CN208012153U - 一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统及其控制方法，该系统包括：依次连接的发电机组、热回收装置和吸收式制冷或制暖机组，还包括与发电机组连接的热泵，所述热泵的耗电量由发电机组提供；通过调整发电机组和热泵功率使得系统输出热电比灵活连续可调。一方面本实用新型避免使得系统结构复杂化，降低了初期投资成本，另外本实用新型控制简单，利于实际应用。

Description

一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统
技术领域
本实用新型属于环保与节能的技术领域，尤其是涉及一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统。
背景技术
目前我国建筑能耗中冷热负荷至少占总负荷的50％，传统以电为单一来源的供能方式难以满足负荷多元化需求，存在转换次数多，品位不对口等严重缺陷，导致能源严重浪费。冷热电联供(Combined Cooling Heating and Power,CCHP)系统通过回收发电余热，同时完成发电、制冷和供热，将能源利用率大幅提升至75％以上，实现冷热电联供的高效综合供给，能够满足建筑用能多元化需求，而且有效降低了SOx、NOx和CO2等污染物排放，实现“就地取能、梯级利用、即发即用”。冷热电联供系统被公认为未来科学用能的最佳方式和未来能源系统发展的重要方向之一。
传统的CCHP系统通常由发电设备、吸收式制冷(暖)机组和余热回收装置组成，其基本运行方式主要为“以电定热”或“以热定电”模式，但是在这两种运行模式下，热电能量强耦合，且输出热电比固定，因此系统以优先满足电能需求或热能需求运行，无法避免的造成热能或电能冗余与不足，从而造成了能源浪费。针对该问题，现有研究主要集中在系统的结构设计与运行优化方面。一方面，在传统的系统结构中加入辅热(补燃锅炉、电制冷机等)与储能(电池、储热水箱等)设备，另外，利用智能算法求解得到各设备出力以匹配用户热电负荷，尽管该方法提高了能源利用率，但由于其使得系统结构与控制策略过于复杂，难以在实际系统当中应用。
因此，如何将CCHP系统冷热电能量输出与用户实时变化的冷热电负荷高效准确匹配是一大难题。究其原因是作为一种冷热电多能量耦合系统，CCHP系统输出热电比固定，无法根据负荷情况灵活调控，如何实现热电解耦是解决问题的关键。
中国专利文献CN 105626170B公开了一种采用多级热泵的大热电比热电联产系统及其工作方法，此专利设计了一种包含锅炉、汽轮机和多级热泵的热电联供系统，该系统中全部或部分取消汽轮机回热系统抽汽，以增加汽轮机凝汽量，进而降低最小凝汽量限制下的汽轮机发电量，同时增加多级热泵凝结水加热系统进行凝结水加热，再消耗部分机组发电量，从而降低同一供热负荷下的最低热电联产机组发电量，最终增大系统输出的热电比。但是，此方法以降低汽轮机最低发电量的方式增大热电比，使得发电效率降低，同时无法对输出的热量进行灵活调控，使得该系统无法在热电负荷实时变化的情况下高效稳定运行，并且该方法需要使用多组热泵，增加了投资成本。
综上所述，现有技术中针对如何提高冷热电联供系统输出热电比灵活可控，以应对用户的热电负荷变化的问题，尚缺乏行之有效的解决方案。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中如何提高冷热电联供系统输出热电比灵活可控，以应对用户的热电负荷变化的问题，本实用新型提出了一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，能够确保系统输出热电比灵活可控，以应对用户的热电负荷变化。
本实用新型的目的是提供一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下一种技术方案：
一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，该系统包括：依次连接的发电机组、热回收装置和吸收式制冷或制暖机组，还包括与发电机组连接的热泵，所述热泵的耗电量由发电机组提供；通过调整发电机组和热泵功率使得系统输出热电比灵活连续可调。
作为进一步的优选方案，所述系统输出电量端为发电机组与热泵的连接端，所述系统输出电量为发电机组发电量与热泵耗电量之差。
作为进一步的优选方案，所述系统输出热量端为吸收式制冷或制暖机组与热泵的输出端，所述系统输出热量为吸收式制冷或制暖机组与热泵制热量或制冷量之和。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型所述的一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，针对传统的冷热电联供系统固定热电比导致输出能量浪费的问题，创造性的在传统冷热电联供系统中加入热泵，使得传统冷热电联供系统的热电解耦，建立了新的热电平衡方程，通过调节发电机组发电量和电热泵输出实现对新型冷热电联供系统输出热电比的灵活调控以满足用户的负荷要求，进而提高能源利用率。
2、本实用新型所述的一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，在避免使得系统结构复杂化，降低了初期投资成本的同时，该系统采用控制简单，利于实际应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本实用新型的热电比灵活可控的新型冷热电联供系统示意图。
具体实施方式：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
名词解释：
热电比：冷热电联供系统的供热量和供电量之比。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
本实施例1的目的是提供一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统。通过调节发电机组功率和热泵功率控制系统输出热电比，实现热电比从固定不变到灵活连续可调的转变。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下一种技术方案：
如图1所示，
一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，在传统的冷热电联供系统中加入热泵，该系统包括：依次连接的发电机组、热回收装置和吸收式制冷或制暖机组，发电机组还与热泵连接，所述热泵的耗电量由发电机组提供；通过调节发电机组功率和热泵功率控制系统输出热电比，实现热电比从固定不变到灵活连续可调的转变。
由于热泵的加入，使得传统的冷热电联供系统的热电解耦，建立了新的热电平衡方程，根据图1该系统的结构图可得系统的热电平衡方程：
LH＝QABC+QHP
LE＝EPGU-EHP
其中，QABC＝EPGU·ηH·COPABC
QHP＝EHP·COPHP
式中：LH——用户热(冷)负荷；
LE——用户电负荷；
QABC——吸收式制冷机制热(冷)量；
QHP——热泵制热(冷)量；
EPGU——发电机组发电量；
EHP——热泵耗电量；
ηH——热回收效率；
COPABC——吸收式制冷机能效比；
COPHP——热泵能效比。
通过以上方程易见，当已知用户的热电负荷数据，利用热电平衡方程可解得系统的发电机组发电量EPGU和热泵耗电量EHP，从而满足用户需求。
热电比ξ可表示为：
综合上式可得：
由此式可得热电比与发电机组发电量和热泵功率的关系，即可通过调节发电机组发电量和热泵耗电量实现对热电比的灵活调控，表明该新型冷热电联供系统具备热电比灵活调控的特征，不再受传统冷热电联供系统固定热电比的限制。
基于以上分析，该热电比灵活可控的新型冷热电联供系统可通过调节发电机组发电量和热泵耗电量以匹配任意电负荷和热负荷情况，进而提高能源利用率，即可通过调节发电机组发电量和电热泵出力实现对新CCHP系统输出热电比的灵活调控以满足用户的负荷(需求)要求。该新型系统的运行方式可归为四种情况，如表1所示。
表1系统运行情况表(↑上升；↓下降；+增大；－减小)
电需求 热需求 发电机组功率 热泵功率
↑ ↑ + +
↑ ↓ + －
↓ ↑ － +
↓ ↓ － －
具体的说，
情况一：当电需求与热需求都高于系统输出的电能与热能时，此时需同时增大发电机组与热泵功率；
情况二：当电需求高于系统输出的电能与热能而热需求低于系统输出热能时，此时需增大发电机组功率但减小热泵功率；
情况三：当电需求低于系统输出的电能而热需求高于系统输出热能时，此时需减小发电机组功率但增大热泵功率；
情况四：当电需求与热需求同时低于系统输出电能与热能时，此时需同时减小发电机组与热泵功率。
本实施例的控制方法包括：
步骤(1)：设定发电机组发电量和热泵功率的初始值；
步骤(2)：检测当前用户热负荷和电负荷；
步骤(3)：根据该系统的热电平衡方程求解发电机组和热泵的功率；所述热电平衡方程为所述系统输出电量为发电机组发电量与热泵耗电量之差，所述系统输出热量为吸收式制冷或制暖机组与热泵制热量或制冷量之和；
步骤(4)：计算该系统的输出热量和输出电量；
步骤(5)：实时监测用户的热负荷和电负荷；
步骤(6)：将计算的该系统的输出热量和输出电量分别与实时监测的用户热负荷和电负荷进行对比，若一致进入步骤(7)；否则，返回步骤(2)检测当前用户热负荷和电负荷重新求解发电机组和热泵的功率更新控制；
步骤(7)：维持当前发电机组和热泵功率。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型所述的一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，针对传统的冷热电联供系统固定热电比导致输出能量浪费的问题，创造性的在传统冷热电联供系统中加入热泵，使得传统冷热电联供系统的热电解耦，建立了新的热电平衡方程，通过调节发电机组发电量和电热泵输出实现对新型冷热电联供系统输出热电比的灵活调控以满足用户的负荷要求，进而提高能源利用率。
2、本实用新型所述的一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，在避免使得系统结构复杂化，降低了初期投资成本的同时，该系统采用控制简单，利于实际应用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统，该系统包括：依次连接的发电机组、热回收装置和吸收式制冷或制暖机组，其特征在于，还包括与发电机组连接的热泵，所述热泵的耗电量由发电机组提供；通过调整发电机组和热泵功率使得系统输出热电比灵活连续可调。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统输出电量端为发电机组与热泵的连接端，所述系统输出电量为发电机组发电量与热泵耗电量之差。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统输出热量端为吸收式制冷或制暖机组与热泵的输出端，所述系统输出热量为吸收式制冷或制暖机组与热泵制热量或制冷量之和。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108387029A (zh) * 2018-04-04 2018-08-10 山东大学 一种热电比灵活可控的新型冷热电联供系统及控制方法
CN111259610A (zh) * 2020-02-21 2020-06-09 山东大学 一种热电联供系统稳态等效电路建立方法及系统

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