CN205783981U - 一种主动蓄能调控的分布式能源系统 - Google Patents

一种主动蓄能调控的分布式能源系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及能源系统技术领域，尤其涉及一种主动蓄能调控的分布式能源系统。本实用新型的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，包括燃气轮机发电机组、蓄电器组件、吸收式制冷机组件、相变蓄冷器组件、烟气‑水换热器组件；燃气轮机发电机组产生的余热烟气依次流经吸收式制冷机组件、烟气‑水换热器组件；用电负荷端与蓄电器组件并联且均与燃气轮机发电机组电连接；用冷负荷端与相变蓄冷器组件并联且均与吸收式制冷机组件连接；烟气‑水换热器组件与用热负荷端连接。本实用新型的能源系统，使供电、供冷和供热始终满足冷、热、电负荷的动态变化，优化系统全工况性能和协调冷热电输出比例，实现系统全工况可靠运行，提高系统运行的经济效益。

Description

一种主动蓄能调控的分布式能源系统
技术领域
本发明涉及能源系统技术领域，尤其涉及一种主动蓄能调控的分布式能源系统。
背景技术
科学用能、节约用能在能源短缺的当今显得越来越迫切和重要。目前，我国能源利用效率低下，能源加工、转换、贮运和终端利用的综合效率约为33％。科学用能涉及到的先进供能系统、可再生能源和温室气体控制等方向，是我国能源科学技术发展的战略重点。
分布式供能系统是一种先进的供能系统，冷热电联供系统是其主要形式。在分布式供能系统中，燃料化学能释放出来的高温热能（900～1200℃）首先通过先进的微、小型动力设备发电，效率可以达到30％～38％，中温动力排烟余热可以通过热声、吸收式制冷、热泵等方式进一步转换和利用，难以转换的低温热再用于供热，因而具有较高的能源利用率。系统具有很强的开放性，它的布置形式由用户的具体要求和当地资源、经济和技术条件确定。工业园区、居民区、商业区等地方对能源的需求多样，通常同时具有电、冷和热方面的需求，很适合冷热电联产系统的使用。
冷热电分布式能源系统是以额定工况设计运行的，系统的能源利用效率较高。但实际运行过程中，用户的冷热电负荷需求随着季节、时刻、外界环境等因素的不同而变化，用能需求以及它们间比例的变化非常大。从而导致冷热电联供系统总是偏离设计工况运行，系统能耗增加、能源利用效率下降明显。而分布式能源系统设计特性与运行的实际情况相悖问题就成为影响其运行效果和推广应用的一个主要难题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种主动蓄能调控的分布式能源系统，可适应负荷的变化，能源利用效率高。
为实现上述目的，本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，包括燃气轮机发电机组，还包括蓄电器组件、吸收式制冷机组件、相变蓄冷器组件、烟气-水换热器组件；燃气轮机发电机组产生的余热烟气依次流经吸收式制冷机组件、烟气-水换热器组件；用电负荷端与蓄电器组件并联且均与燃气轮机发电机组电连接；用冷负荷端与相变蓄冷器组件并联且均与吸收式制冷机组件连接；烟气-水换热器组件与用热负荷端连接。
优选的，还包括相变蓄热器组件，相变蓄热器组件与所述用热负荷端并联且均与烟气-水换热器组件连接。
优选的，从所述燃气轮机发电机组流出的余热烟气的温度为240℃~450℃；从吸收式制冷机组件流出的余热烟气的温度为100℃~200℃。
优选的，所述相变蓄冷器组件的相变蓄冷材料的凝固点为7℃~10℃。
优选的，还包括热交换器组件，热交换器组件与所述吸收式制冷机组件并联于余热烟气的输送管道，热交换器组件从余热烟气吸收热量用于预热燃气轮机发电机组的燃料，燃料进入燃气轮机发电机组之前先流经热交换器组件。
优选的，还包括第一三通阀和第二三通阀，第一三通阀设置于燃气轮机发电机组和吸收式制冷机组件之间，第二三通阀设置于吸收式制冷机组件和烟气-水换热器组件之间，热交换器组件的两端分别与第一三通阀、第二三通阀连通。
本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统的调控方法，当电负荷低于发电机发电功率时，调控蓄电器组件存储多余的电能；当电负荷高于发电机发电功率时，调控蓄电器组件为电负荷供电；
当冷负荷低于吸收式制冷机组件单位时间内提供的冷量时，调控吸收式制冷机组件产生的冷量流经相变蓄冷器组件，使得相变蓄冷器组件的相变材料相变固化，将冷量储存于相变蓄冷器组件；当冷负荷高于吸收式制冷机组件单位时间内提供的冷量时，调控冷负荷的高温回水流经相变蓄冷器组件使固态的相变材料融化，将相变蓄冷器组件存储的冷量供给于冷负荷；
当热负荷低于烟气-水换热器组件单位时间内提供的热量时，调控烟气-水换热器组件产生的热量流经相变蓄热器组件使相变蓄热器组件的相变材料相变融化，将热量储存于相变蓄热器组件；当热负荷高于烟气-水换热器组件单位时间内提供的热量时，调控热负荷的低温回水流经相变蓄热器组件使液态的相变材料凝固，将相变蓄热器组件存储的热量供给于热负荷。
本发明的有益效果：本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，通过调控蓄电器组件、相变蓄冷器组件的输入或输出的功率，使得供电、供冷和供热始终满足冷、热、电负荷的动态变化，可优化系统全工况性能和协调冷热电输出比例，实现系统全工况高效、可靠运行，可以大幅度提高系统运行的经济效益。本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统的调控方法，通过对主动蓄能调控的分布式能源系统的调控，实现该能源系统供电、供冷和供热始终满足冷、热、电负荷的动态变化，降低该能源系统的能耗，提高该能源系统对燃料的利用效率。
附图说明
图1为本发明的实施例一的结构示意图。
图2为本发明的实施例二的结构示意图。
附图标记包括：
1—燃气轮机发电机组 2—蓄电器组件
3—吸收式制冷机组件 4—相变蓄冷器组件
5—烟气-水换热器组件 6—相变蓄热器组件
7—热交换器组件 8—第一三通阀
9—第二三通阀 10—余热烟气的流动通路
11—用电负荷端 12—用冷负荷端
13—用热负荷端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例一。
如图1所示，本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，包括燃气轮机发电机组1，还包括蓄电器组件2、吸收式制冷机组件3、相变蓄冷器组件4、烟气-水换热器组件5；燃气轮机发电机组1产生的余热烟气依次流经吸收式制冷机组件3、烟气-水换热器组件5；用电负荷端11与蓄电器组件2并联且均与燃气轮机发电机组1电连接；用冷负荷端12与相变蓄冷器组件4并联且均与吸收式制冷机组件3连接；烟气-水换热器组件5与用热负荷端13连接。
本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，燃料进入燃气轮机发电机组1燃烧发电，电能可并入区域电网为用户提供电能，燃烧产物为带有大量余热的余热烟气，余热烟气依次流经吸收式制冷机组件3、烟气-水换热器组件5，实现能量的阶梯利用。具体的，通过调控燃气轮机发电机组1，使得从燃气轮机发电机组1排出的余热烟气的温度为240℃~450℃，其为高温余热烟气，可用于为吸收式制冷机组件3的制冷提供能量，满足用户的冷负荷需求。
高温余热烟气经经吸收式制冷机组件3吸收热量后，变成低温余热烟气，通过调控吸收式制冷机组件3，使得低温余热烟气的温度为120℃~180℃，低温余热烟气进入烟气-水换热器组件5，通过换热为用户提供热水负荷，用于为用户供暖或提供洗浴用水，热水负荷对水温的需求低于100℃。
通过调控，可使得本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，当电负荷低于发电机发电功率时，调控蓄电器组件2存储多余的电能；当电负荷高于发电机发电功率时，调控蓄电器组件2为电负荷供电；当冷负荷低于吸收式制冷机组件3单位时间内提供的冷量时，调控吸收式制冷机组件3产生的冷量流经相变蓄冷器组件4，使得相变蓄冷器组件4的相变材料相变固化，将冷量储存于相变蓄冷器组件4；当冷负荷高于吸收式制冷机组件3单位时间内提供的冷量时，调控冷负荷的高温回水流经相变蓄冷器组件4使固态的相变材料融化，将相变蓄冷器组件4存储的冷量供给于冷负荷。
本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，通过调控蓄电器组件2、相变蓄冷器组件4的输入或输出的功率，使得供电、供冷和供热始终满足冷、热、电负荷的动态变化，可优化系统全工况性能和协调冷热电输出比例，实现系统全工况高效、可靠运行，可以大幅度提高系统运行的经济效益。
所述蓄电器组件2的储能方式可以为蓄电池储能、超导储能、机械储能或电容器储能等。蓄电器组件2能量密度大，能够以较小的体积重量提供较大的能量；蓄电器组件2功率密度大，能够提供系统功率突变时所需的补偿功率，具有较快的响应速度；储能效率高；高低温性能好，能够适应特殊环境、环境友好。
所述相变蓄冷器组件4可以为封装球相变蓄冷器组件4、平板式相变蓄冷器组件4、套管式相变蓄冷器组件4、壳管式交叉流相变蓄冷器组件4、壳管式平行流相变蓄冷器组件4。其中蓄冷器相变材料的相变温度为7～10℃，克服了水蓄冷蓄冷密度低、冰蓄冷制冷机组运行效率低的缺点，具有较大的储能密度，可提高制冷机组的蒸发温度和13OP 值，从而改善系统的能量利用率，节约能耗。
优选的，还包括相变蓄热器组件6，相变蓄热器组件6与所述用热负荷端13并联且均与烟气-水换热器组件5连接。本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，通过调控，可实现当热负荷低于烟气-水换热器组件5单位时间内提供的热量时，调控烟气-水换热器组件5产生的热量流经相变蓄热器组件6使相变蓄热器组件6的相变材料相变融化，将热量储存于相变蓄热器组件6；当热负荷高于烟气-水换热器组件5单位时间内提供的热量时，调控热负荷的低温回水流经相变蓄热器组件6使液态的相变材料凝固，将相变蓄热器组件6存储的热量供给于热负荷。
本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，可通过协同调控蓄电器组件2、相变蓄冷器组件4、相变蓄热器组件6的输入或输出的功率，使得供电、供冷和供热进一步满足用户端的需求变化。
具体的，从所述燃气轮机发电机组1流出的余热烟气的温度为240℃~450℃；从吸收式制冷机组件3流出的余热烟气的温度为100℃~200℃。
本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统的调控方法，当电负荷低于发电机发电功率时，调控蓄电器组件2存储多余的电能；当电负荷高于发电机发电功率时，调控蓄电器组件2为电负荷供电；当冷负荷低于吸收式制冷机组件3单位时间内提供的冷量时，调控吸收式制冷机组件3产生的冷量流经相变蓄冷器组件4，使得相变蓄冷器组件4的相变材料相变固化，将冷量储存于相变蓄冷器组件4；当冷负荷高于吸收式制冷机组件3单位时间内提供的冷量时，调控冷负荷的高温回水流经相变蓄冷器组件4使固态的相变材料融化，将相变蓄冷器组件4存储的冷量供给于冷负荷；当热负荷低于烟气-水换热器组件5单位时间内提供的热量时，调控烟气-水换热器组件5产生的热量流经相变蓄热器组件6使相变蓄热器组件6的相变材料相变融化，将热量储存于相变蓄热器组件6；当热负荷高于烟气-水换热器组件5单位时间内提供的热量时，调控热负荷的低温回水流经相变蓄热器组件6使液态的相变材料凝固，将相变蓄热器组件6存储的热量供给于热负荷。本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统的调控方法，通过对主动蓄能调控的分布式能源系统的调控，实现该能源系统供电、供冷和供热始终满足冷、热、电负荷的动态变化，可优化系统全工况性能和协调冷热电输出比例，实现系统全工况高效、可靠运行，可以大幅度提高系统运行的经济效益。
实施例二。
如图2所示，本实施例与实施例一不同之处在于，还包括热交换器组件7，热交换器组件7与所述吸收式制冷机组件3并联于余热烟气的输送管道，热交换器组件7从余热烟气吸收热量用于预热燃气轮机发电机组1的燃料，燃料进入燃气轮机发电机组1之前先流经热交换器组件7。
通过余热烟气预热燃料，实现了余热烟气的再次利用，提高了燃气轮机发电机组1的发电效率，提高了供电能力；在用电需求增高的情况下，通过调控热交换器组件7，使得较高比例的余热烟气用于预热燃料，提高燃气轮机发电机组1的发电能力，同时，控制蓄电器组件2协同调控，以满足电负荷的需求。
具体的，还包括第一三通阀8和第二三通阀9，第一三通阀8设置于燃气轮机发电机组1和吸收式制冷机组件3之间，第二三通阀9设置于吸收式制冷机组件3和烟气-水换热器组件5之间，热交换器组件7的两端分别与第一三通阀8、第二三通阀9连通。本发明的热交换器组件7与吸收式制冷机组件3并联，便于调控。
另外，本发明的本发明的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，可通过协同调控燃气轮机发电机组1、热交换器组件7、吸收式制冷机组件3、蓄电器组件2、相变蓄冷器组件4和相变蓄热器组件6，实现能源的更合理利用，使得冷、热、电的供需平衡，既能满足冷、热、电负荷的动态变化，又能保持供能系统全工况高效运行，还可以降低机组的装机容量。
本实施例的其余特征均参照实施例一的解释，在此不再赘述。
综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种主动蓄能调控的分布式能源系统，包括燃气轮机发电机组（1），其特征在于：还包括蓄电器组件（2）、吸收式制冷机组件（3）、相变蓄冷器组件（4）、烟气-水换热器组件（5）；燃气轮机发电机组（1）产生的余热烟气依次流经吸收式制冷机组件（3）、烟气-水换热器组件（5）；用电负荷端（11）与蓄电器组件（2）并联且均与燃气轮机发电机组（1）电连接；用冷负荷端（12）与相变蓄冷器组件（4）并联且均与吸收式制冷机组件（3）连接；烟气-水换热器组件（5）与用热负荷端连接。
2.根据权利要求1所述的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，其特征在于：还包括相变蓄热器组件（6），相变蓄热器组件（6）与所述用热负荷端并联且均与烟气-水换热器组件（5）连接。
3.根据权利要求1所述的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，其特征在于：从所述燃气轮机发电机组（1）流出的余热烟气的温度为240℃~450℃；从吸收式制冷机组件（3）流出的余热烟气的温度为100℃~200℃。
4.根据权利要求1所述的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，其特征在于：所述相变蓄冷器组件（4）的相变蓄冷材料的凝固点为7℃~10℃。
5.根据权利要求1所述的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，其特征在于：还包括热交换器组件（7），热交换器组件（7）与所述吸收式制冷机组件（3）并联于余热烟气的输送管道，热交换器组件（7）从余热烟气吸收热量用于预热燃气轮机发电机组（1）的燃料，燃料进入燃气轮机发电机组（1）之前先流经热交换器组件（7）。
6.根据权利要求5所述的一种主动蓄能调控的分布式能源系统，其特征在于：还包括第一三通阀（8）和第二三通阀（9），第一三通阀（8）设置于燃气轮机发电机组（1）和吸收式制冷机组件（3）之间，第二三通阀（9）设置于吸收式制冷机组件（3）和烟气-水换热器组件（5）之间，热交换器组件（7）的两端分别与第一三通阀（8）、第二三通阀（9）连通。
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