CN220931411U - 分布式冷热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种分布式冷热电联供系统。其包括主动力单元、动力储能调控单元、制冷单元和制热单元，其中，主动力单元用于对动力储能调控单元、负荷端、制冷单元和制热单元中的任一一种或多种提供电力；制冷单元和制热单元分别与负荷端连接以提供冷负荷或热负荷；动力储能调控单元包括联动连接的电加热装置、可逆热化学储能装置和热能发电装置，其中，所述电加热装置与所述主动力单元连接。本申请提供的分布式冷热电联供系统，并入用户侧的电量都能够控制至与用户侧的电负荷相匹配，从而使主动力单元能够保持在高效运行区间运行的同时，提高分布式冷热电联供系统的变工况适应性能，以实现较高的经济效益。

Description

分布式冷热电联供系统

技术领域

本申请属于能源机械技术领域，更具体地说，是涉及一种分布式冷热电联供系统。

背景技术

现有的分布式冷热电联供系统一般采用“以热定电”(即，以电需求为基准，确定系统的热需求(即冷、热负荷)输出)”或“以电定热(以热需求为基准，确定系统的电力输出)”方法进行系统关键设备的选型。

上述方法指导下的设备选型，存在以下缺陷：

一方面，由于在设备选型阶段考虑了用户侧所需的最大电量或最大热量，导致其所选的动力机组、制冷组与制热机组的容量偏大；

另一方面，在实际运行过程中，由于用户侧冷、热、电负荷随时波动，导致常规分布式冷热电联供系统中动力机组长期处于非额定工况下运行(也即变工况运行)，动力机组的实际运行效率远低于额定效率，使得分布式冷热电联供系统的变工况性能较差，同时也带来节能率偏低、经济性较差等问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种分布式冷热电联供系统，以解决现有技术中存在的经济性较差的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是，提供一种分布式冷热电联供系统，其包括主动力单元、动力储能调控单元、制冷单元和制热单元，其中：

所述主动力单元同时与动力储能调控单元、负荷端、制冷单元和制热单元连接，用于燃烧燃料以对所述动力储能调控单元、所述负荷端、所述制冷单元和所述制热单元中的任一一种或多种提供电力；

所述制冷单元和所述制热单元分别与所述负荷端连接，以分别对所述负荷端提供冷负荷或热负荷；

所述动力储能调控单元分别与所述负荷端、所述制冷单元和所述制热单元连接，以提供电力；所述动力储能调控单元包括联动连接的电加热装置、可逆热化学储能装置和热能发电装置，其中，所述电加热装置与所述主动力单元连接。

可选地，所述电加热装置包括若干并联设置的电加热单元，每一所述电加热单元分别与所述主动力单元连接，每一所述电加热单元分别与所述可逆热化学储能装置连接。

可选地，所述可逆热化学储能装置包括若干并联设置的热化学反应单元，每一所述热化学反应单元分别与所述电加热装置连接。

可选地，所述热能发电装置包括若干并联设置的发电单元，每一所述发电单元分别与所述可逆热化学储能装置连接。

可选地，所述动力储能调控单元还包括同时与所述主动力单元和所述可逆热化学储能装置连接的烟气换热器，所述烟气换热器用于吸收所述主动力单元的高温烟气的余热转换至所述可逆热化学储能装置。

可选地，所述制冷单元包括烟气型吸收式制冷机组，所述烟气型吸收式制冷机组用于吸收所述主动力单元的高温烟气以用于制冷。

可选地，所述制热单元包括烟气-水换热器，所述烟气-水换热器分别连接所述烟气型吸收式制冷机组和所述负荷端，所述烟气-水换热器用于回收所述烟气型吸收式制冷机组的余热以实现供热。

可选地，所述制冷单元还包括电制冷单元，所述制热单元还包括热泵机组。

本申请实施例提供的分布式冷热电联供系统，至少具有以下有益效果：

通过在分布式冷热电联供系统中设置至少由电加热装置、可逆热化学储能装置和热能发电装置组成的动力储能调控单元，通过在主动力单元发电量大于用户侧的电负荷需求时通过电加热装置和可逆热化学储能装置联合作用将多余的电能以热能的形式储存，在主动力单元发电量小于用户侧的电负荷需求时同行通过可逆热化学储能装置和热能发电装置联动作用以将储存的热能转换为电能。如此，无论主动力单元的发电量是否能够直接与用户侧的电负荷相匹配，分布式冷热电联供系统并入用户侧的电量都能够控制至与用户侧的电负荷相匹配，从而使主动力单元能够保持在高效运行区间运行的同时，提高分布式冷热电联供系统的变工况适应性能，以实现较高的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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为本申请一些实施例中分布式冷热电联供系统的示意图；

图2为本申请一些实施例中动力储能调控单元的示意图；

图3为本申请一些实施例中分布式冷热电联供系统的调控方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。

当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图2，现对本申请实施例提供的分布式冷热电联供系统进行说明。

参考图1至图2，本申请实施例所述的分布式冷热电联供系统，包括主动力单元100、动力储能调控单元200、制冷单元300和制热单元400。

本实施例的分布式冷热电联供系统中，主动力单元100用于燃烧燃料以发电，并将发电量全部或部分并入输电网，在一些实施例中，主动力单元100可以为燃气轮机或内燃机，其所使用的燃料可以为天然气、合成气、柴油、汽油等含碳燃料。

可以理解的是，当主动力单元100的全部发电量并入输电网时，其全部发电量也即用户侧的电负荷；当主动力单元100的部分发电量并入输电网时，分布式冷热电联供系统中各结构单元设置如下：

制冷单元300和制热单元400均分别连接主动力单元100和用户侧的负荷端，以分别对负荷端提供冷负荷和热负荷；

动力储能调控单元200的输入端连接主动力单元100，其输出端则分别连接负荷端、制冷单元300和制热单元400。其用于在动力单元发电量多于负荷端电需求时，将主动力单元100多于负荷端电需求的发电量进行储能；并在主动力单元100发电量小于负荷端电需求时，通过释能的方式将缺少的部分电量并入输电网或提供给制冷单元300和制热单元400，从而实现对电量缺口的弥补。

具体而言，动力储能调控单元200包括联动连接的电加热装置210、可逆热化学储能装置220和热能发电装置230。

电加热装置210连接主动力单元100和可逆热化学储能装置220，其用于对可逆热化学储能装置220加热，由可逆热化学储能装置220将热能以热化学反应的形式储存于反应介质中，从而实现对主动力单元100多余的发电量进行储能。如此，使得用户侧负荷端的电需求小于主动力单元100高效运行区间所产生的发电量时，主动力单元100仍能够按照高效运行区间的运行工况持续发电，并将多余的发电量进行储能，以适应用户端波动变化的电负荷需求。

热能发电装置230连接可逆热化学储能装置220和输电网，更具体地，热能发电装置230与可逆热化学储能装置220之间通过灌充有循环工质的管道连接。当主动力单元100的发电量小于用户侧负荷端的电需求时，可逆热化学储能装置220通过放热反应将热能释放到循环工质中，循环工质携带热能流动至热能发电装置230中并通过热功转换装置产生电能，以弥补主动力单元100所缺少的发电量，从而匹配用户侧负荷端的电需求。

在一些具体实施方式中，循环工质为超临界二氧化碳，热能发电装置230为超临界二氧化碳涡轮动力发电装置；同时，可逆热化学储能装置220采用Mg(OH)₂(s)——MgO(s)+H₂O(g)的可逆化学反应进行热量的存储与释放。对应地，与可逆热化学储能装置220连接的为循环工质超临界二氧化碳工质；超临界二氧化碳工质将储存在可逆热化学储能装置220中的热能带到超临界二氧化碳涡轮发电装置中进行发电，进而供应给用户侧所需的电负荷。

通过上述设置动力储能调控单元200，本实施例的分布式冷热电联供系统，主动力单元100能够不受用户侧负荷端的电需求波动影响，使得主动力单元100能够在高效运行区的工况下持续运行发电，从而有效提高分布式冷热电联供系统的变工况适应能力，同时也能适当减小主动力单元100中内燃机或燃气轮机的装机容量，降低装机成本，提高节能效率，从而实现较好的经济效益。

参考图2，在一些实施例中，电加热装置210模块化设置。具体地，电加热装置210包括若干并联设置的电加热单元211，例如三个或更多个，每一电加热单元211分别与主动力单元100连接，每一电加热单元211分别与可逆热化学储能装置220连接。

通过将电加热装置210模块化设置，使得其中的每一电加热单元211均能够独立控制运作，从而使得在主动力单元100发电量与用户侧负荷端的电需求之间的差异电量波动时，能够适时启动不同数量的电加热单元211以将多余的电量转化为热能并以热化学的形式储存于可逆热化学储能装置220的反应介质中，以使电加热装置210能够处于高效运行区间。

参考图2，在一些实施例中，同样地，可逆热化学储能装置220也模块化设置。具体地，可逆热化学储能装置220包括若干并联设置的热化学反应单元221，例如三个或更多个，每一热化学反应单元221分别与电加热装置210连接。

通过将可逆热化学储能装置220模块化设置，使得其中每一热化学反应单元221均能够独立控制运作，从而使得在主动力单元100发电量与用户侧负荷端的电需求之间的差异电量波动时，能够适时启动不同数量的热化学反应单元221，由其将储存于反应介质中的热能释放，并在循环工质的带动下流动至热能发电装置230，由热能发电装置230中的热功转换装置产生电能以并入输电网，从而弥补主动力单元100的发电量缺口。如此，根据主动力单元100发电量缺口大小启动适时不同数量的热化学反应单元221，能够使各热化学反应单元221保持在高效区间运行，从而能够提高热能转换效率，以实现较好的经济性。

参考图2，在一些实施例中，同样地，热能发电装置230包括若干并联设置的发电单元231，例如三个或更多个，每一发电单元231分别与可逆热化学储能装置220连接。进一步的，若可逆热化学储能装置220采用前述实施例中所述的模块化设置，则，每一发电单元231与每一热化学反应单元221连接，以形成单独的释能单元。如此，当可逆热化学储能装置220中的任一一个或多个热化学反应单元221放热释能时，热能发电装置230中对应数量的发电单元231能够对应启动以发电，从而实现释能发电的精准调控。

参考图1和图2，进一步的，在上述任一实施例的基础上，动力储能调控单元200还包括有烟气换热器240，烟气换热器240连接主动力单元100的烟气管道与可逆热化学储能装置220，其用于将主动力单元100燃烧燃料产生的高温烟气(600℃左右)收集并提供给可逆热化学储能装置220，由可逆热化学储能装置220将热能以热化学反应的形式进行储能。

通过在动力储能调控单元200中设置烟气换热器240，使得本申请的分布式冷热电联供系统除了具备储能调控和释能调控外，还具备储能释能耦合调控的功能，从而有利于进一步提高分布式冷热电联供系统的经济效益。

具体地，无论主动力单元100的发电量是否满足用户侧负荷端的电需求，也即，无论动力储能调控单元200正在由可逆热化学储能装置220和热能发电装置230联合进行释能调控还是由电加热装置210金和可逆热化学储能装置220联合进行储能调控，烟气换热器240都能将主动力单元100的烟气余热利用并将其转化至可逆热化学储能装置220以进行存储，从而能够避免热量浪费，使得在释能调控的同时也能进行储能调控。

参考图1，在上述任一实施例的基础上，前述的制冷单元300包括烟气型吸收式制冷机组310，烟气型吸收式制冷机组310用于吸收主动力单元100的高温烟气以用于制冷。

可以理解的是，通过将制冷单元300设置为烟气型吸收式制冷机组310，其能够将主动力单元100发电产生的高温烟气利用，并利用热能驱动制冷循环，通过将高温烟气的余热消耗以将补偿将热量从低温物体转移至高温物体，从而实现制冷。如此，制冷单元300在制冷时无需消耗电能，能够实现较好的经济效益。

参考图1，进一步的，可以理解的是，在前述实施例动力储能调控单元200中设置有烟气换热器240的基础上，本实施例的烟气型吸收式制冷机组310与烟气换热器240相连接，以将烟气换热器240中多余的热能(例如500℃左右的烟气余热)消耗，使得热能的利用较为彻底。

进一步的，在制冷单元300设置有烟气型吸收式制冷机组310的基础上，前述的制热单元400包括烟气-水换热器410，烟气-水换热器410分别连接烟气型吸收式制冷机组310和负荷端，烟气-水换热器410用于回收烟气型吸收式制冷机组310的余热以实现供热。

具体地，烟气-水换热器410用于吸收烟气型吸收式制冷机组310的余热(例如120℃左右的烟气余热)，由余热对冷水加热形成热水，从而实现对用户侧负荷端提供热负荷。

由前述各实施例描述可知，本申请一些实施例中，当烟气换热器240、烟气型吸收式制冷机组310和烟气-水换热器410同时设置的情况下，能够实现对主动力单元100发电产生的烟气余热进行阶梯回收利用，在实现储能调控的同时，也能使得制冷单元300和制热单元400在提供冷热负荷的同时无需或仅需要少量电能即可，从而有效提高分布式冷热电联供系统的能耗，实现较好的经济效益。

可以理解的是，进一步的，在一些实施例中，制冷单元300还包括电制冷单元320，制热单元400还包括热泵机组420。电制冷单元320和热泵机组420既与主动力单元100连接，也与热能发电装置230连接，以同时实现由主动力单元100和热能发电装置230供电。如此，当用户侧的冷负荷或热负荷超过吸收烟气型吸收式制冷机组310或烟气-水换热器410的容量时，可通过启动电制冷单元320或热泵机组420来匹配用户侧的冷热负荷，从而实现冷热负荷的供需平衡。

可以理解的是，此处结合上述各实施例描述本申请中分布式冷热电联供系统的调控方法。需要理解的是，该调控方法仅对电负荷进行调控，冷热负荷则由前述制冷单元300中的电制冷单元320和烟气型吸收式制冷机组310完全满足，热负荷则由前述制热单元400中的热泵机组420和烟气-水换热器410完全满足。

参考图3，该调控方法包括以下步骤：

S100、获取用户侧的电负荷需求。

S200、判断主动力单元100发电量是否满足用户侧的电负荷。需要理解的是，在此步骤中，主动力单元100的运行功率区间始终处于高效运行区，也即，主动力单元100的发电量是恒定的。

S310、若发电量等于电负荷需求，则所有发电量直接并入用户侧的输电网。

S320、若发电量大于电负荷需求，启动储能调控，以将大于电负荷的发电量转化为化学能进行存储，直至并入用户侧的电量与电负荷相匹配。

可以理解的是，本步骤中，储能调控通过电加热装置210和可逆热化学储能装置220联动实现。将主动力单元100大于电负荷的部分发电量分配给电加热装置210，由电加热装置210对可逆热化学储能装置220加热，使电能转化为热能并以热化学的形式存储于反应介质中。

进一步的，在电加热装置210和可逆热化学储能装置220均模块化设置的实施方式中，可根据发电量与电负荷需求之间的实际差异量动态调配不同数量的电加热单元211和热化学反应单元221，以使储能量能够实时与电量差异量相匹配，从而使得主动力单元100保持在高效运行区间。

S330、若发电量小于电负荷需求，启动释能调控，将化学能转化为电能，直至并入用户侧的电量满足电负荷。

可以理解的是，本步骤中，释能调控通过可逆热化学储能装置220和热能发电装置230联动实现。由可逆热化学储能装置220通过放热反应将反应介质中的热能释放，并通过循环工质带动至由热能发电装置230转化为电能，最终并入用户侧的输电网。

同理，与上述S320步骤相似，在可逆热化学储能装置220和热能发电装置230均模块化设置的实施方式中，可根据发电量与电负荷之间的实际差异量动态调配不同数量的热化学反应单元221和发电单元231，以使释能产生的电量能够弥补主动力单元100的发电量缺口。

通过使用本调控方法，本申请的分布式冷热电联供系统，能够使得各组成单元均保持在高效运行区间，保持较高的发电效率，从而实现较好的经济效益，以降低成本。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式冷热电联供系统，其特征在于，包括主动力单元、动力储能调控单元、制冷单元和制热单元，其中：

所述主动力单元同时与动力储能调控单元、负荷端、制冷单元和制热单元连接，用于燃烧燃料以对所述动力储能调控单元、所述负荷端、所述制冷单元和所述制热单元中的任一一种或多种提供电力；

所述制冷单元和所述制热单元分别与所述负荷端连接，以分别对所述负荷端提供冷负荷或热负荷；

所述动力储能调控单元分别与所述负荷端、所述制冷单元和所述制热单元连接，以提供电力；所述动力储能调控单元包括联动连接的电加热装置、可逆热化学储能装置和热能发电装置，其中，所述电加热装置与所述主动力单元连接。

2.如权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述电加热装置包括若干并联设置的电加热单元，每一所述电加热单元分别与所述主动力单元连接，每一所述电加热单元分别与所述可逆热化学储能装置连接。

3.如权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述可逆热化学储能装置包括若干并联设置的热化学反应单元，每一所述热化学反应单元分别与所述电加热装置连接。

4.如权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述热能发电装置包括若干并联设置的发电单元，每一所述发电单元分别与所述可逆热化学储能装置连接。

5.如权利要求1至4任一所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述动力储能调控单元还包括同时与所述主动力单元和所述可逆热化学储能装置连接的烟气换热器，所述烟气换热器用于吸收所述主动力单元的高温烟气的余热转换至所述可逆热化学储能装置。

6.如权利要求1至4任一所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述制冷单元包括烟气型吸收式制冷机组，所述烟气型吸收式制冷机组用于吸收所述主动力单元的高温烟气以用于制冷。

7.如权利要求6所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述制热单元包括烟气-水换热器，所述烟气-水换热器分别连接所述烟气型吸收式制冷机组和所述负荷端，所述烟气-水换热器用于回收所述烟气型吸收式制冷机组的余热以实现供热。

8.如权利要求6所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于：所述制冷单元还包括电制冷单元，所述制热单元还包括热泵机组。