CN117628725A - 一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，包括：绿色发电设备、二氧化碳冷热一体化设备以及跨季节地源储能设备；绿色发电设备能为二氧化碳冷热一体化设备提供电能，二氧化碳冷热一体化设备能将电能转化为热能和冷能，当日季节为供冷季时，二氧化碳冷热一体化设备，能将冷能提供给区域内的用户，而将热能提供给跨季节地源储能设备，当日季节为供热季时，二氧化碳冷热一体化单元，能将热能提供给区域内的用户，而将冷能提供给跨季节地源储能设备。该冷热一体化区域供能系统能够以跨临界二氧化碳热力学循环为核心，充分利用绿色电能供电，并结合跨季节地源储能设备进行冷热平衡调控，从而大幅降低区域供能系统的能耗以及碳排放。

Description

一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统

技术领域

本发明涉及清洁低碳能源利用设备技术领域，尤其涉及一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统。

背景技术

在区域用能中，建筑、冷链物流、产品加工等各个行业的冷热能源消耗都非常大。为了减少区域在供热制冷方面的能耗，高效的冷热转换与供给技术是降低区域冷热用能能耗的关键。传统采用氟利昂类工质为区域进行制冷，不仅工质的GWP值较高，而且能效比一般不高，导致制冷能耗较大，碳排放较高；而传统的制热或供暖，多是以化石能源为主，造成大量的二氧化碳排放以及空气污染。风光发电由于存在不稳定以及储电成本较高等问题，区域供能系统难以直接使用，这导致大量的弃风弃光现像出现。

因此亟需提供一种绿色、低碳、节能环保的基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，其解决了现有的区域供能系统碳排放和能耗均较高的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，包括：绿色发电设备、二氧化碳冷热一体化设备以及跨季节地源储能设备；

所述绿色发电设备能为所述二氧化碳冷热一体化设备提供电能，所述二氧化碳冷热一体化设备能将电能转化为热能和冷能，当日季节为供冷季时，所述二氧化碳冷热一体化设备，能将冷能提供给区域内的用户，而将热能提供给所述跨季节地源储能设备，当日季节为供热季时，所述二氧化碳冷热一体化单元，能将热能提供给区域内的用户，而将冷能提供给所述跨季节地源储能设备，所述跨季节地源储能设备用于热能或冷能的跨季节存储。

可选地，所述二氧化碳冷热一体化设备包括：液态二氧化碳储罐、二氧化碳气液分离器、二氧化碳液态泵以及多个并联设置的冷热转换装置；

所述液态二氧化碳储罐的出口与所述二氧化碳液态泵的进口连通，所述二氧化碳液态泵的出口分别与多个所述冷热转换装置的二氧化碳进口连通，多个所述冷热转换装置的二氧化碳出口与所述二氧化碳气液分离器的进口连通，所述二氧化碳气液分离器的液态二氧化碳出口与液态二氧化碳储罐的进口连通，所述二氧化碳气液分离器的气态二氧化碳出口与所述冷热转换装置的二氧化碳进口连通。

可选地，所述冷热转换装置包括：蒸发器、压缩机和冷凝器；

所述二氧化碳液态泵的出口通过管路与所述蒸发器的二氧化碳冷侧管路入口连通，所述蒸发器的二氧化碳冷侧管路出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述冷凝器的二氧化碳热侧管路入口连通，所述冷凝器的二氧化碳热侧管路出口与所述二氧化碳气液分离器的进口连通，所述二氧化碳气液分离器的气态二氧化碳出口通过二氧化碳回流管道与所述压缩机的进口连通。

可选地，所述二氧化碳冷热一体化设备还包括：来水管、第一进水管、第二进水管、供给水管、三通阀一、第一出水管以及第二出水管；

所述来水管与所述三通阀一的进水口连通，所述三通阀一的第一出水口经水阀一与所述第一进水管的第一端连通，所述第一进水管的第二端设置有水阀二，所述第一进水管上分出多个支路出水口，所述第一进水管上的多个支路出水口与多个所述蒸发器的热侧管路进水口一一对应地连通，多个所述蒸发器的热侧管路出水口均与所述第一出水管连通，所述第一出水管的第一端经水阀三与所述供给水管连通，所述第一出水管的第二端设置有水阀四；

所述三通阀一的第二出水口经水阀五与所述第二进水管的第一端连通，所述第二进水管的第二端设置有水阀六，所述第二进水管上分出多个支路出水口，所述第二进水管上的多个支路出水口与多个所述冷凝器的冷侧管路进水口一一对应地连通，多个所述冷凝器的冷侧管路出水口均与所述第二出水管连通，所述第二出水管的第一端经水阀七与所述供给水管连通，所述第二出水管的第二端设置有水阀八。

可选地，所述冷热转换装置的数量为四个，包括：蒸发器一、压缩机一、冷凝器一、蒸发器二、压缩机二、冷凝器二、蒸发器三、压缩机三、冷凝器三、蒸发器四、压缩机四、冷凝器四。

可选地，所述蒸发器一、蒸发器二、蒸发器三和蒸发器四的二氧化碳冷侧管路入口处分别安装有阀门一、阀门二、阀门三、阀门四，所述冷凝器一、冷凝器二、冷凝器三和冷凝器四的二氧化碳热侧管路出口分别安装有节流装置一、节流装置二、节流装置三、节流装置四。

可选地，所述蒸发器一、蒸发器二、蒸发器三、蒸发器四的热侧管路进水口处分别设置有水阀九、水阀十、水阀十一、水阀十二，所述冷凝器一、冷凝器二、冷凝器三、冷凝器四的冷侧管路进水口处分别设置有水阀十三、水阀十四、水阀十五、水阀十六。

可选地，所述二氧化碳冷热一体化设备还包括：水泵和三通阀二；

所述跨季节地源储能设备的第一端与所述水泵一端连通，所述水泵的另一端分为两路，一路经所述水阀四与所述第一出水管连通，另一路经所述水阀八与所述第二出水管连通，所述跨季节地源储能设备的第二端与所述三通阀二的第一接口连通，所述三通阀二的第二接口经所述水阀六与所述第二进水管连通，所述三通阀二的第三接口经所述水阀二与所述第一进水管连通。

可选地，所述二氧化碳冷热一体化设备还包括：三通阀四、三通阀三、第三出水管以及用于存储冷水和热水的蓄冷蓄热装置；

所述第一出水管的第二端与所述三通阀三的第一接口连通，所述三通阀三的第二接口经所述水阀四与所述水泵连通，所述三通阀三的第三接口经水阀十七与所述蓄冷蓄热装置的冷水进口连通；

所述第二出水管的第二端与所述三通阀四的第一接口连接，所述三通阀四的第二接口经所述水阀八与所述水泵连通，所述三通阀四的第三接口经水阀十八与所述蓄冷蓄热装置的热水进口连通，所述蓄冷蓄热装置的出水口与所述第三出水管的一端连通，所述第三出水管的另一端经水阀十九与所述供给水管连通。

可选地，所述绿色发电设备为光伏发电机组或风能发电机组，所述跨季节地源储能设备为地埋管装置。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，由于包括：绿色发电设备、二氧化碳冷热一体化设备以及跨季节地源储能设备；所述绿色发电设备能为所述二氧化碳冷热一体化设备提供电能，所述二氧化碳冷热一体化设备能将电能转化为热能和冷能，当日季节为供冷季时，所述二氧化碳冷热一体化设备，能将冷能提供给区域内的用户，而将热能提供给所述跨季节地源储能设备，当日季节为供热季时，所述二氧化碳冷热一体化单元，能将热能提供给区域内的用户，而将冷能提供给所述跨季节地源储能设备，所述跨季节地源储能设备用于热能或冷能的跨季节存储，相对于现有技术而言，本发明的绿色发电设备、二氧化碳冷热一体化设备以及跨季节地源储能设备能够耦合匹配，既能减少或避免风光绿色发电设备的弃风、弃光率，大幅提升绿电的利用效率，还能避免跨季节地源储能设备长期使用，导致的地热失衡问题，更重要的是利用二氧化碳冷热一体化设备，以天然工质二氧化碳为工质，消纳绿电资源，提升绿电利用率，并提高夏季制冷冬季制热的效率，这显著地降低了区域供冷、供热系统的能耗以及碳排放。

附图说明

图1为本发明的基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统的结构示意图。

【附图标记说明】

1：绿色发电设备；2：二氧化碳冷热一体化设备：3：跨季节地源储能设备；4：液态二氧化碳储罐；5：二氧化碳气液分离器；6：二氧化碳液态泵；

7A：蒸发器一；7B：蒸发器二；7C：蒸发器三；7D：蒸发器四；

8A：压缩机一；8B：压缩机二；8C：压缩机三；8D：压缩机四；

9A：冷凝器一；9B：冷凝器二；9C：冷凝器三；9D：冷凝器四；

10：来水管；11：供给水管；12：蓄冷蓄热装置；13：水泵；

14：三通阀二；15：三通阀四；16：三通阀三；17：三通阀一；

18：第一进水管；19：第二进水管；20：第一出水管；21：第二出水管；22：二氧化碳回流管道；23：第三出水管；

24：水阀二；25：水阀六；26：水阀一；27：水阀五；28：水阀四；29：水阀十七；30：水阀十八；31：水阀八；

32A：水阀九；32B：水阀十；32C：水阀十一；32D：水阀十二；

33A：水阀十三；33B：水阀十四；33C：水阀十五；33D：水阀十六；

34A：水阀三；34B：水阀七；34C：水阀十九；

35A：阀门一；35B：阀门二；35C：阀门三；35D：阀门四；

36A：节流装置一；36B：节流装置二；36C：节流装置三；36D：节流装置四。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

请参见图1，图1示出了本实施例的基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统的结构示意图。

本实施例提供一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，包括：绿色发电设备1、二氧化碳冷热一体化设备2以及跨季节地源储能设备3。

绿色发电设备1能为二氧化碳冷热一体化设备2提供电能，二氧化碳冷热一体化设备2能将电能转化为热能和冷能；当日季节为供冷季时，二氧化碳冷热一体化设备2，能将冷能提供给区域内的用户，而将热能提供给跨季节地源储能设备3；当日季节为供热季时，二氧化碳冷热一体化单元2，能将热能提供给区域内的用户，而将冷能提供给跨季节地源储能设备3；跨季节地源储能设备3用于热能或冷能的跨季节存储。

进一步地，本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2包括：液态二氧化碳储罐4、二氧化碳气液分离器5、二氧化碳液态泵6以及多个并联设置的冷热转换装置。液态二氧化碳储罐4的出口与二氧化碳液态泵6的进口连通，二氧化碳液态泵6的出口分别与多个冷热转换装置的进口连通，多个冷热转换装置的出口与二氧化碳气液分离器5的进口连通，二氧化碳气液分离器5的液态二氧化碳出口与液态二氧化碳储罐4的进口连通，二氧化碳气液分离器5的气态二氧化碳出口与多个冷热转换装置的进口连通。

本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2的工作原理如下：液态二氧化碳储罐4内部储存有低温液态二氧化碳，二氧化碳液态泵6将低温液态二氧化碳泵送至冷热转换装置，低温液态二氧化碳在冷热转换装置内经过蒸发、压缩和冷凝，从而释放冷能和热能，最后进入二氧化碳气液分离器5，二氧化碳气液分离器5将液态二氧化碳和气态二氧化碳分离开来，并将液态二氧化碳、气态二氧化碳分别输送给液态二氧化碳储罐4、冷热转换装置。需要进一步说明的，绿色发电设备1为冷热转换装置提供电能，从而为冷热转换提供能量。

在本实施例的冷热转换装置包括：蒸发器、压缩机和冷凝器。二氧化碳液态泵6的出口通过管路与蒸发器的二氧化碳冷侧管路入口连通，蒸发器的二氧化碳冷侧管路出口与压缩机的入口连通，压缩机的出口与冷凝器的二氧化碳热侧管路入口连通，冷凝器的二氧化碳热侧管路出口与二氧化碳气液分离器5的进口连通，二氧化碳气液分离器5的气态二氧化碳出口通过二氧化碳回流管道22与压缩机的进口连通。

进一步地，本实施例的冷热转换装置数量为四个，包括：蒸发器一7A、压缩机一8A、冷凝器一9A、蒸发器二7B、压缩机二8B、冷凝器二9B、蒸发器三7C、压缩机三8C、冷凝器三9C、蒸发器四7D、压缩机四8D、冷凝器四9D。蒸发器一7A、蒸发器二7B、蒸发器三7C和蒸发器四7D的二氧化碳冷侧管路入口处分别安装有阀门一35A、阀门二35B、阀门三35C、阀门四35D，冷凝器一9A、冷凝器二9B、冷凝器三9C和冷凝器四9D的二氧化碳热侧管路出口分别安装有节流装置一36A、节流装置二36B、节流装置三36C、节流装置四36D。需要说明的是，本发明的冷热转换装置不限于四个，还可以为二个、三个、五个及至更多个，具体根据设计规模调整冷热转换装置的数量。

本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2还包括：来水管10、第一进水管18、第二进水管19、供给水管11、三通阀一17、第一出水管20以及第二出水管21。

来水管10与三通阀一17的进水口连通，三通阀一17的第一出水口经水阀一26与第一进水管18的第一端连通，第一进水管18的第二端设置有水阀二24，第一进水管18上分出四支路出水口，该四支路出水口分别与蒸发器一7A、蒸发器二7B、蒸发器三7C、蒸发器四7D的热侧管路进水口连通，蒸发器一7A、蒸发器二7B、蒸发器三7C、蒸发器四7D的热侧管路出水口均与第一出水管20连通，第一出水管20的第一端经水阀三34A与供给水管11连通，第一出水管20的第二端设置有水阀四28；

三通阀一17的第二出水口经水阀五27与第二进水管19的第一端连接，第二进水管19的第二端设置有水阀六25，第二进水管19上分出四支路出水口，该四支路出水口分别与冷凝器一9A、冷凝器二9B、冷凝器三9C、冷凝器四9D的冷侧管路进水口连通，冷凝器一9A、冷凝器二9B、冷凝器三9C、冷凝器四9D的冷侧管路出水口均与第二出水管21连通，第二出水管21的第一端经水阀七34B与供给水管11连通，第二出水管21的第二端设置有水阀八31。

进一步地，蒸发器一7A、蒸发器二7B、蒸发器三7C、蒸发器四7D的热侧管路进水口处分别设置有水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C、水阀十二32D，冷凝器一9A、冷凝器二9B、冷凝器三9C、冷凝器四9D的冷侧管路进水口处分别设置有水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C、水阀十六33D。设置上述水阀的目的在于，控制来水的流向，从而根据电量和需求选择性地开启一个或多个冷热转换装置。

本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2还包括：水泵13和三通阀二14。跨季节地源储能设备3的第一端与水泵13一端连通，水泵13的另一端分为两路，一路经水阀四28与第一出水管20连通，另一路经水阀八31与第二出水管21连通，跨季节地源储能设备3的第二端与三通阀二14的第一接口连通，三通阀二14的第二接口经水阀六25与第二进水管19连通，三通阀二14的第三接口经水阀二24与第一进水管18连通。使用时，水泵13能将第一出水管20内的冷水或第二出水管21内的热水送入位于地下的跨季节地源储能设备3，促进地热的恢复和平衡，并实现热能、冷能的跨季节存储。

进一步地，本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2还包括：三通阀四15、三通阀三16、第三出水管23以及用于存储冷水和热水的蓄冷蓄热装置12。

第一出水管20的第二端与三通阀三16的第一接口连通，三通阀三16的第二接口经水阀四28与水泵13连通，三通阀三16的第三接口经水阀十七29与蓄冷蓄热装置12的冷水进口连通；

第二出水管21的第二端与三通阀四15的第一接口连接，三通阀四15的第二接口经水阀八31与水泵13连通，三通阀四15的第三接口经水阀十八30与蓄冷蓄热装置12的热水进口连通，蓄冷蓄热装置12的出水口与第三出水管23的一端连通，第三出水管23的另一端经水阀十九34C与供给水管11连通。

在本实施例中，绿色发电设备1为光伏发电机组或风能发电机组，光伏发电机组和风能发电机组将光能、风能转化为电能，该电能首先满足照明等其他生活用电，富余电能为二氧化碳冷热一体化设备2中的用电部件供电，进一步富余的电能可以上网出售获利。

本实施例的二氧化碳冷热一体化设备2以跨临界二氧化碳冷热一体化循环为基础，将区域的热量/冷量进行相互转换，满足区域冷热供给需求，并将富余的热量和冷量进行存储，以提高系统的能量利用效率，该设备是实现区域低碳/零碳、低能耗冷热供能系统的核心组成部分。

在本实施例中，跨季节地源储能设备3为地埋管装置。在我国北方地区，冬季用热多，夏季用冷少，导致地下冷热不平衡时，跨季节地源储能设备3能够将夏季多余的热能储存于地下，实现对地热的恢复，同时降低二氧化碳冷热一体化设备2的冷凝温度，提升其夏季制冷效率，而在冬季时，利用夏季储存的热能，提升二氧化碳冷热一体化设备2的蒸发温度，提高冬季供暖等用热的制热效率。在我国南方地区，夏季用冷多，冬季用热少，导致地下冷热不平衡时，跨季节地源储能设备3能够将冬季多余的冷能，储存于地下，实现对地热的恢复、平衡，而在夏季时，利用冬季储存的冷能，提升其夏季制冷效率。

本实施例的绿色发电设备1、二氧化碳冷热一体化设备2、跨季节地源储能设备3耦合匹配，既能减少或避免风光绿电发电设备的弃风、弃光率，大幅提升绿电的利用效率，还能避免跨季节地源储能设备3长期使用，地热资源衰减严重，地源温度逐年上升或降低等失衡现像，更重要的是利用二氧化碳冷热一体化设备2，以天然工质二氧化碳为工质，消纳绿电资源，提升绿电利用率，提高夏季制冷冬季制热的效率，最终达到显著降低区域供冷、供热系统的能耗、碳排放。

本实施例的基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统的工作过程如下：

1、区域通过安装光伏发电机组、风能发电机组等为区域提供绿色电能，绿色电能进入区域后，依据区域照明等其他生活基本用电需求，优先为其提供电量，然后依据区域二氧化碳冷热一体化设备2的设计，为二氧化碳冷热一体化设备2的压缩机、二氧化碳液态泵6、二氧化碳气液分离器5等提供电量，当二氧化碳冷热一体化设备2的用电达到最大值仍无法消纳绿色电能时，将富余的电量上网出售获得经济价值。

2、在二氧化碳冷热一体化设备2内，低温液态二氧化碳从液态二氧化碳储罐7内通过二氧化碳液态泵6经管道输送到各个蒸发器(依据设计规模可调整蒸发器数量，使用时，根据需求选择性地开启一个或多个蒸发器)，在蒸发器与第一进水管18输送过来的水进行热量交换，从水中吸收热量变为低温气态二氧化碳，同时降低来水温度制取冷水，形成冷量通过第一出水管20输出。低温气态二氧化碳通过管道分配给各个压缩机(依据设计规模可调整压缩机数量)，各个压缩机利用绿色电能将气态二氧化碳压缩成高温高压的超临界/亚临界二氧化碳。高温高压的超临界/亚临界二氧化碳通过管路进入各个冷凝器(与压缩机数量匹配)，在冷凝器与第二进水管19输送过来的水进行热量交换，向水中释放热量形成中温高压的液态二氧化碳，同时提高来水温度制取热水，形成热量通过第二出水管21输出。中温高压的液态二氧化碳通过管道经各个节流装置节流后进入二氧化碳气液分离器5进行气液分离，其中低温气态二氧化碳通过二氧化碳回流管道22后再次进入各个压缩机，低温液态二氧化碳进入液态二氧化碳储罐4形成二氧化碳冷热一体化设备2的二氧化碳跨/亚临界循环。

3、夏季制冷时，关闭水阀二24、水阀五27，打开水阀一26，来水管10内的水经过三通阀一17和第一进入管18到达水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C以及水阀十二32D，根据用户需求以及绿电可用电量，控制水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C以及水阀十二32D的开启数量：具体控制为当可用绿电电量充足时，依次打开水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C以及水阀十二32D，并逐次启动压缩机一8A、压缩机二8B、压缩机三8C以及压缩机四8D。当可用绿电电量不充足时，根据电量只开启水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C以及水阀十二32D中的部分水阀，同时只开启对应的压缩机。此时，来水经过蒸发器的部分或全部与低温液态二氧化碳进行热量交换，制取达到用户需求的冷水。制取的冷水携带冷量汇集到第一出水管20，进行与用户需求以及蓄冷蓄热装置12的协同控制，具有控制方法为：打开水阀十七29、水阀三34A和水阀十九34C，关闭水阀四28、水阀十八30和水阀七34B，此时第一出水管20中的冷水分别经过水阀三34A为用户提供冷水和通过三通阀三16流经水阀十七29经蓄冷蓄热装置12后经第三出水管23以及水阀十九34C满足用户用冷需求；当提供的冷水超出用户需求时，此时再关闭水阀十九34C，部分冷水进入蓄冷蓄热装置12进行冷量存储，达到蓄冷的目的；当夜晚或阴天无法提供充足的电量驱动压缩机时，此时再打开水阀十九34C，为用户提供冷量，达到释放冷量的目的。而在冷凝器端，关闭水阀五27，打开水阀六25，水阀八31，水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C和/或水阀十六33D(水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C以及水阀十六33D与开启的压缩机相对应)；通过水泵13，将从各个冷凝器中进行热量交换获得的热水输送到跨季节地源储能设备3中；通过跨季节地源储能设备3与地热进行热量交换，将获得的热量储存到地下，用于恢复地热温度，提升地源制取热量，提高冬季供暖的效率，实现夏季制冷产生余热的跨季节储能利用。降温后的水经三通阀二14、水阀六25、第二进水管19以及水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C和/或水阀十六33D(与开启的压缩机对应)，在冷凝器中与超/亚临界二氧化碳进行热量交换，降低二氧化碳的温度并获得热量，形成的热水经第二出水管10、三通阀四15以及水阀八31，一部分用于用户夏季热水需求，其余部分连同补给水进入到水泵19，由水泵19泵送至跨季节地源储能设备3内。由于地源中的温度稳定且相对夏季高温天气温度较低，使得二氧化碳冷热一体化设备2的冷凝温度较低，可大幅提升二氧化碳冷热一体化设备2的夏季制冷效率；产生的热水既可以满足用户热水需求，同时大部分储存于地下，实现跨季节储能；而且实现冷热一体化，避免传统夏季制冷与冷热分离导致的能源利用效率低、碳排放大等问题。

冬季取热时，打开三通阀五27、水阀一26、水阀二24，关闭水阀六25，来水管10内的来水第一部分通过三通阀一17、水阀五27到达水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C和水阀十六33D，根据压缩机的开启情况决定水阀十三33A、水阀十四33B、水阀十五33C和水阀十六33D的开启数量；来水在冷凝器内与高温高压的气态二氧化碳进行热交换后形成热水，热水经过第二出水管21、水阀三34B为用户提供冬季所需热量。来水管10内的来水第二部分通过三通阀一17、水阀一26、第一进水管18以及水阀二24，通过三通阀二14进入跨季节地源储能设备3内(此时流向与夏季相反)，跨季节地源储能设备3经过一整个夏季的蓄热，地层温度上升，来水通过跨季节地源储能设备3热交换后形成热水，热水以水泵13为动力源分配给用户热需求。若温度需求不够时，可打开水阀八31，第二出水管21内的热水经三通阀四15、水阀八31后，与水泵13抽取上来的水混合，从而为其补充热量。在白天风光电充足时，多余电量可用于多开启压缩机以及配套冷凝器，通过打开水阀十八30，关闭水阀十九34C，将热水储存于蓄冷蓄热装置12内；在阴天或者夜晚时，打开水阀十九34C，蓄冷蓄热装置12内的热水通过第三出水管23、水阀十九34C供给给用户，从而为用户提供所需热量。在蒸发器一侧，可通过少开或关闭水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C、水阀十二32D，为用户提供冬季用于食物肉类储存所需必要冷量即可，多余冷量也可通过夏季模式将冷量存于蓄冷蓄热装置12内。整个过程中，其它未打开的水阀控制状态为关闭。此外，在我国南方地区，冬季制热少，夏季制冷多，这会导致地热温度逐年上升，夏季的制冷效率会逐年下降。因此在冬季时，蒸发器一侧还可以关闭水阀一26、水阀六25、水阀八31，打开水阀四28、水阀二24，通过水泵13，将从各个蒸发器中进行热量交换获得的冷水输送到跨季节地源储能设备3中，通过跨季节地源储能设备3与地热进行热量交换，将获得的冷量储存到地下，用于大幅降低地热温度，提高夏季制冷的效率，实现冬季制热产生余冷的跨季节储能利用。经地热升温后的水经三通阀二14、水阀二24、第一进水管18到达水阀九32A、水阀十32B、水阀十一32C、水阀十二32D，在蒸发器中与低温液态二氧化碳进行热量交换，提高二氧化碳的温度并获得冷量，形成的冷水经第一出水管20、三通阀三16、水阀四28进入到水泵19，由水泵19再次泵送至跨季节地源储能设备3内，继续与地层进行热交换，最终实现平衡地热，实现提升夏季制冷效率的目的。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于二氧化碳工质的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：包括：绿色发电设备(1)、二氧化碳冷热一体化设备(2)以及跨季节地源储能设备(3)；

所述绿色发电设备(1)能为所述二氧化碳冷热一体化设备(2)提供电能，所述二氧化碳冷热一体化设备(2)能将电能转化为热能和冷能，当日季节为供冷季时，所述二氧化碳冷热一体化设备(2)，能将冷能提供给区域内的用户，而将热能提供给所述跨季节地源储能设备(3)，当日季节为供热季时，所述二氧化碳冷热一体化单元(2)，能将热能提供给区域内的用户，而将冷能提供给所述跨季节地源储能设备(3)，所述跨季节地源储能设备(3)用于热能或冷能的跨季节存储。

2.如权利要求1所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述二氧化碳冷热一体化设备(2)包括：液态二氧化碳储罐(4)、二氧化碳气液分离器(5)、二氧化碳液态泵(6)以及多个并联设置的冷热转换装置；

所述液态二氧化碳储罐(4)的出口与所述二氧化碳液态泵(6)的进口连通，所述二氧化碳液态泵(6)的出口分别与多个所述冷热转换装置的二氧化碳进口连通，多个所述冷热转换装置的二氧化碳出口与所述二氧化碳气液分离器(5)的进口连通，所述二氧化碳气液分离器(5)的液态二氧化碳出口与液态二氧化碳储罐(4)的进口连通，所述二氧化碳气液分离器(5)的气态二氧化碳出口与所述冷热转换装置的二氧化碳进口连通。

3.如权利要求2所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述冷热转换装置包括：蒸发器、压缩机和冷凝器；

所述二氧化碳液态泵(6)的出口通过管路与所述蒸发器的二氧化碳冷侧管路入口连通，所述蒸发器的二氧化碳冷侧管路出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述冷凝器的二氧化碳热侧管路入口连通，所述冷凝器的二氧化碳热侧管路出口与所述二氧化碳气液分离器(5)的进口连通，所述二氧化碳气液分离器(5)的气态二氧化碳出口通过二氧化碳回流管道(22)与所述压缩机的进口连通。

4.如权利要求3所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述二氧化碳冷热一体化设备(2)还包括：来水管(10)、第一进水管(18)、第二进水管(19)、供给水管(11)、三通阀一(17)、第一出水管(20)以及第二出水管(21)；

所述来水管(10)与所述三通阀一(17)的进水口连通，所述三通阀一(17)的第一出水口经水阀一(26)与所述第一进水管(18)的第一端连通，所述第一进水管(18)的第二端设置有水阀二(24)，所述第一进水管(18)上分出多个支路出水口，所述第一进水管(18)上的多个支路出水口与多个所述蒸发器的热侧管路进水口一一对应地连通，多个所述蒸发器的热侧管路出水口均与所述第一出水管(20)连通，所述第一出水管(20)的第一端经水阀三(34A)与所述供给水管(11)连通，所述第一出水管(20)的第二端设置有水阀四(28)；

所述三通阀一(17)的第二出水口经水阀五(27)与所述第二进水管(19)的第一端连通，所述第二进水管(19)的第二端设置有水阀六(25)，所述第二进水管(19)上分出多个支路出水口，所述第二进水管(19)上的多个支路出水口与多个所述冷凝器的冷侧管路进水口一一对应地连通，多个所述冷凝器的冷侧管路出水口均与所述第二出水管(21)连通，所述第二出水管(21)的第一端经水阀七(34B)与所述供给水管(11)连通，所述第二出水管(21)的第二端设置有水阀八(31)。

5.如权利要求4所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述冷热转换装置的数量为四个，包括：蒸发器一(7A)、压缩机一(8A)、冷凝器一(9A)、蒸发器二(7B)、压缩机二(8B)、冷凝器二(9B)、蒸发器三(7C)、压缩机三(8C)、冷凝器三(9C)、蒸发器四(7D)、压缩机四(8D)、冷凝器四(9D)。

6.如权利要求5所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述蒸发器一(7A)、蒸发器二(7B)、蒸发器三(7C)和蒸发器四(7D)的二氧化碳冷侧管路入口处分别安装有阀门一(35A)、阀门二(35B)、阀门三(35C)、阀门四(35D)，所述冷凝器一(9A)、冷凝器二(9B)、冷凝器三(9C)和冷凝器四(9D)的二氧化碳热侧管路出口分别安装有节流装置一(36A)、节流装置二(36B)、节流装置三(36C)、节流装置四(36D)。

7.如权利要求5所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述蒸发器一(7A)、蒸发器二(7B)、蒸发器三(7C)、蒸发器四(7D)的热侧管路进水口处分别设置有水阀九(32A)、水阀十(32B)、水阀十一(32C)、水阀十二(32D)，所述冷凝器一(9A)、冷凝器二(9B)、冷凝器三(9C)、冷凝器四(9D)的冷侧管路进水口处分别设置有水阀十三(33A)、水阀十四(33B)、水阀十五(33C)、水阀十六(33D)。

8.如权利要求4所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述二氧化碳冷热一体化设备(2)还包括：水泵(13)和三通阀二(14)；

所述跨季节地源储能设备(3)的第一端与所述水泵(13)一端连通，所述水泵(13)的另一端分为两路，一路经所述水阀四(28)与所述第一出水管(20)连通，另一路经所述水阀八(31)与所述第二出水管(21)连通，所述跨季节地源储能设备(3)的第二端与所述三通阀二(14)的第一接口连通，所述三通阀二(14)的第二接口经所述水阀六(25)与所述第二进水管(19)连通，所述三通阀二(14)的第三接口经所述水阀二(24)与所述第一进水管(18)连通。

9.如权利要求8所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述二氧化碳冷热一体化设备(2)还包括：三通阀四(15)、三通阀三(16)、第三出水管(23)以及用于存储冷水和热水的蓄冷蓄热装置(12)；

所述第一出水管(20)的第二端与所述三通阀三(16)的第一接口连通，所述三通阀三(16)的第二接口经所述水阀四(28)与所述水泵(13)连通，所述三通阀三(16)的第三接口经水阀十七(29)与所述蓄冷蓄热装置(12)的冷水进口连通；

所述第二出水管(21)的第二端与所述三通阀四(15)的第一接口连接，所述三通阀四(15)的第二接口经所述水阀八(31)与所述水泵(13)连通，所述三通阀四(15)的第三接口经水阀十八(30)与所述蓄冷蓄热装置(12)的热水进口连通，所述蓄冷蓄热装置(12)的出水口与所述第三出水管(23)的一端连通，所述第三出水管(23)的另一端经水阀十九(34C)与所述供给水管(11)连通。

10.如权利要求1-9任一项所述的冷热一体化区域供能系统，其特征在于：所述绿色发电设备(1)为光伏发电机组或风能发电机组，所述跨季节地源储能设备(3)为地埋管装置。