CN216697328U - 一种基于多能互补的综合能源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多能互补的综合能源系统，应用于综合能源调度技术领域。该系统包括：冷热电联供模块、供冷设备、供热设备和储能模块；冷热电联供模块分别与供冷设备、供热设备、储能模块相连；供冷设备还与储能模块相连；供热设备还与储能模块相连；冷热电联供模块用于利用天然气供电，并对供电时产生的热能进行余热回收处理，根据余热回收处理分别进行供热和供冷；供冷设备用于辅助供冷；供热设备用于辅助供热；储能模块用于充放电能、热能和冷能。本实用新型通过将多能源供给方式与综合能源系统相结合，解决现有技术中综合能源系统供能单一的问题，以及实现对多能源供给的灵活调度。
Description
技术领域
本实用新型涉及综合能源调度技术领域，特别是涉及一种基于多能互补的综合能源系统。
背景技术
各类能源自身的局限性以及人类对终端能源需求的多样性，决定了任何一种能源都很难独自承担起能源转型的重任，需充分利用各类能源不同的技术、经济与环境特性，在不同时空尺度内取长补短，不断优化能源结构，因此，综合能源系统(integrated energysystem，IES)应运而生。但是对于实际应用来说，目前的供能方案仍以单一供给方式为主，对综合能源系统的应用比较少。究其原因，综合能源系统涉及冷、热、电、气等多种能源形式，设备多样、结构复杂，且包含较多随机因素，运行控制极为困难，如何通过合理调度实现多能源高效互补是综合能源系统推广发展的关键。当前虽已针对综合能源系统优化调度开展了相关研究，但运行模式仍然较为单一，实践中应用效果不理想。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于多能互补的综合能源系统，通过多种供能方式互补构建综合能源系统，解决现有技术中综合能源系统运行模式单一的问题，以及实现对多能源供给的灵活调度。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种基于多能互补的综合能源系统，包括：冷热电联供模块、供冷设备、供热设备和储能模块；
所述冷热电联供模块分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块相连；所述供冷设备还与所述储能模块相连；所述供热设备还与所述储能模块相连；
所述冷热电联供模块用于利用天然气供电，并对供电时产生的热能进行余热回收处理，根据所述余热回收处理分别进行供热和供冷；
所述供冷设备用于辅助供冷；
所述供热设备用于辅助供热；
所述储能模块用于充放电能、热能和冷能。
可选地，所述冷热电联供模块包括燃气发电设备、余热回收利用设备和吸收式制冷设备；
所述燃气发电设备分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块、所述余热回收利用设备、所述吸收式制冷设备相连；所述余热回收利用设备还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；所述吸收式制冷设备还分别与所述供热设备和所述储能模块相连；
所述燃气发电设备用于供电，同时产生热能；
所述余热回收利用设备用于对所述热能进行余热回收处理后直接进行供热，或将经过所述余热回收处理后的热能传输至所述吸收式制冷设备中；
所述吸收式制冷设备用于通过吸收经过所述余热回收处理后的热能进行制冷。
可选地，所述余热回收利用设备包括缸套水换热器和烟气换热器；
所述缸套水换热器分别与所述燃气发电设备和所述烟气换热器相连；所述烟气换热器还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；
所述缸套水换热器用于吸收所述燃气发电设备在发电时产生的缸套水余热；
所述烟气换热器用于吸收所述燃气发电设备在发电时产生的烟气余热。
可选地，所述储能模块包括电储能设备、储热设备和蓄冷设备；
所述电储能设备分别与所述冷热电联供模块、所述供冷设备、所述蓄冷设备相连；所述储热设备分别与所述冷热电联供模块和所述供热设备相连；所述蓄冷设备还分别与所述冷热电联供模块和所述供冷设备相连；
所述电储能设备用于充放电能；
所述储热设备用于充放热能；
所述蓄冷设备用于充放冷能。
可选地，所述冷热电联供模块还外接配电网；所述配电网用于传输所述冷热电联供模块产生的电负荷。
可选地，所述供热设备采用燃气锅炉。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型公开了一种基于多能互补的综合能源系统，包括冷热电联供模块、供冷设备、供热设备和储能模块。通过采用冷热电联供模块，实现了在所述综合能源系统中多个能源协同互补工作，解决了既有方案中电、热、冷供给方式较为单一的缺陷。并且通过使所述冷热电联供模块与供冷设备、供热设备相互配合，完成综合能源优化调度，进一步满足实际应用中的供能需求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的基于多能互补的综合能源系统的模块示意图；
图2为本实用新型实施例提供的基于多能互补的综合能源系统的具体应用示意图。
符号说明：1-燃气发电设备；2-缸套水换热器；3-烟气换热器；4-燃气锅炉；5-电制冷机；6-吸收式制冷机；7-蓄冷设备；8-储热设备；9-电储能设备；10-用户。
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。
本实用新型的目的是提供一种基于多能互补的综合能源系统，能够通过将多能源供给方式与综合能源系统相结合，解决现有技术中综合能源系统供能单一的问题。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于多能互补的综合能源系统，包括：冷热电联供模块、供冷设备、供热设备和储能模块。
具体地，所述冷热电联供模块分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块相连；所述供冷设备还与所述储能模块相连；所述供热设备还与所述储能模块相连；所述冷热电联供模块用于利用天然气供电，并对供电时产生的热能进行余热回收处理，根据所述余热回收处理分别进行供热和供冷；所述供冷设备用于辅助供冷；所述供热设备用于辅助供热；所述储能模块用于充放电能、热能和冷能。
进一步地，所述冷热电联供模块包括燃气发电设备1、余热回收利用设备和吸收式制冷设备。
具体地，所述燃气发电设备1分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块、所述余热回收利用设备、所述吸收式制冷设备相连；所述余热回收利用设备还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；所述吸收式制冷设备还分别与所述供热设备和所述储能模块相连；所述燃气发电设备1用于供电，同时产生热能；所述余热回收利用设备用于对所述热能进行余热回收处理后直接进行供热，或将经过所述余热回收处理后的热能传输至所述吸收式制冷设备中；所述吸收式制冷设备用于通过吸收经过所述余热回收处理后的热能进行制冷。
进一步地，所述余热回收利用设备包括缸套水换热器2和烟气换热器3。
具体地，所述缸套水换热器2分别与所述燃气发电设备1和所述烟气换热器3相连；所述烟气换热器3还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；所述缸套水换热器2用于吸收所述燃气发电设备1在发电时产生的缸套水余热；所述烟气换热器3用于吸收所述燃气发电设备1在发电时产生的烟气余热。
进一步地，所述储能模块包括电储能设备9、储热设备8和蓄冷设备7。
具体地，所述电储能设备9分别与所述冷热电联供模块、所述供冷设备、所述蓄冷设备7相连；所述储热设备8分别与所述冷热电联供模块和所述供热设备相连；所述蓄冷设备7还分别与所述冷热电联供模块和所述供冷设备相连；所述电储能设备9用于充放电能；所述储热设备8用于充放热能；所述蓄冷设备7用于充放冷能。
如图2所示，在本实施例中，冷热电联供(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)模块在综合能源系统中作为电源使用，由燃气发电设备1、余热回收利用设备和吸收式制冷设备构成。燃气发电设备1(包括燃气轮机发电机、内燃机发电机、微燃机发电机等)可同时产生电能和热能，即可同时看作电源和热源。燃气发电设备1发出的电能可直接向用电用户10供电，发电后排出的余热可提供给余热回收利用设备进行处理。其中，高品位的热能由余热回收利用设备(包括余热锅炉、热交换器、余热直燃机等)处理后直接对热负荷进行供热，而低品位热能由余热回收利用设备处理后再经吸收式制冷设备(比如溴化锂机组)对冷负荷进行供冷。
储能模块包括电储能设备9、储热设备8和蓄冷机5。电储能设备9以充放电的形式进行运作，它能平抑新能源出力所带来的不确定性，提升电网的稳定性。同样地，储热设备8和蓄冷机5以充放冷热能量的形式进行运作，在系统能量过剩时存储能量，能量不足时释放能量。储能模块存储能量时可看作系统中的负荷，释放能量时可看作系统中的电源。
供冷设备和吸收式制冷设备一样是综合能源系统中的冷源。两者的区别在于供冷设备发出的能量由电能转化而来，而吸收式制冷设备的能量由余热回收利用装置的低品位热能转化而来。
供热设备作为综合能源系统中的热源，可直接向用户提供热能。供热设备可采用燃气锅炉4，与其他类型的锅炉相比，它的经济性较好，因此被广泛应用于综合能源系统中。供热设备的选择不以此为例，可以根据具体实施情况进行调整。
基于上述构成设备，在供电时，将天然气通入燃气发电设备1进行发电，输出电能可供给用户10、电制冷机5及其他设备用电，若产生冗余电能则存入电储能设备9。当燃气发电设备1电能供给不足时，可以通过电储能设备9补充额外电能，若仍无法满足需求，可通过外接配电网进一步供电。
在供热时，燃气发电设备1在运行过程中产生的烟气余热和缸套水余热分别通过烟气换热器3和缸套水换热器2进行串联回收，制取热能为用户10供热，而产生的冗余热能可通过储热设备8进行存储。当热负荷需求无法满足时，可通过天然气驱动燃气锅炉4或是采用储热设备8进行辅助供热。
在供冷时，根据季节工况不同，燃气发电设备1余热可驱动吸收式制冷机6制取冷能，产生冗余冷能可存入蓄冷设备7，当无法满足需求时，采用电制冷机5配合蓄冷设备7进行补充。
在本实施例中，以国内某重点项目的综合能源示范园区为例，对于综合能源优化调度，主要包括系统侧和设备侧两种。
对于系统侧来说，在冷系统中，电制冷设备几乎在所有时段平衡了大部分冷负荷，是冷系统的主要电源。提供的总功率为656.5549MW，占总功率的比重为78.48％。其次是CCHP机组中的溴化锂机组，其提供的功率为107.8651MW，占总功率的比重为12.89％。蓄冷机的存储功率为72.1872MW，释放功率为72.1871MW，即作为负荷吸收的功率为72.1872MW，作为冷源提供的功率为72.1871MW，占总负荷的比重为8.63％。电制冷设备的输出功率+溴化锂的输出功率+蓄冷机的输出功率＝蓄冷机的吸收功率+冷负荷，实现了综合能源系统的冷功率平衡。
在热系统中，与在冷系统中起到的作用不同的是，CCHP机组是该系统的主要热源，提供的总功率为174.4999MW，占总功率的86.60％。其次是储热设备，其作为负荷时吸收的功率为27.0025MW，占总负荷的比重为作为电源时释放的功率为27.0026MW，占总功率的13.40％。燃气锅炉提供的总功率为0MW，热负荷为174.5MW。CCHP的输出功率+储热设备的输出功率+燃气锅炉的输出功率＝储热设备的吸收功率+热负荷，实现了综合能源系统中的热功率平衡。
在电力系统中，CCHP机组提供的电功率为96.7672MW，占总功率的47.54％。光伏电站提供的总功率为69.0988MW，占总功率的33.95％。电储能的放电功率和充电功率皆为27.6049MW，占总功率的13.56％。综合能源系统向配电网购买的功率为10.08MW，占总功率的4.95％；提供给配电网的功率为6.2612MW。CCHP输出的电功率+光伏输出的电功率+电储能的输出功率+向配电网提供的功率＝电储能吸收的功率+电负荷+配电网提供的功率，实现了该系统中的电功率平衡。值得注意的是，配电网对该园区提供的电功率占总负荷的比例较小，即园区内的电负荷主要由园区内的机组进行供电，当配电网发生严重故障时，可直接切断园区与配电网的连接，实现孤岛运行。
对于设备侧来说，冷热电联供设备为园区内唯一能同时提供冷热电能的设备。由调度结果可知，两台CCHP机组支撑了园区内几乎所有的热负荷和接近一半的电负荷，但只提供了少量冷负荷。原因在于CCHP机组的热电联合运行方式极大地提升了供能效率，在消耗等量能源的情况下能同时提供电能和热能，降低供能成本。而电制冷机组的运行成本(单价最高1.071元)远低于CCHP的制冷成本(单价4.03元)且CCHP机组提供的冷能受到热能的限制，为实现收益最大化，需要电制冷设备提供尽可能多的冷能。此外，CCHP机组运行的主要时段位于7：00至22：00之间。该时段内的售电价格更高，即机组收益更高。
冷热电储能的充放功率都较小，占总负荷的比重均不超过14％。原因在于园区内储能运行的成本较高且容量不大，因此园区里的储能主要作为能量备用。当其他设备无法正常运行或容量达到限制的时候投入使用。
供冷设备是园区内的两个冷源之一。由于其运行成本比CCHP中的溴化锂机组低，因此在大部分时段内承担了园区里的冷负荷。从结果中可以看出，在时段10：00至18：00，由于冷负荷较大，供冷设备实现了全功率运行。
将燃气锅炉作为园内的供热设备，根据该燃气锅炉的运行结果显示，燃气锅炉的出力始终为0MW，未参与实际的热系统调度。原因主要有两个：一是CCHP设备的容量足够支撑园区内的热负荷，二是尽管CCHP设备的运行成本较高，但它能同时提供电能和热能，产生净收益大于燃气锅炉净收益。因此在此配置下，CCHP设备已经足够支撑园区热负荷，无需燃气锅炉进一步参与调度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (6)
1.一种基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，包括：冷热电联供模块、供冷设备、供热设备和储能模块；
所述冷热电联供模块分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块相连；所述供冷设备还与所述储能模块相连；所述供热设备还与所述储能模块相连；
所述冷热电联供模块用于利用天然气供电，并对供电时产生的热能进行余热回收处理，根据所述余热回收处理分别进行供热和供冷；
所述供冷设备用于辅助供冷；
所述供热设备用于辅助供热；
所述储能模块用于充放电能、热能和冷能。
2.根据权利要求1所述的基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，所述冷热电联供模块包括燃气发电设备、余热回收利用设备和吸收式制冷设备；
所述燃气发电设备分别与所述供冷设备、所述供热设备、所述储能模块、所述余热回收利用设备、所述吸收式制冷设备相连；所述余热回收利用设备还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；所述吸收式制冷设备还分别与所述供热设备和所述储能模块相连；
所述燃气发电设备用于供电，同时产生热能；
所述余热回收利用设备用于对所述热能进行余热回收处理后直接进行供热，或将经过所述余热回收处理后的热能传输至所述吸收式制冷设备中；
所述吸收式制冷设备用于通过吸收经过所述余热回收处理后的热能进行制冷。
3.根据权利要求2所述的基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，所述余热回收利用设备包括缸套水换热器和烟气换热器；
所述缸套水换热器分别与所述燃气发电设备和所述烟气换热器相连；所述烟气换热器还分别与所述供热设备、所述吸收式制冷设备、所述储能模块相连；
所述缸套水换热器用于吸收所述燃气发电设备在发电时产生的缸套水余热；
所述烟气换热器用于吸收所述燃气发电设备在发电时产生的烟气余热。
4.根据权利要求1所述的基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，所述储能模块包括电储能设备、储热设备和蓄冷设备；
所述电储能设备分别与所述冷热电联供模块、所述供冷设备、所述蓄冷设备相连；所述储热设备分别与所述冷热电联供模块和所述供热设备相连；所述蓄冷设备还分别与所述冷热电联供模块和所述供冷设备相连；
所述电储能设备用于充放电能；
所述储热设备用于充放热能；
所述蓄冷设备用于充放冷能。
5.根据权利要求1所述的基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，所述冷热电联供模块还外接配电网；所述配电网用于传输所述冷热电联供模块产生的电负荷。
6.根据权利要求1所述的基于多能互补的综合能源系统，其特征在于，所述供热设备采用燃气锅炉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 306, building 4, future venture Plaza, hi tech Zone, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Shandong Zhongke advanced technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 306, building 4, future venture Plaza, hi tech Zone, Jinan City, Shandong Province Patentee before: Shandong Zhongke Advanced Technology Research Institute Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |