CN210740508U - 一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统 - Google Patents

一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种梯级利用温差发电的太阳能‑燃气复合三联供系统，本系统包括太阳能冷暖电三联供系统、燃气冷暖电三联供系统以及温差发电系统。该系统主要利用太阳能集热发电、燃气热电技术来达到高效制冷、供热和发电三种功能及其组合，在太阳辐射照度足够的情况下，系统以太阳能作为低温热源为室内供暖或制取热水，在太阳辐射照度不够的情况下，系统能以燃气作为能源为室内供暖或制取热水，并且夏季为室内制冷的同时还可制取热水，且系统可不受天气限制，实现连续稳定高效运行，同时利用温差发电技术，对系统运行过程中产生的余热废热实现能源梯级利用，提高系统的综合能效比。

Description

一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统
技术领域
本实用新型涉及到新能源与传统能源复合利用领域，特别是一种太阳能燃气技术领域，尤其是一种梯级利用温差发电的太阳能燃气复合三联供系统。
背景技术
煤炭、石油的大量使用和过度开采，造成了严重的环境污染和能源紧缺。环境污染和能源危机已严重威胁人类生存和发展，目前的光伏发电中仅对不到20％的太阳能进行了有效利用，而剩余将近80％的太阳能是以热能方式耗散至环境中，如能对这部分光伏发电废热实现有效利用则将大幅提升分布式太阳能光伏发电系统的经济收益。
太阳能由于受天气影响大、连续性差，在阴雨天和夜间无法正常运行，因而限制了太阳能在供暖或制取热水中的应用。与燃气三联供系统进行复合可以克服太阳能易受环境条件影响的缺陷，保障系统连续稳定运行，提高系统综合能效比。
在三联供系统中存在着余热废热大量浪费的现象，因此利用温差发电装置能有效利用各种热能。温差发电器件是利用塞贝克效应(Seebeck coefficient)，直接利用温差产生电能的器件，发电效率与器件的两端温差成正比，即要使温差发电器件具有较大的发电能力，就要尽可能的增加冷热端之间的温差。
Komatsu公司的碲化铋温差发电模块，在高温端280℃、低温端30℃，具有7.2％热电转换效率，该温度下单体模块的最大功率可达24W，能量密度为1W/cm2。
吸附式制冷机组包括：氨——水吸收式制冷机和溴化锂——水吸收式制冷机等。
燃气热电机组包括：联合循环燃气轮机、燃气内燃机等。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，以利用太阳能集热发电、燃气热电技术来达到高效制冷、供热与发电功能及其功能组合，在太阳辐射照度足够的情况下，系统以太阳能作为低温热源为室内供暖或制取热水，在太阳辐射照度不够的情况下，系统能以燃气作为能源为室内供暖或制取热水，并且夏季还能为室内制冷的同时制取热水，且系统可以不受天气的限制，实现连续稳定高效的运行，同时利用温差发电技术，对系统中的余热废热进行能源梯级利用，提高系统综合能效比。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，包括：太阳能三联供光伏光热组件14、第一电磁闸阀13、逆变并网装置15、燃气热电机组16、SCR脱硝装置17、吸附式制冷机组19、温差发电装置4、空调末端单元1、第二电磁闸阀11、第一温度传感器12、第一水泵10、第三电磁闸阀18、第二温度传感器20、第二水泵3、中温蓄热水箱8、太阳能聚光板6、高温蓄热水箱5、热水单元2、第三水泵9、低温储水箱7、供热进水管45、供热回水管46、保温层41、温差发电模块42、供冷回水管43、供冷进水管44、进水管47、回水管48。太阳能聚光板6由聚光集热板27、聚光板导热层28、聚光板保温层25和单向管路26组成，从中温蓄热水箱8流出的介质水经过太阳能聚光板6可达到二次吸收太阳能进而提高温度的目的。SCR脱硝装置17为选择式催化剂还原脱硝装置，由烟气通道24及安装在烟气通道内的尿素喷射头23及催化触媒器22组成，SCR脱硝装置的热气输出端接热交换器21，热交换器的介质为水。
所述太阳能光伏光热组件14与逆变并网装置15通过线路连接；所述逆变并网装置15与市网连接；
所述太阳能光伏光热组件14的出水口通过第一水泵10与中温蓄热水箱8的进水口管路连接；所述中温蓄热水箱8再通过管路分别与吸附式制冷机组19太阳能聚光板6连接，所述太阳能聚光板6的出水口与高温蓄热水箱5的进水口连接，所述高温蓄热水箱5的通过管路与热水单元2的热水进口连接；
所述热水单元2的热水出口通过回水管路连通低温储水箱7的回水口，所述低温储水箱7的出水口通过第三水泵9分别与太阳能光伏光热组件14和燃气热电机组16的回水口连接；
所述燃气热电机组16的高温烟气管道出口与SCR脱硝装置17连接，所述SCR脱硝装置17为选择式催化剂还原脱硝装置，由烟气通道及安装在烟气通道内的尿素喷射头及催化触媒器组成。SCR脱硝装置17的热气输出端接热交换器，热交换器的介质为水，SCR脱硝装置17可大幅削减CO2排放且降低氮氧化物等污染物排放。SCR脱硝装置17再通过管路与吸附式制冷机组19连接，所述燃气热电机组16也通过管路直接与吸附式制冷机组19连接；
所述吸附式制冷机组19的出水口通过管路与空调末端单元1进水口连接，所述空调末端单元1的回水口通过管路与吸附式制冷机组19连接；
所述温差发电装置4设置于空调末端单元1的换热管路、热水单元2的换热管路以及吸附式制冷机组19的换热管路；
本实用新型有以下优势：
(1)本实用新型实现供热、制冷和发电功能，系统所发电量可通过逆变器并网装置输送给电网，或者可供给系统自用。本实用新型在实现供热与制冷的同时，极大地提高了系统的综合能效比。
(2)本实用新型可以在太阳辐射照度足够的情况下，系统以太阳能作为能源为室内供暖或制取热水；在太阳辐射照度不够的情况下，系统能以燃气作为能源为室内供暖或制取热水，并且夏季还能为室内制冷的同时制取热水，所以系统可以不受天气与时间的限制，实现连续稳定高效的运行。
(3)本实用新型的蓄热水箱分为两个，分别为中温蓄热水箱和高温蓄热水箱，太阳能聚光板吸热面积大，升温速度快，可提高能量品位，因此本实用新型的中温蓄热水箱采用太阳能聚光板吸热。
(4)本实用新型所采用的温差发电装置集成了太阳能集热发电和温差发电技术，利用温差发电效应将余热转化为电能，实现热能的梯级利用，该系统在满足生活热水的同时，还可以额外供电。
附图说明
图1是本实用新型中的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统结构示意图；
图2是本实用新型中的四管制温差发电装置示意图；
图3是本实用新型中的两管制温差发电装置示意图；
图4是本实用新型中的SCR脱硝装置的结构示意图；
图5是本实用新型中的聚光板的结构剖面图。
图中：
1.空调末端单元 2.热水单元 3.第二水泵
4.温差发电装置 5.高温蓄热水箱 6.太阳能聚光板
7.低温储水箱 8.中温蓄热水箱 9.第三水泵
10.第一水泵 11.第二电磁闸阀 12.第一温度传感器
13.第一电磁闸阀 14.太阳能三联供光伏光热组件
15.逆变并网装置 16.燃气热电机组 17.SCR脱硝装置
18.第三电磁闸阀 19.吸附式制冷机组 20.第二温度传感器
21.热交换器 22.催化触媒器 23.尿素喷射头
24.烟气通道 25.聚光板保温层 26.单向管路
27.聚光集热板 28.聚光板导热层
41.保温层 42.温差发电模块 43.供冷回水管
44.供冷进水管 45.供热进水管 46.供热回水管
47.进水管 48.回水管
具体实施方式
结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型具体涉及一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，本实用新型根据天气状况和用户需求，可以分为以下运行模式：
太阳能发电/供暖(热水)/制冷模式、燃气发电/供暖(热水)/制冷模式，各个运行模式具体运行与控制过程如下：
1.太阳能发电/供暖(热水)/制冷模式
当第一温度传感器12测得的温度T1≥T0+△T时，系统为太阳能发电/供暖(热水)/制冷模式，T0为环境温度，△T为设置温差，例如△T＝2℃；电磁闸阀通过接收到的温度信息来控制自身的启闭状态。开启：电磁闸阀13、第一水泵10、第二水泵3，第三水泵9，关闭：电磁闸阀11、燃气热电机组16、SCR装置17。
如图2所示具体工作过程为：
(1)光伏发电步骤
太阳能光伏光热组件14的光伏板吸收太阳能，将其转化为电能后传输给逆变并网装置15就可以把产生的电力输送给电网。
(2)光热供热步骤
该过程用于非供冷季节。太阳能光伏光热组件14的光伏板的热量传递给水，加热后的水通过第一水泵10传输至中温蓄热水箱8中，中温蓄热水箱8通过太阳能聚光板6温度进一步升高，当第二温度传感器20温度达到设定值时，则启动第二水泵3将热量传递至热水单元2，以满足用户终端的用热需求。太阳能聚光板6如图5所示，设有聚光集热板27、聚光板导热层28、聚光板保温层25和单向管路26，聚光板导热层28与单向管路26热交换；所述聚光板导热层28、单向管路26设有聚光板保温层25。
(3)光热制冷步骤
该过程用于供冷季节。打开电磁闸阀2，太阳能光伏光热组件14的光伏板的热量传递给水，加热后的水被第一水泵10传输至中温蓄热水箱8中，中温蓄热水箱8内的水温不断升高，启动吸附式制冷机组19中的溶液泵，利用中温蓄热水箱12内加热的水对吸附式制冷机组19中的溶液进行预加热，溶液经10分钟预加热将升温至55℃，再将吸附式制冷机组19的制冷量传递至过冷器，对另一侧制冷剂进行过冷并增强蒸发器的供冷输出，制冷量通过冷冻水循环传递至空调末端单元1，以满足用户的用冷需求。
(4)温差发电步骤
若该过程用于供热与供冷同时进行的时候，如图2所示采用四管制，将供热进水管45、供热回水管46、供冷进水管44和供冷回水管43通过套管的方式连接于温差发电装置4中，利用供热水管以及供冷水管的温差来进一步发电；若该过程用于供热与供冷分季节进行的时候，如图3所示采用两管制，将进水管与回水管通过套管的方式连接于温差发电装置8中，利用进水管47与回水管48的温差来进一步发电，实现能量的梯级利用，产生的电能可用于本系统，也可逆变并入电网。
2.燃气发电/供暖(热水)/制冷模式
当温度传感器12测得的温度T1≤T0+△T时，系统为燃气发电/供暖(热水)/制冷模式，T0为环境温度，△T为设置温差；开启：电磁闸阀11、第一水泵10、第二水泵3、燃气热电机组16，关闭：电磁闸阀13。燃气发电机组16开机运行，产生电量，优先并网供给系统内设备自用，余电上网。利用燃气发电机组16的中、低温余热水和烟气制热供生活热水，用发电机组产生的余热通过吸附式制冷机组19制冷。SCR脱硝装置17为选择式催化剂还原脱硝装置，如图4所示，由烟气通道24及安装在烟气通道内的尿素喷射头23及催化触媒器22组成。SCR脱硝装置的热气输出端接热交换器21，热交换器的介质为水，SCR脱硝装置17可大幅削减CO2排放且降低氮氧化物等污染物排放。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征是：本系统包括太阳能三联供光伏光热组件(14)、第一电磁闸阀(13)、逆变并网装置(15)、燃气热电机组(16)、SCR脱硝装置(17)、吸附式制冷机组(19)、温差发电装置(4)、空调末端单元(1)、第二电磁闸阀(11)、第一温度传感器(12)、第一水泵(10)、第三电磁闸阀(18)、第二温度传感器(20)、第二水泵(3)、中温蓄热水箱(8)、太阳能聚光板(6)、高温蓄热水箱(5)、热水单元(2)、第三水泵(9)、低温储水箱(7)供热进水管(45)、供热回水管(46)、保温层(41)、温差发电模块(42)、供冷回水管(43)、供冷进水管(44)、进水管(47)、回水管(48)；
所述太阳能三联供光伏光热组件(14)与逆变并网装置(15)通过线路连接；所述逆变并网装置(15)与市政电网连接；
所述太阳能三联供光伏光热组件(14)的出水口通过第一水泵(10)与中温蓄热水箱(8)的进水口管路连接；所述中温蓄热水箱(8)再通过管路分别与吸附式制冷机组(19)太阳能聚光板(6)连接，所述太阳能聚光板(6)的出水口与高温蓄热水箱(5)的进水口连接，所述高温蓄热水箱(5)的通过管路与热水单元(2)的热水进口连接；
所述热水单元(2)的热水出口通过回水管路连通低温储水箱(7)的回水口，所述低温储水箱(7)的出水口通过第三水泵(9)分别与太阳能三联供光伏光热组件(14)和燃气热电机组(16)的回水口连接；
所述燃气热电机组(16)的高温烟气管道出口与SCR脱硝装置(17)连接，所述SCR脱硝装置(17)通过管路与吸附式制冷机组(19)连接；所述燃气热电机组(16)或通过管路直接与吸附式制冷机组(19)连接；
所述吸附式制冷机组(19)的出水口通过管路与空调末端单元(1)进水口连接，所述空调末端单元(1)的回水口通过管路与吸附式制冷机组(19)连接；
所述温差发电装置(4)设置于空调末端单元(1)的换热管路、热水单元(2)的换热管路以及吸附式制冷机组(19)的换热管路，温差发电装置(4)的输出端通过线路与逆变并网装置(15)连接。
2.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述中温蓄热水箱(8)与太阳能三联供光伏光热组件(14)、燃气热电机组(16)和吸附式制冷机组(19)管路之间分别设有第一电磁闸阀(13)和第二电磁闸阀(11)和第三电磁闸阀(18)。
3.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统,其特征在于：所述温差发电装置(4)分别设置于空调末端单元(1)的换热进回管路、热水单元(2)的换热供回水管路和吸附式制冷机组(19)的换热进回管路上。
4.根据权利要求3所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：温差发电装置(4)包括供热进水管(45)、供热回水管(46)、供冷回水管(43)、供冷进水管(44)与保温层(41)、温差发电模块(42)形成的四管制形式。
5.根据权利要求3所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述温差发电装置(4)包括进水管(47)、回水管(48)与保温层(41)、温差发电模块(42)形成的两管制形式。
6.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述高温蓄热水箱(5)和热水单元(2)之间连接有供暖热水管。
7.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：燃气热电机组(16)与逆变并网装置(15)连接，燃气热电机组(16)通过燃气管道和外部燃气连接。
8.根据权利要求1或7所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述逆变并网装置(15)的输出端通过线路接入市网。
9.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述SCR脱硝装置(17)包括催化触媒器(22)、尿素喷射头(23)和烟气通道(24)，SCR脱硝装置的热气输出端设有热交换器(21)。
10.根据权利要求1所述的梯级利用温差发电的太阳能-燃气复合三联供系统，其特征在于：所述太阳能聚光板(6)设有聚光集热板(27)和聚光板导热层(28)，所述聚光板导热层(28)与单向管路(26)热交换；所述聚光板导热层(28)、单向管路(26)设有聚光板保温层(25)。
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