抽气装置9连接，高温抽气装置9再与长输网供水管5连接，长输循环泵4设置在长输网供水管5上。长输网回水管6与首站大温差热泵1的回水进口连接，首站大温差热泵1的回水出口与该工业余热源连接，来自热用户的回水经末端换热站再流经长输网回水管6，进入首站大温差热泵1，在首站大温差热泵1中工质吸收回水的热量，然后回水流入该工业余热源，实现循环。高温抽气装置与首站大温差热泵1串联，对供热水进行抽气并进一步加热。
如图5所示，在本申请的其他实施例中，热源站包括：首站热电协同装置10、首站大温差热泵1、高温抽气装置9、长输循环泵4和热源水泵2。该热源水泵的进口与工业余热源连接，该热源水泵2的出口与该首站大温差热泵1的热源水进口连接，该首站大温差热泵1的热源水出口与该长输循环泵4的进口连接。长输网回水管6中的回水流入首站大温差热泵1与工质换热后，再回流到该工业余热源中。首站热电协同装置分别与该首站大温差热泵1和发电供热调配控制系统3连接，调配发电供热调配控制系统3输出的电力和首站大温差热泵1向长输循环泵4输送的供热水的比例。
在本申请的其他实施例中，末端换热站包括：末端大温差热泵机组7。该末端大温差热泵机组7与该长输网供水管5的出口、该长轴网回水管6的进口、绿色能源采集系统和末端用户连接。
在本申请的实施例中，末端大温差热泵机组7可以是电动压缩式大温差热泵机组、吸收式大温差热泵机组、或电动吸收复合式大温差热泵机组中的一种或几种。如图3-5所示，在本申请的其他实施例中，该末端换热站包括末端大温差热泵机组7和末端蓄热装置8，末端蓄热装置8分别与该末端大温差热泵机组7和该末端用户连接。末端式大温差热泵机组7产生的多余热能可以通过末端蓄热装置8储存起来以备末端热用户使用。在本申请的另一实施例中，如图2所示，在末端换热站中还设置有末端蓄热装置8，末端蓄热装置8的两端分别与二次网供水管路和二次网回水管路连通，其内部设置有蓄热材料。吸收式大温差热泵机组产生的多余热能可以通过末端蓄热装置储存起来以备末端热用户使用，从而避免末端换热站热量的浪费。例如夜间用电量相对较低，热源站供热量富余的部分被末端蓄热装置8储存，在对热用户进行供热的同时，进行蓄热。白天用电量相对较高，并且电价也较高，故可以在白天将末端蓄热装置8中储存的热量释放给二次网供水管路中的供热水。长输网供水管5中的供热水依次经过城市一次网先进入复合式发生器、板式换热器、吸收式蒸发器、电动压缩式蒸发器后返回长输网回水管6。系统工作时，首先利用大温差热泵技术将从工业余热源收集到的低品位工业余热在热源站首站提升为高温热源；然后将其利用长输管网长距离输送到末端换热站；最后利用绿色电力驱动电动压缩式大温差机组(ELTD)在末端换热站将热源充分利用并深度降温，拉大供回水温差后返回热源侧。
为了便于示例性说明，表1示出了以在一定的现有电网负荷条件下，热定电模式的传统热电联供系统的发电能力数据。
相应地，表2则示出了以在一定的现有电网负荷条件下，给出了本申请采用ELTD的新系统的发电能力数据。
对其数据的分析参考图6-7，发电供热调配控制系统3根据绿色能源采集系统的能力保证优先绿色电力承担基础负荷，火力发电系统承担调峰电力负荷。发电供热控制系统在电力低谷期压制火力发电系统的负荷，同时根据负荷需求增大ELTD机组运转，完全吸纳绿色电力的发电能力。由此产生的供热能力如有盈余可以通过蓄热装置或者建筑本身的蓄热能力进行消纳，以满足供热低谷期的需求。电力高峰期，压制ELTD机组的运行，保证电力供应，利用电力低谷期储存的热量进行供热。
首站大温差热泵1和电动压缩式大温差热泵机组7均采用混合制冷剂，该混合制冷剂采用R32和R134a配对。
本实施例中，混合制冷剂组分可以采用R32和R134a配对。在其他实施例中，也可以采用R134a与R1233zd配对，还可以用水与CO2配对。
R32和R134a的最佳配对比例范围在3:7～6:4之间。
R134a与R1233zd的最佳配对比例范围在3:7～5:5之间。
如图8-9所示，采用混合制冷剂存在温度滑移的原理，正好匹配了热泵机组蒸发器、冷凝器的水温温升和温降曲线，可以保证机组在水温升温降很大的时候，
损失仍然最小。
表1
表2
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示和暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为本发明的限制。
以上的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发电供热控制系统，其特征是，包括：
热源站，包括：
长输循环泵；和
热源水泵，
其中，所述热源水泵的进口与工业余热源连接，所述热源水泵的出口与所述首站大温差热泵的热源水进口连接，所述首站大温差热泵的热源水出口与所述长输循环泵的进口连接；所述首站大温差热泵的回水出口与所述工业余热源连接；
长输管网系统，包括：
长输网供水管；和
长输网回水管；
其中，所述长输网供水管的进口与所述长输循环泵的出口连接，所述长输网回水管的出口与所述首站大温差热泵的回水进口连接；
末端换热站，与所述长输网供水管的出口、所述长输网回水管的进口、绿色能源采集系统和末端用户连接；
火力发电系统；
发电供热调配控制系统，与所述绿色能源采集系统和所述火力发电系统连接，用于调配所述火力发电系统和所述首站大温差热泵的负荷；和
电网系统，所述火力发电系统和所述绿色能源采集系统均通过所述电网系统与末端用户连接。
2.根据权利要求1所述的发电供热控制系统，其特征是，所述热源站还包括：首站大温差热泵，分别与所述热源水泵的出口、所述长输循环泵的进口以及所述发电供热调配控制系统连接。
3.根据权利要求2所述的发电供热控制系统，其特征是，所述热源站还包括：
高温抽气装置，分别与所述首站大温差热泵的所述长输循环泵连接。
4.根据权利要求2所述的发电供热控制系统，其特征是，所述热源站还包括：
首站热电协同装置，分别与所述首站大温差热泵和所述长输循环泵连接。
5.根据权利要求1所述的发电供热控制系统，其特征是，所述末端换热站包括：末端大温差热泵；
其中，所述末端大温差热泵分别与所述长输网供水管的出口、所述长输网回水管的进口、所述绿色能源采集系统、所述火力发电系统和末端用户连接。
6.根据权利要求5所述的发电供热控制系统，其特征是，所述末端换热站还包括：
末端蓄热装置，分别与所述热用户的二次网供水管路和二次网回水管路连接。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的发电供热控制系统，其特征是，所述首站大温差热泵采用R32和R134a配对的混合制冷剂，R32和R134a的配对比例范围在3:7～6:4之间。
8.根据权利要求5所述的发电供热控制系统，其特征是，所述末端大温差热泵采用R32和R134a配对的混合制冷剂，R32和R134a的配对比例范围在3:7～6:4之间。
9.根据权利要求2-4中任一项所述的发电供热控制系统，其特征是，所述首站大温差热泵采用R134a与R1233zd配对的混合制冷剂，R134a与R1233zd配对范围在3:7～5:5之间。
10.根据权利要求5所述的发电供热控制系统，其特征是，所述末端大温差热泵机组采用R134a与R1233zd配对的混合制冷剂，R134a与R1233zd配对范围在3:7～5:5之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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