CN211116259U - 一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统 - Google Patents

一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，包括电热蓄热子系统、发电子系统、余热利用子系统和用户端，电热蓄热子系统包括风光互补发电装置、电热装置和熔融盐蓄热装置，发电子系统包括燃气内燃机、余热锅炉、蒸汽轮机和并网柜，余热利用子系统包括吸收式制冷机组、缸套水‑热水换热器和蒸汽‑热水换热器，缸套水‑热水换热器与燃气内燃机的高温水出口相连；并网柜联合市政电网为用户端供电，吸收式制冷机组为用户端供冷，缸套水‑热水换热器和蒸汽‑热水换热器为用户端供热。本系统通过协调电热蓄热子系统与发电子系统、余热利用子系统，提高了系统的电负荷和冷热负荷的输出稳定性，减少了负荷波动，系统用能安全性高。

Description

一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统
技术领域
本实用新型涉及清洁能源利用技术领域，具体涉及一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统。
背景技术
基于能源的梯级利用，冷热电联供系统(CCHP)是能源高效利用的重要实现途径。天然气冷热电联供系统(CCHP)是一种有效减少污染物排放、提高能源利用效率、靠近用户端的能源供应系统。太阳能和风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，并且无污染，因而受到了广泛关注。太阳能、风能电捕捉转换系统是将光能和风能结合在一起，可转换成电能，又可转换成热能，是清洁能源利用方式的重要途径。但传统太阳能和风能的利用方式单一，弃风弃光现象严峻，利用效率低下，且仅可供电和供热，较难以实现冷热电联合供应。太阳能、风能可作为冷热电三联供系统的辅助能源，可有效提高传统三联供的能源利用率，同时可减少对单一能源的依赖，提高系统经济性。但当风光产能不足时，依旧存在夜间辅助能源供应不足的问题，供能稳定性难以得到有效保障，而在风光产能溢满时，又存在能源浪费问题，缺少蓄能设备对太阳能和风能的有效转换和储存。
现有的三联供系统设备复杂，系统初投资高，能源利用率低，系统所提供的热量、冷量并不能与建筑所需要的冷量和热量相匹配，负荷需求较高时，供能稳定性难以保障，系统调节不灵活，且能源供应方式单一，供能费用较高，不利于体现系统的节能性和经济性。
申请号为ZL201821111064.9的中国专利“一种互补式的冷热电联供装置”提供了一种互补式的冷热电联供装置，该装置联合了内燃机与电锅炉共同供暖，系统运行可靠，但采用了天然气以及电力供暖，供能费用较高，且利用高品位的电能转化成低品位热能，能源的品位和利用率都下降，经济性较差；申请号为201610879334.X的中国专利“消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法”提供了一种消纳弃风弃光的冷热联供系统及方法，该系统能够使弃风弃光能够高效地转变来冷热联供，同时采用了熔融盐高温储存，系统调节灵活，储能容量大，能量利用率高，但该系统采用弃风弃光储存供能，存在系统供能不稳定，供能模式单一，用能高峰供能不足的问题；申请号为ZL201721092579.4的中国专利“一种实现天然气和太阳能相结合的家用冷热电三联供系统”提供了一种实现天然气和太阳能相结合的家用冷热电三联供系统，该系统通过内燃机和内燃机余热回收系统对燃气的能量进行充分的梯级利用，且引入了太阳能单元作为辅助热水系统，实现了天然气冷热电三联供与可再生能源的结合。但该系统缺少蓄能装置，当负荷波动时，系统调节不够灵活，存在产能过溢，能源浪费的问题。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种燃气内燃机、风光互补电热蓄热装置耦合互补的冷热电联供系统，通过有效利用太阳能和风能发电蓄热，能够解决传统用能系统能源利用率低和调节不灵活的问题，同时对电力和天然气进行削峰填谷，降低系统供能的费用，保证系统供能的可靠性和稳定性。
为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，包括电热蓄热子系统、发电子系统、余热利用子系统和用户端，所述电热蓄热子系统包括风光互补发电装置、电热装置和熔融盐蓄热装置，风光互补发电装置为电热装置提供电能，电热装置将电能转化为热能，存储于熔融盐蓄热装置内，所述发电子系统包括燃气内燃机、余热锅炉、蒸汽轮机和并网柜，蒸汽轮机和燃气内燃机均通过发电装置连接至并网柜，所述余热利用子系统包括吸收式制冷机组、缸套水-热水换热器和蒸汽-热水换热器，缸套水-热水换热器与燃气内燃机的高温水出口相连；所述熔融盐蓄热装置通过蒸汽分流装置分别与蒸汽轮机、蒸汽-热水换热器和吸收式制冷机组相连，
所述并网柜联合市政电网为用户端供电，吸收式制冷机组为用户端供冷，水-热水换热器和蒸汽-热水换热器为用户端供热。
作为本实用新型的优选方案之一，所述余热锅炉的蒸汽出口分别与蒸汽轮机、吸收式制冷机组和蒸汽-热水换热器相连。
作为本实用新型的优选方案之一，所述燃气内燃机在峰平电时段开机，在谷电时段停机。
作为本实用新型的优选方案之一，所述熔融盐蓄热装置包括依次相连的蓄热换热器、高温熔融盐储存罐、释热换热器和低温熔融盐储存罐，其中，蓄热换热器与电热装置相连，释热换热器的进水口与回水管路相连，释热换热器的蒸汽出口与蒸汽分流装置相连。
作为本实用新型的优选方案之一，还包括电制冷机，电制冷机的供电端连接至并网柜，供冷端连接至用户端。
作为本实用新型的优选方案之一，所述市政电网连接电热装置，所述高温熔融盐储存罐的出口侧设有温度传感器，谷电时段，根据该温度传感器的检测值，可选择地控制市政电网为电热装置提供电能。
作为本实用新型的优选方案之一，所述电热装置为电锅炉，蓄热换热器吸收电锅炉产生的高温蒸汽热量，并将吸收的热量传输至高温熔融盐储存罐进行储存。
作为本实用新型的优选方案之一，所述蓄热换热器与高温熔融盐储存罐之间设有熔融盐泵，所述市政电网连接熔融盐泵。
作为本实用新型的优选方案之一，所述熔融盐蓄热装置采用的熔融盐包括质量比为53:40:7的KNO3-NaNO2-NaNO3。
作为本实用新型的优选方案之一，所述吸收式制冷机组为蒸汽型双效吸收式制冷机。
相比于现有技术，本实用新型至少具备以下有益效果：
1.天然气首先进入所述燃气内燃机发电供用户使用，同时烟气余热进入所述余热锅炉产生高温蒸汽，高温蒸汽通过分流进入吸收式制冷机制冷及蒸汽轮机供电，对天然气进行了有效梯级利用，可显著提高天然气清洁利用的经济性。
2.所述风光互补装置与所述电热装置相连，风光发电用于电热装置供电产生高温介质，并将热量储存在高温熔融盐罐中，有效利用弃风弃光及夜间谷电，可提高整个系统的节能性，同时能够解决传统用能系统能源利用率低和调节不灵活的问题，供能稳定可靠。
3.所述燃气内燃机峰平时段开启，谷电时段停机；而所述电热装置在谷电时段可选择性地开启，峰平时段停机，降低系统供能费用，可有效起到削峰填谷的作用。
附图说明
图1为本实用新型所述系统的流程示意图；
图中：1-风光互补发电装置，2-电热装置，3-低温熔融盐储存罐，4-蓄热换热器，5-熔融盐泵，6-高温熔融盐储存罐，7-释热换热器，9-温度传感器，10-蒸汽分流装置，11-燃气内燃机，12-余热锅炉，13-蒸汽轮机，14-吸收式制冷机，15-蒸汽-热水换热器，16-缸套水-热水换热器，18-并网柜，19-电制冷机，20-用户端；F1-第一发电装置，F2-第二发电装置，F3-第三发电装置。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本实用新型所述冷热电联供耦合系统进一步阐释。本实用新型的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，并不对本实用新型作任何的限制。
如图1所示，本实用新型所述利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，包括电热蓄热子系统、发电子系统、余热利用子系统和用户端，
所述电热蓄热子系统包括风光互补发电装置1、电热装置2和熔融盐蓄热装置。所述发电子系统包括燃气内燃机11、余热锅炉12和蒸汽轮机13，蒸汽轮机13通过第二发电装置F2、燃气内燃机11通过第三发电装置F3连接至并网柜18。所述余热利用子系统包括吸收式制冷机组14、缸套水-热水换热器16和蒸汽-热水换热器15。
缸套水-热水换热器16与燃气内燃机11的高温缸套水出口相连，余热锅炉12的蒸汽出口分别与蒸汽轮机13、吸收式制冷机组14和蒸汽-热水换热器15相连；所述熔融盐蓄热装置通过蒸汽分流装置10分别与蒸汽轮机13、蒸汽-热水换热器15和吸收式制冷机组14相连。
所述并网柜18联合市政电网为用户端供电，吸收式制冷机组14为用户端供冷，水-热水换热器16和蒸汽-热水换热器15为用户端供热，由此实现了冷热电联供。
电热蓄热子系统中，电热装置2用于将风光互补装置产生的电能转化为热能，并通过蓄热换热器4输送给高温熔融盐储存罐6。电热装置2可以为电锅炉，其例如利用电热产生高温蒸汽，高温蒸汽在蓄热换热器4中冷凝成水，然后返回到电锅炉。同时电锅炉外接市政电，且仅在谷电电价时段根据高温熔融盐温度高低可选择的开机，安装于高温熔融盐储存罐6出口侧的温度传感器9，当检测到由风光互补发电装置1通过电锅炉将热能储存在高温熔融盐储存罐6中且未达所述熔融盐最高储存温度时，可在夜间谷电时开启电锅炉加热所述熔融盐并将谷电转化为热能储存在高温熔融盐储存罐6中，合理利用峰谷电价差，起到削峰填谷作用，提高系统经济性。
在蓄热换热器4中，来自电热装置2的高温蒸汽与来自低温熔融盐储存罐3的低温熔融盐进行热交换，低温熔融盐升温成高温熔融盐后经熔融盐泵5存入高温熔融盐储存罐6中。
高温熔融盐储存罐6用于通过蓄热介质存储热能，并可控制地使释热换热器7输出高温介质。可控制指的是可以通过调节释热换热器7阀门开度的大小来调节换热功率。蓄热介质可以为各种合适的介质，例如熔融盐，具体可以为熔融盐质量比为53:40:7的KNO3-NaNO2-NaNO3，上限温度535℃，熔点142℃，蓄热温度高，蓄热容量大，熔融盐储存罐体积小，造价低，应用范围广。
在释热换热器7中，来自高温熔融盐储存罐6的高温熔融盐与介质进行热交换，形成高温介质，高温介质例如为可以为高温蒸汽。
经释热换热器7换热的高温蒸汽进入蒸汽分流装置10，蒸汽分流装置10出口侧可连接蒸汽轮机13用于透平发电，也可连接吸收式制冷机14用于制冷，同时可连接蒸汽-热水换热器15，用于产生采暖热水和生活热水。蒸汽分流装置10可调节不同出口侧蒸汽流量，满足用户不同负荷需求。
燃气内燃机11用于将天然气燃烧透平发电，并通过并网柜18接入市政电网。燃气内燃机11发电产生的余热包括高温烟气和缸套水，高温烟温度高达570℃左右，其能量品位较高且数量大，高温烟气通过烟气管道输送到余热锅炉12，并产生高温蒸汽，产生的高温蒸汽可选择的进入蒸汽轮机13进行二次透平发电，和燃气内燃机11形成燃气-蒸汽发电系统，可有效提高燃气发电效率，并通过并网柜18联合市政电网向用户供电。
燃气内燃机11发电产生的高温缸套水的出口温度在90℃左右，其能量品位较低但数量较大，可输送至与水-热水换热器16换热，制取生活热水接入用户生活热水管道，满足用户用热需求。
余热锅炉12利用燃气内燃机11产生的高温烟气与介质换热产生高温介质，高温介质可以为高温蒸汽，产生的高温蒸汽可选择的进入蒸汽轮机13进行透平发电，也可进入吸收式制冷机14进行制冷，同时可进入蒸汽-热水换热器15，用于产生采暖热水和生活热水。余热锅炉12可耦合蒸汽分流装置共同满足用户不同的负荷需求。
电制冷机19连接至低压电网，利用电能制冷，可在夏季负荷高峰期提供冷量，满足用户冷负荷需求。
所述吸收式制冷机组14为蒸汽型溴化锂双效吸收式制冷机组，其具体结构在本申请中不再赘述。
本系统采取每天峰平电时段7:00-23:00和谷电时段23:00-7:00分时运行策略满足用户提供冷热电需求。峰平电时段，一级优先开启发电子系统，并保证该子系统满负荷运行，发电子系统所产生的高温烟气和高温缸套水进入余热利用子系统，并向用户提供冷热电需求；二级优先开启电热蓄热子系统，由电热蓄热子系统释热并进入余热利用子系统，可同时产生冷热电，满足用户冷热电负荷需求。谷电时段，一级优先开启电热蓄热子系统，同时关闭发电子系统，燃气内燃停机。夜间负荷需求仅由电热蓄热子系统释热并进入余热利用子系统，可同时满足用户冷热电负荷需求。同时当检测到未达熔融盐最高储存温度时，可仅在夜间谷时开启电锅炉加热所盐并将谷电转化为热能储存在高温熔融盐储存罐中。谷电时段，仅可开启电热蓄热子系统与余热利用子系统，同时进行蓄热和释热。
本实施例提出的冷热电联供系统是一种燃气内燃机、风光互补电热蓄热装置耦合互补的冷热电联供系统，由于利用了弃风弃光及夜间谷电，可提高整个系统的节能性，且采取了峰谷电时段的不同运行策略，降低系统供能费用，可有效起到削峰填谷的作用，同时通过协调蓄热子系统与发电子系统、余热利用子系统的连接关系，提高了系统的电负荷和冷热负荷的输出稳定性，大大减少了负荷波动，系统用能安全性高。
以上所述并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：包括电热蓄热子系统、发电子系统、余热利用子系统和用户端，
所述电热蓄热子系统包括风光互补发电装置、电热装置和熔融盐蓄热装置，风光互补发电装置为电热装置提供电能，电热装置将电能转化为热能，存储于熔融盐蓄热装置内，
所述发电子系统包括燃气内燃机、余热锅炉、蒸汽轮机和并网柜，蒸汽轮机和燃气内燃机均通过发电装置连接至并网柜，
所述余热利用子系统包括吸收式制冷机组、缸套水-热水换热器和蒸汽-热水换热器，缸套水-热水换热器与燃气内燃机的高温水出口相连；
所述熔融盐蓄热装置通过蒸汽分流装置分别与蒸汽轮机、蒸汽-热水换热器和吸收式制冷机组相连，
所述并网柜联合市政电网为用户端供电，吸收式制冷机组为用户端供冷，缸套水-热水换热器和蒸汽-热水换热器为用户端供热。
2.根据权利要求1所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述余热锅炉的蒸汽出口分别与蒸汽轮机、吸收式制冷机组和蒸汽-热水换热器相连。
3.根据权利要求2所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述燃气内燃机在峰平电时段开机，在谷电时段停机。
4.根据权利要求3所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述熔融盐蓄热装置包括依次相连的蓄热换热器、高温熔融盐储存罐、释热换热器和低温熔融盐储存罐，其中，蓄热换热器与电热装置相连，释热换热器的进水口与回水管路相连，释热换热器的蒸汽出口与蒸汽分流装置相连。
5.根据权利要求4所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：还包括电制冷机，电制冷机的供电端连接至并网柜，供冷端连接至用户端。
6.根据权利要求4所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述市政电网连接电热装置，所述高温熔融盐储存罐的出口侧设有温度传感器，谷电时段，根据该温度传感器的检测值，可选择地控制市政电网为电热装置提供电能。
7.根据权利要求6所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述电热装置为电锅炉，蓄热换热器吸收电锅炉产生的高温蒸汽热量，并将吸收的热量传输至高温熔融盐储存罐进行储存。
8.根据权利要求6所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述蓄热换热器与高温熔融盐储存罐之间设有熔融盐泵，所述市政电网连接熔融盐泵。
9.根据权利要求1所述的利用风光电及峰谷电的蓄能型冷热电联供耦合系统，其特征在于：所述吸收式制冷机组为蒸汽型双效吸收式制冷机。
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