CN205895337U - 一种压力能与冷热电三联供的耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压力能与冷热电三联供的耦合系统，包括压力能发电单元、压力能制冷单元、冷热电三联供单元。本系统通过利用高压管道天然气驱动透平膨胀机转动，并将动能转化为电能，为用户提供电力。降压后的中压或低压管道天然气通过换热器换热，产生冷水，为用户提供冷量。同时，冷热电三联供系统利用减压后的天然气进行发电，并产生余热利用余热锅炉或吸收式冷热水机组制冷(热)，为用户提供电、冷、热供应。即充分利用了天然气管道中压力能，又实现了一次能源的梯级利用，降低了系统运行费用。
Description
技术领域
本实用新型属于可再生能源利用领域，涉及建筑的供电、供冷、供热系统，是一种可再生能源与清洁能源联合的能源供应系统。
背景技术
城市高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量，如果能采用适当的方式回收利用这部分压力能，将能在很大程度上提高能源利用率和天然气管网运行的经济性。
管网压力能利用是一种基于资源之上的产品。其发展必须依托于天然气管网的发展，是一种资源占用性的技术。以天然气管网压力能为例，我国“西气东输”和“陕京二线”等的输气压力达到10MPa。当管网压力10MPa，用户端压力0.8MPa时，可回收的最大压力能达359.12kJ/kg，这其中蕴含了巨大的压力能。天然气管网的压力远高于用户所需的压力，天然气从高压管网进入低压管网时，存在着很大的压力能损失。
燃气冷热电三联供主要包括燃气发电机组、溴化锂直燃机组等，并由相应的辅助设备及系统构成了供电、供冷、供热的能源供应系统。该系统是建立在能量梯级利用的热力学原理基础上，将一次能源按照能源的品质能量进行梯级利用，遵循热力学第一、第二定律。
本实用新型首先利用了管网压力能进行发电及制冷，提高管网运行的经济性，在利用减压后的天然气通过冷热电三联供系统，为用户提供电、冷、热，大大提升了天然气一次能源的利用效率及运行经济性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种压力能与冷热电三联供的耦合系统，它可提高天然气一次能源利用效率，实现能源的梯级利用，是一种节能、环保、高效的综合能源供应系统。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
一种压力能与冷热电三联供的耦合系统，其特征在于：它包括有压力能发电单元(A)、压力能制冷单元(B)、冷热电三联供单元(C)；
所述的压力能发电单元(A)适用于管道天然气，压力能发电单元(A)包括原动机(2)、第一发电机(3)；原动机(2)与第一发电机(3)连接，带动第一发电机(3)发电，第一发电机(3)通过电网(201)与用户侧连接，第一发电机(3)产生电能，利用电网(201)或电缆向用户侧提供电能；原动机(2)做功后产生的低温低压天然气进入低温低压燃气管道(103)；
所述的压力能制冷单元包括换热器(4)、空气冷却器(10)、第一阀门(8)、第二阀门(81)、第三阀门(9)、第四阀门(91)；低温低压燃气管道(103)与换热器(4)的进气端连接，该换热器(4)的出气端通过燃气管道(104)与冷热电三联供单元(C)的燃气内燃机(5)的进气端连接，换热器(4)的出水冷水管道(301)通过第二阀门(81)与空气冷却器(10)的进水端连接，换热器(4)的回水冷水管道(302)通过第一阀门(8)与空气冷却器(10)出水端连接；该回水冷水管道(302)与第三阀门(9)并联连接，该出水冷水管道(301)与第四阀门(91)并联连接，第三阀门(9)的出水端与用户侧进水端连接，第四阀门(91)进水端与用户侧出水端连接；
所述的冷热电三联供单元(C)包括燃气内燃机(5)、第二发电机(6)、吸收式冷热水机组(7)，该燃气内燃机(5)与第二发电机(6)连接后通过电网(202)与用户侧连接；该燃气内燃机(5)分别通过烟囱管道(401)和高温缸套水管道(303)与吸收式冷热水机组(7)连接，该燃气内燃机(5)分别通过冷水管道(304)和热水管道(305)与用户侧连接。
其中，所述的压力能发电单元中原动机是透平膨胀机或是螺杆膨胀机。
所述的压力能发电单元适用于管道天然气，且管道天然气压力大于冷热电三联供系统的进气压力。
所述的压力能制冷单元经过换热器交换热量后，产生的冷水满足用户的供冷参数。
所述的冷热电三联供单元是燃气内燃机组或燃气轮机与余热锅炉或吸收式冷热水组或吸收式热泵以及烟气换热器设备的组合。
所述的冷热电三联供单元还包括用户所需的蓄能系统、电空调系统、燃气锅炉以及其他供能形式。
本实用新型的有益效果是：
1、本系统实现了天然气的高效利用，把天然气中的压力能与化学能充分利用，实现了天然气一次能源的梯级利用，提高了系统的能源效率，降低了系统运行费用。
2、本系统利用压力能发电系统，实现了无消耗一次化石能源发电，大大降低了系统的运行费用。
3、本系统同时利用压力能制冷系统，充分利用了减压后的管道天然气的低温特性，通过换热器制取冷水，一方面确保了管道天然气中温度恒定，另一方面回收了低温热量为用户提供冷水。
4、本系统适用范围广。本实用新型可适用于酒店、医院、数据中心、工业企业等工商业建筑或区域中。
附图说明
图1是本实用新型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实例对本发明做进一步详述，以下实例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
参见图1：一种压力能与冷热电三联供的耦合系统，它包括有压力能发电单元A、压力能制冷单元B、冷热电三联供单元C；
所述的压力能发电单元A适用于管道天然气，压力能发电单元A包括原动机2、第一发电机3；原动机2与第一发电机3连接，带动第一发电机3发电，第一发电机3通过电网201与用户侧连接，第一发电机3产生电能，利用电网201或电缆向用户侧提供电能；原动机2做功后产生的低温低压天然气进入低温低压燃气管道103；
所述的压力能制冷单元包括换热器4、空气冷却器10、第一阀门8、第二阀门81、第三阀门9、第四阀门91；低温低压燃气管道103与换热器4的进气端连接，该换热器4的出气端通过燃气管道104与冷热电三联供单元C的燃气内燃机5的进气端连接，换热器4的出水冷水管道301通过第二阀门81与空气冷却器10的进水端连接，换热器4的回水冷水管道302通过第一阀门8与空气冷却器10出水端连接；该回水冷水管道302与第三阀门9并联连接，该出水冷水管道301与第四阀门91并联连接，第三阀门9的出水端与用户侧进水端连接，第四阀门91进水端与用户侧出水端连接；
所述的冷热电三联供单元C包括燃气内燃机5、第二发电机6、吸收式冷热水机组7，该燃气内燃机5与第二发电机6连接后通过电网202与用户侧连接；该燃气内燃机5分别通过烟囱管道401和高温缸套水管道303与吸收式冷热水机组7连接，该燃气内燃机5分别通过冷水管道304和热水管道305与用户侧连接。
其中，所述的压力能发电单元A中原动机是透平膨胀机或是螺杆膨胀机。
所述的压力能发电单元适用于管道天然气，且管道天然气压力大于冷热电三联供系统的进气压力。
所述的压力能制冷单元经过换热器交换热量后，产生的冷水满足用户的供冷参数。
所述的冷热电三联供单元是燃气内燃机组或燃气轮机与余热锅炉或吸收式冷热水组或吸收式热泵以及烟气换热器设备的组合。
所述的冷热电三联供单元还包括用户所需的蓄能系统、电空调系统、燃气锅炉以及其他供能形式。
本系统的工作原理为：
高压天然气管网中的高压天然气经过燃气管道101和紧急切断阀1进入燃气管道102，透平膨胀机2利用燃气管道102中的高压天然气向外做功降压，高压天然气的压力降低，体积增大对外做功，驱动第一发电机3将机械能转化为电能，并利用电网201或电缆向用户侧提供电能。
透平膨胀机2做功后降压成低温低压的天然气进入低温低压燃气管道103，经过换热器4将低温低压天然气通过换热提升天然气温度，达到温度要求后进入燃气管道104。
同时，在夏季工况下，关闭第一阀门8、第二阀门81，开启第三阀门9、第三阀门91，将回水冷水管道302的冷水与换热器4进行冷量交换，将吸收燃气管道103低温燃气冷量，将回水冷水管道302温度降低到符合用户侧要求的冷水温度，并进入出水冷水管道301，为用户侧提供冷量。
在冬季工况下，关闭第三阀门9、第三阀门91，开启第一阀门8、第二阀门81，将出水冷水管道301内的水经过空气冷却器10进行冷量交换，把多余冷量散发到外界环境中，提高出水冷水管道301温度后，将符合温度要求的冷水进入回水冷水管道302，回水冷水管道302中冷水与换热器4进行冷量交换，吸收低温低压燃气管道103低温燃气冷量，使得换热器4出口的燃气温度符合要求，并进入燃气管道104中。
燃气内燃机5利用燃气管道104中的天然气通过燃烧将化学能转化为动能，驱动发电机将机械能转化为电能，驱动第二发电机6产生电能，并利用电网202或电缆向用户侧提供电能。
在夏季工况下，燃气内燃机5将化学能转为动能的同时，产生高温的烟气和高温的缸套水。其高温烟气通过烟囱管道401和高温缸套水通过高温缸套水管道303一起进入吸收式冷热水机组7中，利用吸收式冷热水机组的溴化锂溶液特性制取符合用户侧需求的冷水，通过冷水管道304为用户侧供冷。
在冬季工况下，燃气内燃机5将化学能转为动能的同时，产生高温的烟气和高温的缸套水。其高温烟气通过烟囱管道401和高温缸套水通过高温缸套水管道303一起进入吸收式冷热水机组7中，利用吸收式冷热水机组的溴化锂溶液特性制取符合用户侧需求的热水或采暖水，通过热水管道305为用户侧供热或生活热水。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，在不脱离发明构思的前提下，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 (2)
1.一种压力能与冷热电三联供的耦合系统，其特征在于：它包括有压力能发电单元(A)、压力能制冷单元(B)、冷热电三联供单元(C)；
所述的压力能发电单元(A)适用于管道天然气，压力能发电单元(A)包括原动机(2)、第一发电机(3)；原动机(2)与第一发电机(3)连接，带动第一发电机(3)发电，第一发电机(3)通过电网(201)与用户侧连接，第一发电机(3)产生电能，利用电网(201)或电缆向用户侧提供电能；原动机(2)做功后产生的低温低压天然气进入低温低压燃气管道(103)；
所述的压力能制冷单元包括换热器(4)、空气冷却器(10)、第一阀门(8)、第二阀门(81)、第三阀门(9)、第四阀门(91)；低温低压燃气管道(103)与换热器(4)的进气端连接，该换热器(4)的出气端通过燃气管道(104)与冷热电三联供单元(C)的燃气内燃机(5)的进气端连接，换热器(4)的出水冷水管道(301)通过第二阀门(81)与空气冷却器(10)的进水端连接，换热器(4)的回水冷水管道(302)通过第一阀门(8)与空气冷却器(10)出水端连接；该回水冷水管道(302)与第三阀门(9)并联连接，该出水冷水管道(301)与第四阀门(91)并联连接，第三阀门(9)的出水端与用户侧进水端连接，第四阀门(91)进水端与用户侧出水端连接；
所述的冷热电三联供单元(C)包括燃气内燃机(5)、第二发电机(6)、吸收式冷热水机组(7)，该燃气内燃机(5)与第二发电机(6)连接后通过电网(202)与用户侧连接；该燃气内燃机(5)分别通过烟囱管道(401)和高温缸套水管道(303)与吸收式冷热水机组(7)连接，该燃气内燃机(5)分别通过冷水管道(304)和热水管道(305)与用户侧连接。
2.根据权利要求1所述的压力能与冷热电三联供的耦合系统，其特征在于：所述的压力能发电单元中原动机是透平膨胀机或是螺杆膨胀机。
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