CN206861677U - 基于含储热的综合能源小型热泵供热系统 - Google Patents

基于含储热的综合能源小型热泵供热系统 Download PDF

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Abstract

基于含储热的综合能源小型热泵供热系统，属于供热采暖中新能源应用技术领域。本实用新型包括太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元、风光储供电单元及控制单元；该供热系统的热源由太阳能和空气热源两部分构成，即太阳能热泵供热单元与空气源热泵供热单元并联使用输出热能，并在输出侧并入蓄热罐；其电能由时空互补的风力发电机组和光伏发电机组供给，并加入一定容量的电储能装置；所述风光储供电单元分别为第一电动三通阀、第二电动三通阀、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵和压缩机提供电能；所述太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元和风光储供电单元均与控制单元相连。

Description

基于含储热的综合能源小型热泵供热系统
技术领域
本实用新型属于供热采暖中新能源应用技术领域，特别是涉及一种基于含储热的综合能源小型热泵供热系统。
背景技术
人类的进步和发展离不开能源的支撑。为了缓解日益紧迫的能源危机，各领域开始致力于研究如何高效利用可再生新能源。在供热采暖领域，传统的以煤炭为主的采暖方式能源结构单一、能源利用率低，并且污染严重，给大气环境带来严重负担。目前，现有的太阳能集热器供暖装置，能够有效的为用户提供热源，但由于其热源的单一性可能存在供热不稳定、供热温度不均等问题。而且现阶段的研究主要集中于将清洁能源单一的作为电源或热源，这样可能造成能源的浪费及能源效率低下。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于含储热的综合能源小型热泵供热系统。该供热系统的热源由太阳能和空气热源两部分构成，即太阳能热泵供热单元与空气源热泵供热单元并联使用输出热能，并在输出侧并入蓄热罐；其电能由时空互补的风力发电机组和光伏发电机组供给，并加入一定容量的电储能装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于含储热的综合能源小型热泵供热系统，包括太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元、风光储供电单元及控制单元；所述太阳能热泵供热单元包括太阳能集热器、第一阀门、蓄热水箱、第一循环水泵、第二循环水泵和太阳能热源蒸发器，所述太阳能集热器的出水口通过第一阀门与蓄热水箱的高温进水口相连，蓄热水箱的低温出水口通过第一循环水泵与太阳能集热器的进水口相连，所述蓄热水箱的高温出水口与太阳能热源蒸发器的高温进水口相连，太阳能热源蒸发器的低温出水口通过第二循环水泵与蓄热水箱的低温进水口相连；所述空气源热泵供热单元包括空气源蒸发器、第一电动三通阀、第二电动三通阀、四通换向阀、压缩机、冷凝器、节流阀和第三循环水泵，所述空气源蒸发器的出口端和入口端分别通过第一电动三通阀和第二电动三通阀与太阳能热源蒸发器的出口端和入口端相连，第一电动三通阀的另一端口与四通换向阀的第一端口相连，四通换向阀的第二端口和第三端口分别与压缩机的低压出口端和高压出口端相连，四通换向阀的第四端口与冷凝器的高温高压入口端相连，冷凝器的低温低压出口端依次经节流阀和第三循环水泵与第二电动三通阀的另一端口相连；所述供热单元包括蓄热罐、第二阀门、第四循环水泵和热网，所述蓄热罐的一端通过第二阀门一路与热网的一端相连，另一路与冷凝器的高温高压出口端相连，蓄热罐的另一端一路与热网的另一端相连，另一路通过第四循环水泵与冷凝器的低温低压入口端相连；所述风光储供电单元包括风力发电机组、光伏发电机组、AC-AC变换器、DC-AC变换器、第一变压器、第二变压器、电储能装置和电网，所述风力发电机组依次通过AC-AC变换器和第一变压器与电网的母线相连，光伏发电机组依次通过DC-AC变换器和第二变压器与电网的母线相连，所述电储能装置与开关串联后并联在电网的出口处；所述风光储供电单元分别为第一电动三通阀、第二电动三通阀、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵和压缩机提供电能；所述太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元和风光储供电单元均与控制单元相连。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型利用太阳能热泵和空气源热泵进行供热，在供热出口处并联蓄热罐，此供热系统既可实现节能减排、清洁供热，又可有效避免太阳能的不稳定供热，保证满足热负荷需求；其充分高效利用了清洁能源供热供电，并有效的避免了新能源波动和不稳定等问题，为节能减排、提高能效提供了一种新的供热方法；
2、本实用新型的风光储供电单元根据风光特性进行时间上、空间上的互补，母线供电侧并联电储能装置，电储能装置对风能、太阳能的间歇和波动起到良好的缓冲效果，可以满足基本的电能需求；
3、本实用新型的综合能源小型热泵供热系统可以作为独立供热系统，应用于非市政地区供热，弥补集中供热的缺陷，为非市政地区提供一种新型清洁供热方式。
附图说明
图1是本实用新型的基于含储热的综合能源小型热泵供热系统的结构示意图；
图中：1-太阳能集热器；2-1-第一阀门，2-2-第二阀门；3-蓄热水箱；4-1-第一循环水泵，4-2-第二循环水泵，4-3-第三循环水泵，4-4-第四循环水泵；5-太阳能热源蒸发器；6-空气源蒸发器；7-1-第一电动三通阀，7-2-第二电动三通阀；8-四通换向阀；9-压缩机；10-冷凝器；11-节流阀；12-蓄热罐；13-热网；14-风力发电机组；15-AC-AC变换器；16-1-第一变压器，16-2-第二变压器；17-光伏发电机组；18-DC-AC变换器；19-电储能装置；20-开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于含储热的综合能源小型热泵供热系统，包括太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元、风光储供电单元及控制单元；所述太阳能热泵供热单元包括太阳能集热器1、第一阀门2-1、蓄热水箱3、第一循环水泵4-1、第二循环水泵4-2和太阳能热源蒸发器5，所述太阳能集热器1的出水口通过第一阀门2-1与蓄热水箱3的高温进水口相连，蓄热水箱3的低温出水口通过第一循环水泵4-1与太阳能集热器1的进水口相连，所述蓄热水箱3的高温出水口与太阳能热源蒸发器5的高温进水口相连，太阳能热源蒸发器5的低温出水口通过第二循环水泵4-2与蓄热水箱3的低温进水口相连；所述空气源热泵供热单元包括空气源蒸发器6、第一电动三通阀7-1、第二电动三通阀7-2、四通换向阀8、压缩机9、冷凝器10、节流阀11和第三循环水泵4-3，所述空气源蒸发器6的出口端和入口端分别通过第一电动三通阀7-1和第二电动三通阀7-2与太阳能热源蒸发器5的出口端和入口端相连，第一电动三通阀7-1的另一端口与四通换向阀8的第一端口相连，四通换向阀8的第二端口和第三端口分别与压缩机9的低压出口端和高压出口端相连，四通换向阀8的第四端口与冷凝器10的高温高压入口端相连，冷凝器10的低温低压出口端依次经节流阀11和第三循环水泵4-3与第二电动三通阀7-2的另一端口相连；所述供热单元包括蓄热罐12、第二阀门2-2、第四循环水泵4-4和热网13，所述蓄热罐12的一端通过第二阀门2-2一路与热网13的一端相连，另一路与冷凝器10的高温高压出口端相连，蓄热罐12的另一端一路与热网13的另一端相连，另一路通过第四循环水泵4-4与冷凝器10的低温低压入口端相连；所述风光储供电单元包括风力发电机组14、光伏发电机组17、AC-AC变换器15、DC-AC变换器18、第一变压器16-1、第二变压器16-2、电储能装置19和电网，所述风力发电机组14依次通过AC-AC变换器15和第一变压器16-1与电网的母线相连，光伏发电机组17依次通过DC-AC变换器18和第二变压器16-2与电网的母线相连，所述电储能装置19与开关20串联后并联在电网的出口处；所述风光储供电单元分别为第一电动三通阀7-1、第二电动三通阀7-2、第一循环水泵4-1、第二循环水泵4-2、第三循环水泵4-3、第四循环水泵4-4和压缩机9提供电能；所述太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元和风光储供电单元均与控制单元相连。
所述太阳能热泵供热单元将太阳能转化为热能，作为热网13的主要热源；为避免阴雨天或夜间太阳能热泵供热单元供暖失效，本实用新型并联了空气源热泵供热单元作为热网13的备用热源。当太阳能热泵供热单元供热充足时以太阳能供热为主，当太阳能热泵供热单元供热不足且蓄热罐12蓄热量小于需求量时，控制单元控制第一电动三通阀7-1和第二电动三通阀7-2转为空气源热泵供热单元供热模式。
考虑太阳能的间歇性和不确定性，以及热的易存储特性，本实用新型在供热单元设置有蓄热罐12，作为供热系统供热需求的缓冲。当太阳能热泵供热单元发出的热量超出热负荷需求时，蓄热罐12存储产热余量；当太阳能热泵供热单元供热量不足时，蓄热罐12释放热量，提供一定的热能。
所述电储能装置19对风力发电机组14和光伏发电机组17不稳定供电提供缓冲，在多风或晴天时存储多余的电能，电能供不应求时再进行释放。
所述风光储供电单元设置有为其他设备供电的接口，对于风能和太阳能充足的地区，由于风能和太阳能在时间空间分布上具有很强的互补性，因此同时采用光伏发电和风力发电作为本实用新型供热系统的电源。考虑供热系统的电回路稳定运行，本实用新型还可加入备用电源以保证风光供电的可靠性。
所述控制单元根据监测太阳能热泵供热单元提供的热能量和热负荷需求判断是否投入蓄热罐12以及蓄热罐12的运行状态，根据监测太阳能热泵供热单元和蓄热罐12的总供热量和热负荷需求判断是否启动空气源热泵供热单元，通过电动三通阀和阀门实现控制空气源热泵供热单元和蓄热罐12的启停；根据监测光伏发电机组17的发电情况控制风力发电机组14的投入和切出，根据监测光伏发电机组17和风力发电机组14的发电情况和电负荷需求控制电储能装置19的运行状态，通过控制AC-AC变换器15、DC-AC变换器18和开关20控制光伏发电机组17、风力发电机组14和电储能装置19的运行模式。

Claims (1)

1.一种基于含储热的综合能源小型热泵供热系统，其特征在于包括太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元、风光储供电单元及控制单元；所述太阳能热泵供热单元包括太阳能集热器、第一阀门、蓄热水箱、第一循环水泵、第二循环水泵和太阳能热源蒸发器，所述太阳能集热器的出水口通过第一阀门与蓄热水箱的高温进水口相连，蓄热水箱的低温出水口通过第一循环水泵与太阳能集热器的进水口相连，所述蓄热水箱的高温出水口与太阳能热源蒸发器的高温进水口相连，太阳能热源蒸发器的低温出水口通过第二循环水泵与蓄热水箱的低温进水口相连；所述空气源热泵供热单元包括空气源蒸发器、第一电动三通阀、第二电动三通阀、四通换向阀、压缩机、冷凝器、节流阀和第三循环水泵，所述空气源蒸发器的出口端和入口端分别通过第一电动三通阀和第二电动三通阀与太阳能热源蒸发器的出口端和入口端相连，第一电动三通阀的另一端口与四通换向阀的第一端口相连，四通换向阀的第二端口和第三端口分别与压缩机的低压出口端和高压出口端相连，四通换向阀的第四端口与冷凝器的高温高压入口端相连，冷凝器的低温低压出口端依次经节流阀和第三循环水泵与第二电动三通阀的另一端口相连；所述供热单元包括蓄热罐、第二阀门、第四循环水泵和热网，所述蓄热罐的一端通过第二阀门一路与热网的一端相连，另一路与冷凝器的高温高压出口端相连，蓄热罐的另一端一路与热网的另一端相连，另一路通过第四循环水泵与冷凝器的低温低压入口端相连；所述风光储供电单元包括风力发电机组、光伏发电机组、AC-AC变换器、DC-AC变换器、第一变压器、第二变压器、电储能装置和电网，所述风力发电机组依次通过AC-AC变换器和第一变压器与电网的母线相连，光伏发电机组依次通过DC-AC变换器和第二变压器与电网的母线相连，所述电储能装置与开关串联后并联在电网的出口处；所述风光储供电单元分别为第一电动三通阀、第二电动三通阀、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵和压缩机提供电能；所述太阳能热泵供热单元、空气源热泵供热单元、供热单元和风光储供电单元均与控制单元相连。
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