CN116398926B - 一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统及其运行方法，该供热供冷系统包括热力机组、热能用户单元、冷能用户单元及控制中心，热能用户单元中相邻的高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；冷能用户单元中相邻的高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统；控制中心用于对热力机组所提供的热能或/和冷能进行智慧能源调配。上述供热供冷系统是基于热泵智慧能源的调配系统，以热力机组、热能用户单元、冷能用户单元及控制中心等模块组成，通过网络化能源调配的模式，尽可能将热泵所产生的热能和冷能进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用，提高热泵的COP能效比。

Description

一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统及其运行方法。

背景技术

在能源需求大幅度增长与环境保护日益迫切的双重压力下，能够挖掘新能源，提高能源利用效率，实现可再生能源与现有能源的配合利用，已成为解决在人类社会发展过程中日益凸显的能源紧缺问题的必然选择。

热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，也是全世界倍受关注的新能源技术。以空气源热泵为例，空气源热泵包括蒸发器、压缩机、热交换器、膨胀阀及冷媒等，其原理为：在冷媒循环过程中，冷媒先从自然界的空气中获取低品位热能，经过压缩机做功，然后再通过热交换器，向人们提供可被利用的高品位热能，最后经过膨胀阀，节能降压后，流入蒸发器，再吸取空气中的低品位热能，如此完成一个制热循环。由于热泵是利用逆卡诺循环原理，在经过压缩机压缩后，能够产生高品位热能，同时，在经过膨胀阀节能降压后、压缩机压缩前，还产生了较低温的冷能，目前这部分冷能是通过蒸发器散发到空气中，暂未对这部分能源进行回收利用。

智慧能源是以降低能源消耗、提高能源利用效率为目标，以冷热量平衡为核心，整合地热能、太阳能、光伏、空气能、水能、天然气、城市自来水、污水、工业废水废热等多种能源，运用冷热回收、蓄能、热平衡、智能控制等新技术对各种能量流进行智能平衡控制，达到能源的循环往复利用，一体化满足制冷采暖、热水、冷藏冷冻、烘干加热、养殖种植、除雪化冰、蒸汽、发电等多种需求功能的系统设备。但是目前市场的热泵利用大多数是单个热泵供热或者以供热站的形式单个供热，使用后的热水根据工程设计，有些会回收利用，有些会直接排放，在热水回收利用的过程中，也未对剩余的热能进行阶梯使用，使得该部分热能未得到充分的利用，同时，热泵所产生的冷能部分也未进行有效回收利用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，解决上述传统的问题，其通过网络化能源调配的模式，尽可能将热泵所产生的热能和冷能进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用。

本发明的目的之二在于提供一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷运行方法，其能够经济、可靠地协调供热供冷的输配工作，实现能源系统的最优化运行。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，包括至少一个热力机组、与所述热力机组相连的热能用户单元、冷能用户单元及控制中心，所述热力机组包括热泵、热能端及冷能端，所述热能端与所述热能用户单元相连，所述冷能端与所述冷能用户单元相连；所述热能用户单元包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的所述高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；所述冷能用户单元包括高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户，相邻的所述高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统；所述控制中心分别与所述热力机组、阶梯热能调配系统、阶梯冷能调配系统电性连接，用于对所述热力机组所提供的热能或/和冷能进行智慧能源调配。

优选地，所述热泵包括冷交换器、压缩机、热交换器及膨胀阀，所述冷交换器、压缩机、热交换器、膨胀阀首尾相连形成制热制冷循环回路。

优选地，所述热能端包括供热管路、储热罐、第一热水泵及回水热管路，所述储热罐的进水端通过所述供热管路与所述热交换器的一端相连，所述第一热水泵的进水端与所述储热罐的出水端相连，所述第一热水泵的出水端与所述热能用户单元的进水端相连，所述热交换器的另一端通过所述回水热管路与所述热能用户单元的回水端相连。

优选地，所述热能端还包括第一热旁通管道及第二热旁通管道，所述第一热旁通管道的两端分别与所述供热管路、第一热水泵的进水端相连，所述第二热旁通管道的两端分别与所述回水热管路、第一热水泵的出水端。

优选地，所述冷能端包括供冷管路、储冷罐、第一冷水泵及回水冷管路，所述储冷罐的进水端通过所述供冷管路与所述冷交换器的一端相连，所述第一冷水泵的进水端与所述储冷罐的出水端相连，所述第一冷水泵的出水端与所述冷能用户单元的进水端相连，所述冷交换器的另一端通过所述回水冷管路与所述冷能用户单元的回水端相连。

优选地，所述冷能端还包括第一冷旁通管道及第二冷旁通管道，所述第一冷旁通管道的两端分别与所述供冷管路、第一冷水泵的进水端相连，所述第二冷旁通管道的两端分别与所述回水冷管路、第一冷水泵的出水端。

优选地，所述供热供冷系统还包括与热力机组电性连接的供电单元，所述供电单元包括可再生能源发电模组及与所述可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心；所述可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。

优选地，所述供电单元还包括与所述电力分配中心电性连接的电能储能模组和/或并网输送模组。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法，包括：

S1：收集区域和/或相邻区域的热力机组的供能情况、用热用冷用户的用能情况，生成供能用能模型；

S2：基于供能用能模型中的热能用户，划分出高温用户、中温用户和低温用户，以相邻的高温用户、中温用户及低温用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯热能调配系统；统筹各个阶梯热能调配系统的用能热功率，确定热力机组的启动模式及调配方案，为阶梯热能调配系统进行供热；

S3：基于供能用能模型中的冷能用户，划分出高用冷用户、中用冷用户和低用冷用户，以相邻的高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯冷能调配系统；统筹各个阶梯冷能调配系统的用能冷功率，确定热力机组的启动模式及调配方案，为阶梯冷能调配系统进行供冷；

S4：当该区域的热力机组所提供的热能或冷能不足时，从相邻区域的热力机组中调配出足量的热能或冷能，再分配至对应的阶梯热能调配系统或阶梯冷能调配系统中，以达到智慧能源调配的目的。

优选地，在步骤S2中，在其中一阶梯热能调配系统中，当从中温用户中供给低温用户的用能不足时，将高温用户中的多余热能输配至低温用户，或者直接从热力机组的热能端中调配多余热能至低温用户；在步骤S3中，当在其中一阶梯冷能调配系统中，当从中用冷用户中供给低用冷用户的用能不足时，将高用冷用户中的多余冷能输配至低用冷用户，或者直接从热力机组的冷能端中调配多余冷能至低温用户。

优选地，在步骤S2中，根据电力供需关系、冷能用户的功率需求及环境温度关系，形成峰谷电能调配模型，在谷电的情况下，将多余的热能以高温热水的形式储存在储热罐中，在峰电的情况下，将储存在储热罐中的高温热水调配至热能用户中使用；在步骤S3中，根据电力供需关系、热能用户的功率需求及环境温度关系，形成峰谷电冷能调配模型，在谷电的情况下，将多余的冷能以冷冻水的形式储存在储冷罐中，在峰电的情况下，将储存在储冷罐中的冷冻水调配至冷能用户中使用。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明的供热供冷系统是基于热泵智慧能源的调配系统，以热力机组、热能用户单元、冷能用户单元及控制中心等模块组成，通过网络化能源调配的模式，尽可能将热泵所产生的热能和冷能进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用，提高热泵的COP能效比。

2、本发明的供热供冷系统还通过电力分配中心整合了可再生能源发电模组与市政电网之间的关系，通过利用可再生能源发电模组所提供的电力，为热力机组供电，使整体的供热供冷系统的供热供冷能效进一步提升。

3、本发明的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法，通过统筹区域和/或相邻区域的热力机组、热能用户、冷能用户等情况，能够经济、可靠地协调供热供冷的输配工作，实现能源系统的最优化运行。

附图说明

图1为本发明的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的整体结构运行示意图；

图2为图1所示的其中一热力机组与热能用户单元、冷能用户单元的工艺流程示意图；

图3为图2所示的热力机组的工艺流程示意图；

图4为本发明的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法的流程图。

图中：10、热力机组；11、冷交换器；12、压缩机；13、热交换器；14、膨胀阀；20、热能用户单元；21、第一热输配管；22、第一高温用户；23、第一中温用户；24、第一低温用户；25、回收热罐；26、回收热管；27、第二热输配管；28、第三热输配管；29、第四热输配管；30、冷能用户单元；31、第一冷输配管；32、第一高用冷用户；33、第一中用冷用户；34、第一低用冷用户；35、回收冷罐；36、回收冷管；37、第二冷输配管；38、第三冷输配管；39、第四冷输配管；40、控制中心；50、供电单元；60、热能端；61、供热管路；62、储热罐；63、第一热水泵；64、回水热管路；65、第一热旁通管道；66、第二热旁通管道；67、第一空冷器；70、冷能端；71、供冷管路；72、储冷罐；73、第一冷水泵；74、回水冷管路；75、第一冷旁通管道；76、第二冷旁通管道；77、第二空冷器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

请参阅图1-图3，为本发明一较佳实施例的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，用于将热泵所产生的热能、冷能进行网络化的阶梯利用，具体的，该供热供冷系统包括至少一个热力机组10、至少一个热能用户单元20、至少一个冷能用户单元30及控制中心40，通过热力机组10所提供的热能和冷能，为热能用户单元20供热、为冷能用户单元30供冷，并且通过控制中心40，把控整体的能源支配，合理分配各能源资源，实现能源的阶梯利用，利用后的冷媒或者换热介质再回收循环利用。

在其中一实施例中，该供热供冷系统包括至少一个热力机组10、与热力机组10相连的热能用户单元20、冷能用户单元30及控制中心40，热力机组10包括热泵、热能端60及冷能端70，热能端60与热能用户单元20相连，冷能端70与冷能用户单元30相连；热能用户单元20包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；冷能用户单元30包括高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户，相邻的高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统；控制中心40分别与热力机组10、阶梯热能调配系统、阶梯冷能调配系统电性连接，用于对热力机组10所提供的热能或/和冷能进行智慧能源调配。

在其中一阶梯热能调配系统中，当从中温用户中供给低温用户的用能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，可将高温用户中的多余热能输配至低温用户，或者直接从热力机组10的热能端60中调配多余热能至低温用户；可理解地，该多余热能可以是热力机组10的未调配的压缩功率或者已提前存储的热能；

当在其中一阶梯冷能调配系统中，当从中用冷用户中供给低用冷用户的用能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，可将高用冷用户中的多余冷能输配至低用冷用户，或者直接从热力机组10的冷能端70中调配多余冷能至低温用户；可理解地，该多余冷能可以是热力机组10的未调配的压缩功率或者已提前存储的冷能；

当该区域的热力机组10所提供的热能或冷能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，从相邻区域的热力机组10中调配出足量的热能或冷能，再分配至对应的阶梯热能调配系统或阶梯冷能调配系统中，以达到智慧能源调配的目的。

可理解地，该供热供冷系统包括一台或多台（包含两台）的热力机组10，多台的热力机组10是指在同一个供热间或者处于不同供热间但距离较近的，如在这个片区域中，A热力机组10为A区域供热，B热力机组10为B区域供热，A区域与B区域为相邻两个区域，而A热力机组10与B热力机组10也为相邻的机组，并且存在可以同用的输配管道或者新建新的输配管道，使其能够在A-B区域的能源互相调配，以达到能源的网络化利用。其中，高温用户的用热温度＞中温用户的用热温度＞低温用户的用热温度，即高温用户的用热温度最高；高用冷用户的用冷温度＜中用冷用户的用冷温度＜低用冷用户的用冷温度，即高用冷用户的用冷温度最低。

以下给出具体的实施案例。

如图2和图3，热力机组10用于为整个系统供热供冷，该热力机组10包括热泵、分别与热泵的相对两端相连的热能端60及冷能端70，热泵包括冷交换器11、压缩机12、热交换器13及膨胀阀14，冷交换器11、压缩机12、热交换器13、膨胀阀14首尾相连形成制热制冷循环回路，制热制冷循环回路内灌装有冷媒，如R245fa、R134a、R22、R142b、R515B、R1233zd、R141B、R407c、R410a、R32等，根据需要进行单个使用或者多个配搭使用，如R22+ R142b，R22+R245fa，R32+R515B，R32+R141B等，在此不再赘述。

在其中一实施例中，如图1所示，该供热供冷系统还包括与热力机组10电性连接的供电单元50，用于为热力机组10供电，具体的，供电单元50包括可再生能源发电模组及与可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心，电力分配中心将可再生能源发电模组所提供的电力进行分配，为热力机组10提供稳定的电力，具体的，可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。

太阳能发电模组是将太阳能直接转变为电能的装置，例如光热发电和光伏发电，光伏发电的太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，其中，光伏发电包括至少一组太阳能发电系统，如一组太阳能发电系统、二组以上组成的太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池及逆变器，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，在其他实施例中，太阳能发电模组还可以为其他的太阳能光发电模块、太阳能热发电模块，在此不再赘述。

风能发电模组是把风能转变为电能的技术，通过风力发电机实现，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，如风力发电系统，该风力发电系统由叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成，通过叶片的作用带动发电机转动，从而将风能转换为机械能。其中，该风能发电模组包括至少一组风能发电系统，如一组风能发电系统、二组以上组成的风能发电系统。

当电力分配中心所需分配的电力不足或者电压不稳定的时候，即太阳能发电模组、风能发电模组等模组供电不足，热力机组10可以直接采用国家电网的电力，为热力机组10提供稳定的电力供应。在另一些实施例中，供电单元50还包括与电力分配中心电性连接的电能储能模组和/或并网输送模组，电力分配中心对太阳能发电模组、风能发电模组所产生的电力，一部分电力分配给热力机组10，以节省热力机组10用电耗能，多余的电力可以储存在电能储能模组内或者通过并网输送模组进行上网，以实现可再生能源的合理分配利用。在其他实施例中，可再生能源发电模组还可以为地热能、水能等，在此不再赘述。

如图3，热能端60与热交换器13相连形成供热回路，通过供热回路不断地将热交换器13内的热量置换出来，再根据用能单元需要，进行分配，其中，热能端60与热能用户单元20相连，用于为其供热，将置换出的热能供给用热用户。在其中一实施例中，热能端60包括供热管路61、储热罐62、第一热水泵63及回水热管路64，储热罐62的进水端通过供热管路61与热力机组10的热交换器13的一端相连，第一热水泵63的进水端与储热罐62的出水端相连，第一热水泵63的出水端与热能用户单元20的进水端相连，用于为热能用户单元20提供热水，热交换器13的另一端通过回水热管路64与热能用户单元20的回水端相连，其中，热能端60还包括第一热旁通管道65及第二热旁通管道66，第一热旁通管道65的两端分别与供热管路61、第一热水泵63的进水端相连，第二热旁通管道66的两端分别与回水热管路64、第一热水泵63的出水端，使得热交换器13、供热管路61、第一热旁通管道65、第一热水泵63、第二热旁通管道66、回水热管路64首尾相连形成循环换热回路，热交换器13、供热管路61、储热罐62、第一热水泵63、第二热旁通管道66、回水热管路64首尾相连形成循环储热回路，即以热交换器13为换热中间设备，通过供热回路、循环换热回路、循环储热回路等换热回路，与制热制冷循环回路进行热交换。可选地，回水热管路64上还并联有至少一个第一空冷器67，当回水热管路64上的温度较高时，通过第一空冷器67向环境中散发热量，以降低回水热管路64的换热介质的温度，使其符合进入热交换器13的温度要求，或者当用热单元比用冷单元少时，通过第一空冷器67对其进行降温。在各管路上如供热管路61、第一热旁通管道65、第二热旁通管道66、回水管路等管路上设有控制阀，以控制各回路的形成，在此不再赘述，在另一些实施例中，储热罐62上还设有第一自来水补水阀及第一补水管道，为储热罐62进行补水。可选地，储热罐62的热介质除了水（软化水）外，还可以为其他换热介质，如热煤油等。

同理，冷能端70与冷交换器11相连形成供冷回路，通过供冷回路不断地将冷交换器11内的冷量置换出来，再根据用能单元需要，进行分配，其中，冷能端70与冷能用户单元30相连，用于为其供冷，将置换出的冷能供给用冷用户。在其中一实施例中，冷能端70包括供冷管路71、储冷罐72、第一冷水泵73及回水冷管路74，储冷罐72的进水端通过供冷管路71与热力机组10的冷交换器11的一端相连，第一冷水泵73的进水端与储冷罐72的出水端相连，第一冷水泵73的出水端与冷能用户单元30的进水端相连，用于为冷能用户单元30提供冰冻水，冷交换器11的另一端通过回水冷管路74与冷能用户单元30的回水端相连，其中，冷能端70还包括第一冷旁通管道75及第二冷旁通管道76，第一冷旁通管道75的两端分别与供冷管路71、第一冷水泵73的进水端相连，第二冷旁通管道76的两端分别与回水冷管路74、第一冷水泵73的出水端，使得冷交换器11、供冷管路71、第一冷旁通管道75、第一冷水泵73、第二冷旁通管道76、回水冷管路74首尾相连形成循环换冷回路，冷交换器11、供冷管路71、储冷罐72、第一冷水泵73、第二冷旁通管道76、回水冷管路74首尾相连形成循环储冷回路，即以冷交换器11为换热中间设备，通过供冷回路、循环换冷回路、循环储冷回路等换热回路，与制热制冷循环回路进行冷交换。可选地，回水冷管路74上还并联有至少一个第二空冷器77，当回水冷管路74上的温度较低时，通过第二空冷器77向环境中散发冷量，以提高回水冷管路74的换热介质的温度，使其符合进入冷交换器11的温度要求，或者当用冷单元比用热单元少时，通过第二空冷器77对其进行升温。在各管路上如供冷管路71、第一冷旁通管道75、第二冷旁通管道76、回水冷管路74等管路上设有控制阀、温度检测器（图中未示）、压力检测器（图中未示）等，以控制各回路的形成，以及监控各管路的温度和压力，在此不再赘述，在另一些实施例中，储冷罐72上还设有第二自来水补水阀及第二补水管道，为储冷罐72进行补水。可选地，储冷罐72的冷介质为乙二醇水溶液（乙二醇：水的比例为1：1~1：3）或氯化钙水溶液（氯化钙：水的比例为1：1~1：3），除了上述冷介质外，还可以为其他换冷介质，在此不再赘述。

在其中一些实施例中，冷交换器11、热交换器13均为板式换热器。在另外一些实施例中，冷交换器11、热交换器13也可以为其他类型的换热器，如管壳式换热器，根据需要而选择，在此不再赘述。

又如图1和图2所示，热能用户单元20包括第一热能用户单元20、第二热能用户单元20、以及第n热能用户单元20等，可以为一级网络化热能调配，也可以为二级网络化热能调配，也可以为三级网络化热能调配，或者三级以上的网络化热能调配，根据规划需要，进行调配，其中，第一热能用户单元20包括至少一个第一级高温用户、至少一个第一级中温用户及至少一个第一级低温用户，相邻的第一级高温用户、第一级中温用户、第一级低温用户组成第一阶梯热能调配系统，其分配原理为：热力机组10输出高温的热能，如120℃-160℃或者更高（当热力机组10输出的热水温度不太高时，可提供在热力机组10的出口处增加加热设备，如电加热、天然气锅炉、生物质锅炉等等），通过第一热水泵63的作用，输送至第一级高温用户，如用热需求100℃-120℃或者更高，高温热能利用后，再输送至第一级中温用户，如用热需求60℃-90℃，中温热能利用后，再输送至第一级低温用户，如用热需求30℃-50℃，当第一级中温用户所需的功率低于经第一级高温用户利用后的热能时，第一级高温用户利用后的热能可以将多余的热能直接输送至第一级低温用户，当第一级中温用户或第一级低温用户所需要的功率不足时，热力机组10可以直接将多余的热能输送至第一级中温用户或第一级低温用户，当热力机组10所提供的热能仍然不足时，可以从相邻的热力机组10中调配热能到第一级中温用户或第一级低温用户，相邻的热力机组10的热能也可以调配至第一级高温用户，或者当热力机组10出故障或者需要停机维修时，也可以直接调配相邻的热力机组10的热能，从而使相邻的热力机组10形成网络化的热能调配。如图1，用户A1、用户B1、用户C1组成第一阶梯热能调配系统，用户A2、用户B2、用户C2组成第二阶梯热能调配系统，一台热力机组10同时将热能分配给相邻两组的第一阶梯热能调配系统、第二阶梯热能调配系统，当用户A1中热能过多时，用户A1中热能、用户B2中热能同时为用户C1供热，当供热仍然不足时，从第一热力机组10中输配热能或者从第二热力机组10中输配热能给用户C1，同理的，当第二阶梯热能调配系统中其中一个用户出现热能不足时，调配第二热力机组10的热能至该第二阶梯热能调配系统的用户中。在各管路上设有控制阀、温度检测器（图中未示）、压力检测器（图中未示）等，以控制各回路的形成，以及监控各管路的温度和压力，在此不再赘述。

在本实施例中，又如图2，第一热能用户单元20包括依次相连的第一热输配管21、第一高温用户22、第一热输配泵、第一中温用户23、第二热输配泵、第一低温用户24、第三热输配泵、回收热罐25、热循环泵及回收热管26，其原理为：热力机组10所输出的热能先通过第一热输配管21输配至第一高温用户22，再在第一热输配泵的作用下，输配至第一中温用户23，再在第二热输配泵的作用下，输配至第一低温用户24，接着，在第三热输配泵的作用下，再将余液输送至回收热罐25中存储，或者根据路程长远处理后排放，最后通过热循环泵及回收热管26的作用，输送回热力机组10中进行换热。在本实施例中，第一热能用户单元20还包括第二热输配管27、第三热输配管28及第四热输配管29，第二热输配管27的两端分别与第一热输配管21、第一中温用户23的进水端相连，第三热输配管28的两端分别与第一热输配管21、第一低温用户24的进水端相连，第四热输配管29的两端分别与第一热输配泵的输出端、第一低温用户24的进水端相连。在另一实施例中，第一低温用户24的进水端还设有第五热输配管，第五热输配管与相邻的热力机组10的热端相连。例如：热力机组10（120℃-160℃）、A用户（100℃-120℃）、B用户（60℃-90℃）、C用户（30℃-50℃），即将热力机组10附近的用户进行分析及统计，得到可以逐级热能利用的用户，再将热能形成网络式的分配，其中，在热能在各用户之间的传递过程，可以允许有10℃内的温度损失，或者更小，根据路程及保温的具体情况而定，在此不再赘述。在另一实施例中，第一热能用户单元20还包括侧热回流管，侧热回流管的两端分别与回收热罐25的输入端、第一热输配管21相连，以配合第二热旁通管道66的作用，形成循环换热。在各管路上设有控制阀、温度检测器（图中未示）、压力检测器（图中未示）等，以控制各回路的形成，以及监控各管路的温度和压力，在此不再赘述。

同理的，冷能用户单元30包括第一冷能用户单元30、第二冷能用户单元30、以及第n冷能用户单元30等，可以为一级网络化冷能调配，也可以为二级网络化冷能调配，也可以为三级网络化冷能调配，或者三级以上的网络化冷能调配，根据规划需要，进行调配，其中，第一冷能用户单元30包括至少一个第一级高用冷用户、至少一个第一级中用冷用户及至少一个第一级低用冷用户，相邻的第一级高用冷用户、第一级中用冷用户、第一级低用冷用户组成第一阶梯冷能调配系统，其分配原理为：热力机组10输出低温的冷能，如-25℃~-12℃或者更低，通过第一冷水泵73的作用，输送至第一级高用冷用户，如用冷需求-22℃~-15℃或者更高，冷能利用后，再输送至第一级中用冷用户，如用冷需求-12℃~-5℃，冷能利用后，再输送至第一级低用冷用户，如用热需求-2℃~5℃，当第一级中用冷用户所需的功率低于经第一级高用冷用户利用后的冷能时，第一级高用冷用户利用后的冷能可以将多余的冷能直接输送至第一级低用冷用户，当第一级低用冷用户或第一级低用冷用户所需要的功率不足时，热力机组10可以直接将多余的冷能输送至第一级中用冷用户或第一级低用冷用户，当热力机组10所提供的冷能仍然不足时，可以从相邻的热力机组10中调配热能到第一级中用冷用户或第一级低用冷用户，相邻的热力机组10的冷能也可以调配至第一级高用冷用户，或者当热力机组10出故障或者需要停机维修时，也可以直接调配相邻的热力机组10的冷能，从而使相邻的热力机组10形成网络化的热能调配。如图1，用户a1、用户b1、用户c1组成第一阶梯冷能调配系统，用户a2、用户b2、用户c2组成第二阶梯冷能调配系统，一台热力机组10同时将冷能分配给相邻两组的第一阶梯冷能调配系统、第二阶梯冷能调配系统，当用户a1中冷能过多时，用户a1中冷能、用户b2中冷能同时为用户c1供冷，当供冷仍然不足时，从第一热力机组10中输配冷能或者从第二热力机组10中输配冷能给用户c1，同理的，当第二阶梯冷能调配系统中其中一个用户出现冷能不足时，调配第二热力机组10的冷能至该第二阶梯冷能调配系统的用户中。

在本实施例中，又如图2，第一冷能用户单元30包括依次相连的第一冷输配管31、第一高用冷用户32、第一冷输配泵、第一中用冷用户33、第二冷输配泵、第一低用冷用户34、第三冷输配泵、回收冷罐35、冷循环泵及回收冷管36，其原理为：热力机组10所输出的冷能先通过第一冷输配管31输配至第一高用冷用户32，再在第一冷输配泵的作用下，输配至第一中用冷用户33，再在第二冷输配泵的作用下，输配至第一低用冷用户34，接着，在第三冷输配泵的作用下，再将余液输送至回收冷罐35中存储，或者根据路程长远处理后排放，最后通过冷循环泵及回收冷管36的作用，输送回热力机组10中进行换冷。在本实施例中，第一冷能用户单元30还包括第二冷输配管37、第三冷输配管38及第四冷输配管39，第二冷输配管37的两端分别与第一冷输配管31、第一中用冷用户33的进水端相连，第三冷输配管38的两端分别与第一冷输配管31、第一低用冷用户34的进水端相连，第四冷输配管39的两端分别与第一冷输配泵的输出端、第一低用冷用户34的进水端相连。在另一实施例中，第一低用冷用户34的进水端还设有第五冷输配管，第五冷输配管与相邻的热力机组10的冷端相连。将热力机组10附近的用户进行分析及统计，得到可以逐级冷能利用的用户，再将冷能形成网络式的分配，其中，在冷能在各用户之间的传递过程，可以允许有1~3℃内的温度损失，或者更小，根据路程及保温的具体情况而定，在此不再赘述。在另一实施例中，第一冷能用户单元30还包括侧冷回流管，侧冷回流管的两端分别与回收冷罐35的输入端、第一冷输配管31相连，以配合第二冷旁通管道76的作用，形成循环换热。在各管路上设有控制阀、温度检测器（图中未示）、压力检测器（图中未示）等，以控制各回路的形成，以及监控各管路的温度和压力，在此不再赘述。

控制中心40为AI智慧能源控制中心40，通过云端或者高速网络传输的方式，收集和统计热力机组10、热能用户单元20和冷能用户单元30的数据以及环境、电力数据，如热力机组10的供热功率、供冷功率、储能情况、供电分配情况、热能用户单元20的用能情况、附近其他热能单元的用能情况、各单个用户的用能情况、冷能用户单元30的用能情况、附近其他冷能单元的用能情况、各单个用户的用能情况等，还收集用能单元的环境情况、供电单元50的电力情况，作出实际的调整方案。在本实施例中，控制中心40为单片机，其内集成了上述所说的一些控制及数据集成。

如图4，在其中一实施例中，该运行方法包括如下步骤：

S1：收集该区域和/或相邻区域的热力机组10的供能情况、用热用冷用户的用能情况，生成供能用能模型；

在其中一实施例中，供能情况包括热力机组10的供热/供冷的功率、早中晚的供能波动情况、供电单元50的供电情况、热能用户单元20/冷能用户单元30的用能数据（温度、功率等）、管道布置及距离情况等。热力机组10的数量为多个，热能用户单元20的数量为多个，冷能用户单元30的数量为多个。

S2：基于供能用能模型中的热能用户，划分出高温用户、中温用户和低温用户，以相邻的高温用户、中温用户及低温用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯热能调配系统；

可理解地，热能的输配是以高、中、低等网络方式输送，使一个热力机组10可以同时供多个用热用户使用，同时由于每个用户的用能温度需求不同，使用后，仍然存在可用的热能，这样进一步地输配至下一个用能单位，使其热能能够得到充分的利用。在这里需要具体说明，相邻的高温用户、中温用户和低温用户是指它们可能在相同的厂区或者不同的厂区，根据热能输配及回收的路线进行规划。

S3：统筹各个阶梯热能调配系统的用能热功率，确定热力机组10的启动模式及调配方案，为阶梯热能调配系统进行供热；

可理解的，由于一台总的热力机组10具有额定和变频的两种联合方式，可以根据用热需求，进行启动，当一台总的热力机组10的供热功率不足时，可以调配相邻的热力机组10的热能，从而达到热能的互相调配利用，在这里需要具体说明，相邻的热力机组10是指相同区域或者不同区域的热力设备，它们相对于其他热力设备，距离上是比较接近，且可以实现热能互相调配的两台或者两台以上的设备。

可选地，在其中一阶梯热能调配系统中，当从中温用户中供给低温用户的用能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，可将高温用户中的多余热能输配至低温用户，或者直接从热力机组10的热能端60中调配多余热能至低温用户；

在另一些实施例中，根据电力供需关系、冷能用户的功率需求及环境温度关系，形成峰谷电热能调配模型，在谷电的情况下，将多余的热能以高温热水的形式储存在储热罐62中，在峰电的情况下，将储存在储热罐62中的高温热水调配至热能用户中使用。

可理解地，峰谷电能源是指根据供电单元50的供电模式，选择热能储存的方式。若是市电供电的方式，谷电量是指夜间低谷，这时电网会出现电能过剩，将热能储存在储热罐62中，峰电量是指白天高峰，这时电网会出现电能不足，将储存在储热罐62内的热水，调配至用户中；若是可再生能源发电模组供电的方式，根据可再生能源发电模组的发电量进行调配，当可再生能源发电模组的发电量大于设定阈值且热力机组10供热功率未达到最大值功率（使用功率为60%-90%）时，可以将这部分的热能，储存在储热罐62内；当可再生能源发电模组的发电量小于或者等于设定阈值且热力机组10供热功率已达到最大值功率时，可将储存在储热罐62内热能，调配至用户中。以冷能用户的功率需求来平衡热能输出模式，若冷能用户的功率需求较高，且热能用户的功率需求低于冷能用户的功率需求时，根据能量守恒定律，必然会多出部分的热能，将这部分热能储存在储热罐62中，若冷能用户的功率需求较低，且热能用户的功率需求高于冷能用户的功率需求时，将储存在储热罐62的热水，调配至用户中。

S4：基于供能用能模型中的冷能用户，划分出高用冷用户、中用冷用户和低用冷用户，以相邻的高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯冷能调配系统；

以上步骤跟上述步骤S2的解析内容类似，在此不再赘述。

S5：统筹各个阶梯冷能调配系统的用能冷功率，确定热力机组10的启动模式及调配方案，为阶梯冷能调配系统进行供冷；

在其中一实施例中，当在其中一阶梯冷能调配系统中，当从中用冷用户中供给低用冷用户的用能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，可将高用冷用户中的多余冷能输配至低用冷用户，或者直接从热力机组10的冷能端70中调配多余冷能至低温用户；

在另一些实施例中，根据电力供需关系、热能用户的功率需求及环境温度关系，形成峰谷电冷能调配模型，在谷电的情况下，将多余的冷能以冷冻水的形式储存在储冷罐72中，在峰电的情况下，将储存在储冷罐72中的冷冻水调配至冷能用户中使用。

以上步骤跟上述步骤S3的解析内容类似，在此不再赘述。

其中，在市电供电的方式，若为谷电时，将冷能储存在储冷罐72中，若为峰电时，将储存在储热罐62内的热水，调配至用户中；在可再生能源发电模组供电的方式，当可再生能源发电模组的发电量大于设定阈值且热力机组10供冷功率未达到最大值功率（使用功率为60%-90%）时，可以将这部分的冷能，储存在储冷罐72内，当可再生能源发电模组的发电量小于或者等于设定阈值且热力机组10供冷功率已达到最大值功率时，可将储存在储冷罐72内冷能，调配至用户中。以热能用户的功率需求来平衡冷能输出模式，若热能用户的功率需求较高，且冷能用户的功率需求低于热能用户的功率需求时，将这部分冷能储存在储冷罐72中，若热能用户的功率需求较低，且冷能用户的功率需求高于热能用户的功率需求时，将储存在储冷罐72的冷冻水，调配至用户中。

S6：当该区域的热力机组10所提供的热能或冷能不足时，控制中心40通过数据收集及分析，从相邻区域的热力机组10中调配出足量的热能或冷能，再分配至对应的阶梯热能调配系统或阶梯冷能调配系统中，以达到智慧能源调配的目的。

S7：若该区域和/或相邻区域的热力机组10的供能情况、用热用冷用户的用能情况的数据有更新，重新返回步骤S1，重新生成模型及能源调配。

可理解的，当该区域有用能单位不用热能或者冷能，导致阶梯输配关系发生了变化，因此需要重新生成模型，才能精确地分配能源。

S8：当用热单元所需的用热功率小于用冷单元所需的用冷功率且阶梯热能调配系统中的回水温度较高时，开启第一空冷器67，对回水温度进行降温；

当用冷单元所需的用冷功率小于用热单元所需的用热功率且阶梯冷能调配系统中的回水温度较低时，开启第二空冷器77，对回水温度进行降温；

可理解的，用热单元与用冷单元的所需功率不同，导致供热供冷不平衡，影响热力机组10的稳定性，需要开启其中一空冷器，调整供热供冷功率平衡。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，包括至少一个热力机组、与所述热力机组相连的热能用户单元、冷能用户单元及控制中心，所述热力机组包括热泵、热能端及冷能端，所述热能端与所述热能用户单元相连，所述冷能端与所述冷能用户单元相连；所述热能用户单元包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的所述高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；所述冷能用户单元包括高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户，相邻的所述高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统；所述控制中心分别与所述热力机组、阶梯热能调配系统、阶梯冷能调配系统电性连接，用于对所述热力机组所提供的热能或/和冷能进行智慧能源调配；

所述热泵包括冷交换器、压缩机、热交换器及膨胀阀，所述冷交换器、压缩机、热交换器、膨胀阀首尾相连形成制热制冷循环回路；所述热能端包括供热管路、储热罐、第一热水泵及回水热管路，所述储热罐的进水端通过所述供热管路与所述热交换器的一端相连，所述第一热水泵的进水端与所述储热罐的出水端相连，所述第一热水泵的出水端与所述热能用户单元的进水端相连，所述热交换器的另一端通过所述回水热管路与所述热能用户单元的回水端相连。

2.根据权利要求1所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，所述热能端还包括第一热旁通管道及第二热旁通管道，所述第一热旁通管道的两端分别与所述供热管路、第一热水泵的进水端相连，所述第二热旁通管道的两端分别与所述回水热管路、第一热水泵的出水端。

3.根据权利要求1所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，所述冷能端包括供冷管路、储冷罐、第一冷水泵及回水冷管路，所述储冷罐的进水端通过所述供冷管路与所述冷交换器的一端相连，所述第一冷水泵的进水端与所述储冷罐的出水端相连，所述第一冷水泵的出水端与所述冷能用户单元的进水端相连，所述冷交换器的另一端通过所述回水冷管路与所述冷能用户单元的回水端相连。

4.根据权利要求3所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，所述冷能端还包括第一冷旁通管道及第二冷旁通管道，所述第一冷旁通管道的两端分别与所述供冷管路、第一冷水泵的进水端相连，所述第二冷旁通管道的两端分别与所述回水冷管路、第一冷水泵的出水端。

5.根据权利要求1所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，所述供热供冷系统还包括与热力机组电性连接的供电单元，所述供电单元包括可再生能源发电模组及与所述可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心；所述可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。

6.根据权利要求5所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统，其特征在于，所述供电单元还包括与所述电力分配中心电性连接的电能储能模组和/或并网输送模组。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法，其特征在于，包括：

S1：收集区域和/或相邻区域的热力机组的供能情况、用热用冷用户的用能情况，生成供能用能模型；

S2：基于供能用能模型中的热能用户，划分出高温用户、中温用户和低温用户，以相邻的高温用户、中温用户及低温用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯热能调配系统；基于供能用能模型中的冷能用户，划分出高用冷用户、中用冷用户和低用冷用户，以相邻的高用冷用户、中用冷用户及低用冷用户构建阶梯输配关系，形成多个阶梯冷能调配系统；

S3：统筹各个阶梯热能调配系统的用能热功率及各个阶梯冷能调配系统的用能冷功率，确定热力机组的启动模式及调配方案，为阶梯热能调配系统进行供热，为阶梯冷能调配系统进行供冷；

S4：当该区域的热力机组所提供的热能或冷能不足时，从相邻区域的热力机组中调配出足量的热能或冷能，再分配至对应的阶梯热能调配系统或阶梯冷能调配系统中，以达到智慧能源调配的目的。

8.根据权利要求7所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中，在其中一阶梯热能调配系统中，当从中温用户中供给低温用户的用能不足时，将高温用户中的多余热能输配至低温用户，或者直接从热力机组的热能端中调配多余热能至低温用户；当在其中一阶梯冷能调配系统中，当从中用冷用户中供给低用冷用户的用能不足时，将高用冷用户中的多余冷能输配至低用冷用户，或者直接从热力机组的冷能端中调配多余冷能至低温用户。

9.根据权利要求7所述的基于热泵智慧能源调配的供热供冷系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中，根据电力供需关系、热能用户的功率需求、冷能用户的功率需求及环境温度关系，形成峰谷电热能调配模型和/或峰谷电冷能调配模型；在峰谷电热能调配模型中，在谷电的情况下，将多余的热能以高温热水的形式储存在储热罐中，在峰电的情况下，将储存在储热罐中的高温热水调配至热能用户中使用；在峰谷电冷能调配模型中，在谷电的情况下，将多余的冷能以冷冻水的形式储存在储冷罐中，在峰电的情况下，将储存在储冷罐中的冷冻水调配至冷能用户中使用。