CN221005195U - 太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，属于清洁能源利用技术领域，包括太阳能光伏发电系统、中深层地岩热供暖系统、太阳能光热系统；太阳能光伏发电系统的发电输出端同时与太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统、用户负荷、电网系统连接，为其提供电能；太阳能光热系统通过太阳能热水集热器对储热水箱的水加热后，输送至用户侧生活热水装置，实现生活热水供应；中深层地岩热供暖系统通过中深层地岩热换热井将地下深处岩层的热能导出，使低温水加热为高温水后进入地岩热泵主机，经换热后输送至用户侧采暖系统，实现冬季供暖；中深层地岩热供暖系统的热源输出端与储热水箱外侧套管连接，通过套管对储热水箱进行辅助加热。

Description

太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统

技术领域

本实用新型属于清洁能源利用技术领域，具体涉及一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统。

背景技术

太阳能作为一种典型的清洁能源，具有季节和昼夜不平衡性的明显劣势，有阳光时才发电、集热，且发电量、集热量与阳光的强弱成正比关系，因此在实际使用中受到一定的限制。地热能具有储量巨大、分布广泛、稳定可靠等优点，积极推广地热资源的开发利用。

目前，在能源系统的应用过程中，往往仅局限单一可再生能源的利用，缺乏对不同品类可再生能源的集成化高效利用。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，该系统实现了太阳能光伏、光热与地热能的集成化高效利用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，包括太阳能光伏发电系统、中深层地岩热供暖系统、太阳能光热系统；所述太阳能光伏发电系统的发电输出端同时与太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统、用户负荷、电网系统连接，为太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统、用户负荷提供电能，并将多余的电能输送给电网系统；所述太阳能光热系统包括太阳能集热器、储热水箱、第一循环泵、第二循环泵、用户侧生活热水装置，太阳能集热器通过第一循环管路与储热水箱连接，储热水箱通过第二循环管路与用户侧生活热水装置连接，第一循环管路和第二循环管路上分别设置有第一循环泵、第二循环泵，通过第一循环泵将储热水箱中的水输送至太阳能集热器中，通过太阳能集热器对水加热后输送回储热水箱，热水经第二循环泵输送至用户侧生活热水装置，为用户提供生活热水；所述中深层地岩热供暖系统包括中深层地岩热换热井、地岩热泵主机、第三循环泵、用户侧采暖系统，中深层地岩热换热井通过第三循环管路与地岩热泵主机相连，地岩热泵主机通过第四循环管路与用户侧采暖系统连接，第三循环管路与第四循环管路通过地岩热泵主机进行换热，第四循环管路上设置有所述第三循环泵，用户侧采暖系统的低温水经过地岩热泵主机换热后，通过第三循环泵输送至用户侧采暖系统形成循环，为用户冬季供暖；所述第四循环管路的供水管上设置有第五循环管路，第五循环管路与储热水箱外侧设置的套管相连，用于将热水输入到套管内，通过套管对储热水箱进行辅助加热；所述第一循环泵、第二循环泵、地岩热泵主机、第三循环泵与太阳能光伏发电系统的发电输出端电性连接。

优选的，所述储热水箱内设置有加热器，加热器与太阳能光伏发电系统的发电输出端电性连接。

优选的，所述储热水箱的进水管与外部的软化水系统相连。

优选的，所述中深层地岩热供暖系统还包括定压补水装置，定压补水装置的输入端与外部的软化水系统相连，定压补水装置的输出端分别通过第一输水管路、第二输水管路连接至第三循环管路、第四循环管路，软化水系统的软化水经过定压补水装置分别进入第三循环管路与第四循环管路。

优选的，所述太阳能光伏发电系统包括依次电性连接的太阳能光伏组件、逆变器控制柜、并网柜、箱变低压室，箱变低压室通过供电线路分别与多个用户负荷、中深层地岩热供暖系统、太阳能光热系统及电网系统连接。

由上述技术方案可知，本实用新型提供了一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，相比现有技术其有益效果是：本实用新型在工作时，在采暖季，当白天光照充足时，太阳能光伏发电系统工作，利用太阳能发电，产生的电能分别输送至太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统的各用电设备、用户负荷使用，并将余电输送给电网系统进行上网；同时，太阳能光热系统工作，外部软化水经进水管路进入储热水箱，储热水箱中的水通过第一循环泵输送至太阳能集热器中，太阳能集热器利用太阳能对软化水进行加热，热水输送回储热水箱后经第二循环泵输送至用户侧生活热水装置，实现生活热水的供应；同时，中深层地岩热供暖系统工作，外部软化水注入中深层地岩热换热井，通过中深层地岩热换热井将地下深处岩层的热能导出，使低温水加热为高温水，高温水进入地岩热主机经换热降温后，再注入地下中深层地岩热换热井进行循环，用户侧采暖系统的低温水经过地岩热泵主机换热后，通过第三循环泵输送至用户侧采暖系统形成循环，实现冬季供暖；当白天光照不足时，储热水箱中水温低于中深层地岩热供暖系统的水温且有用水需求时，通过第五循环管路将中深层地岩热供热系统的热水输入到储热水箱外侧套管内，通过套管给储热水箱加热，以保证用户生活热水的稳定供应。本系统通过统筹多种能源系统，实现了太阳能光伏、光热与地热能的集成化高效利用，满足了一定区域内供电、采暖、生活热水的需求；同时，由于利用的热源形式为太阳能和中深层地岩热，均为清洁可再生能源，起到节能降碳的作用。

附图说明

图1是太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统的结构示意图。

图中：太阳能光伏发电系统10、太阳能光伏组件11、逆变器控制柜12、并网柜13、箱变低压室14、用户负荷15、电网系统16、太阳能光热系统20、第一循环管路201、第二循环管路202、太阳能集热器21、储热水箱22、套管221、加热器222、第一循环泵23、第二循环泵24、用户侧生活热水装置25、中深层地岩热供暖系统30、第三循环管路301、第四循环管路302、第五循环管路303、第一输水管路304、第二输水管路305、中深层地岩热换热井31、地岩热泵主机32、第三循环水泵33、用户侧采暖系统34、定压补水装置35。

具体实施方式

以下结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，本实用新型提供了一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，包括太阳能光伏发电系统10、太阳能光热系统20、中深层地岩热供暖系统30；所述太阳能光伏发电系统10的发电输出端同时与太阳能光热系统20、中深层地岩热供暖系统30、用户负荷15、电网系统16连接，为太阳能光热系统20、中深层地岩热供暖系统30、用户负荷15提供电能，并将多余的电能输送给电网系统16；所述太阳能光热系统20包括太阳能集热器21、储热水箱22、第一循环泵23、第二循环泵24、用户侧生活热水装置25，太阳能集热器21通过第一循环管路201与储热水箱22连接，储热水箱22通过第二循环管路202与用户侧生活热水装置25连接，第一循环管路201和第二循环管路202上分别设置有第一循环泵23、第二循环泵24，通过第一循环泵23将储热水箱22中的水输送至太阳能集热器21中，通过太阳能集热器21对水加热后输送回储热水箱22，热水经第二循环泵24输送至用户侧生活热水装置25，为用户末端提供生活热水；所述中深层地岩热供暖系统30包括中深层地岩热换热井31、地岩热泵主机32、第三循环泵33、用户侧采暖系统34，中深层地岩热换热井31通过第三循环管路301与地岩热泵主机32相连，地岩热泵主机32通过第四循环管路302与用户侧采暖系统34连接，第三循环管路301与第四循环管路302通过地岩热泵主机32进行换热，第四循环管路302上设置有所述第三循环泵33，用户侧采暖系统34的低温水经过地岩热泵主机32加热后，通过第三循环泵33输送至用户侧采暖系统34形成循环，为用户冬季供暖；所述第四循环管路302的供水管上设置有第五循环管路303，第五循环管路303与储热水箱22外侧设置的套管221相连，用于将热水输入到套管221内，通过套管221对储热水箱22进行辅助加热；所述第一循环泵23、第二循环泵24、地岩热泵主机32、第三循环泵33与太阳能光伏发电系统10的发电输出端电性连接。

本实用新型在工作过程为：在采暖季，当白天光照充足时，太阳能光伏发电系统10工作，利用太阳能发电，产生的电能分别输送至太阳能光热系统20、中深层地岩热供暖系统30的各用电设备、用户负荷15使用，并将余电输送给电网系统16进行上网；同时，太阳能光热系统20工作，外部软化水经进水管路进入储热水箱22，储热水箱22中的水通过第一循环泵23输送至太阳能集热器21中，太阳能集热器21利用太阳能对软化水进行加热，热水输送回储热水箱22后经第二循环泵24输送至用户侧生活热水装置25，实现生活热水的供应；同时，中深层地岩热供暖系统30工作，外部软化水注入中深层地岩热换热井31，通过中深层地岩热换热井31将地下深处岩层的热能导出，使低温水加热为高温水，高温水进入地岩热泵主机32经换热降温后，再注入地下中深层地岩热换热井31进行循环，用户侧采暖系统34的低温水经过地岩热泵主机32加热后，通过第三循环泵33输送至用户侧采暖系统34形成循环，实现冬季供暖；在采暖季，白天光照不足时，当储热水箱22中水温低于中深层地岩热供暖系统30的水温且有用水需求时，通过第五循环管路303将中深层地岩热供热系统30的热水输入到储热水箱22外侧套管221内，通过套管221给储热水箱22加热将给储热水箱22加热，以保证用户生活热水的稳定供应。本系统通过统筹多种能源系统，实现了太阳能光伏、光热与地热能的集成化高效利用，满足了一定区域内供电、采暖、生活热水的需求；同时，由于利用的热源形式为太阳能和中深层地岩热，均为清洁可再生能源，起到节能降碳的作用。

进一步的，所述储热水箱22内设置有加热器222，与太阳能光伏发电系统10的发电输出端电性连接。在非采暖季，当阴雨天太阳光照不能满足生活热水需求时，通过太阳能光伏发电系统10为储热水箱22的加热器222提供电能，以对储热水箱22进行辅助加热，保证用户末端生活热水的持续供应。

进一步的，所述储热水箱22的进水管与外部的软化水系统相连。

进一步的，所述中深层地岩热供暖系统30还包括定压补水装置35，定压补水装置35的输入端与外部的软化水系统相连，定压补水装置35的输出端分别通过第一输水管路304、第二输水管路305连接至第三循环管路301、第四循环管路302，软化水系统的软化水经过定压补水装置35分别进入第三循环管路301与第四循环管路302。所述定压补水装置35采用现有技术，定压补水主要利用气体的可压缩性质而工作的，其包括补水泵和落地式膨胀定压罐，在落地式膨胀定压罐设置在补水泵附近，落地式膨胀定压罐上安装有电接点压力表，电接点压力表根据罐内气体压力的大小控制补水泵的启或停。当系统由于泄漏等原因使水量减少而压力降到下限时，补水泵启动，向罐内补水,在补水过程中，罐内气体被压缩，压力逐渐升高，待此压力升高到上限时，补水泵停止补水。

在本实施例中，所述太阳能光伏发电系统10包括依次电性连接的太阳能光伏组件11、逆变器控制柜12、并网柜13、箱变低压室14，箱变低压室14通过供电线路分别与多个用户负荷15、中深层地岩热供暖系统30、太阳能光热系统20及电网系统16连接。通过太阳能光伏组件11吸收太阳能，发生光-电转化产生直流电，逆变器控制柜12将太阳能光伏组件11的直流电转化为交流电，通过并网柜13并网输出至箱变低压室14，进而输配至用户负荷15及中深层地岩热供暖系统30、太阳能光热系统20的用电设备，实现生产生活用电、生活热水用电、冬季取暖用电，多余的电能则输配至电网系统16，实现余电上网。

在本实施例中，所述不同形式的太阳能集热器21可安装于区域内各类建筑屋顶、空地等。所述中深层地岩热换热井31不受区域内场地限制，可在道路、绿化带、空地内施工，施工完成后只留检查井，不占用土地。所述中深层地岩热供暖系统30的机房可利用区域内建筑地下室、地上设备房等，所需空间小。

在具体实施过程中，上述管路上设置有用于控制流体流向、流量的阀门，各阀门、管道具体的型号规格可以根据现场实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。除了上述管路设备，还配备控制系统，控制系统包括温度传感器、压力传感器、数据采集器、PLC控制系统、远程控制系统等。通过温度传感器、压力传感器采集系统运行时的工质温度与压力，并通过PLC自动控制系统控制系统的整体运行，数据采集器则进行数据的采集与传输，用于系统控制的逻辑运算，通过远程控制系统可实现系统的远程监视与控制，使整个耦合供能系统的自动化程度更高，运行更简便、更优化，费用更低廉。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统、中深层地岩热供暖系统、太阳能光热系统；所述太阳能光伏发电系统的发电输出端同时与太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统、用户负荷、电网系统连接，为太阳能光热系统、中深层地岩热供暖系统、用户负荷提供电能，并将多余的电能输送给电网系统；所述太阳能光热系统包括太阳能集热器、储热水箱、第一循环泵、第二循环泵、用户侧生活热水装置，太阳能集热器通过第一循环管路与储热水箱连接，储热水箱通过第二循环管路与用户侧生活热水装置连接，第一循环管路和第二循环管路上分别设置有第一循环泵、第二循环泵，通过第一循环泵将储热水箱中的水输送至太阳能集热器中，通过太阳能集热器对水加热后输送回储热水箱，热水经第二循环泵输送至用户侧生活热水装置，为用户提供生活热水；所述中深层地岩热供暖系统包括中深层地岩热换热井、地岩热泵主机、第三循环泵、用户侧采暖系统，中深层地岩热换热井通过第三循环管路与地岩热泵主机相连，地岩热泵主机通过第四循环管路与用户侧采暖系统连接，第三循环管路与第四循环管路通过地岩热泵主机进行换热，第四循环管路上设置有所述第三循环泵，用户侧采暖系统的低温水经过地岩热泵主机换热后，通过第三循环泵输送至用户侧采暖系统形成循环，为用户冬季供暖；所述第四循环管路的供水管上设置有第五循环管路，第五循环管路与储热水箱外侧设置的套管相连，用于将热水输入到套管内，通过套管对储热水箱进行辅助加热；所述第一循环泵、第二循环泵、地岩热泵主机、第三循环泵与太阳能光伏发电系统的发电输出端电性连接。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，其特征在于：所述储热水箱内设置有加热器，加热器与太阳能光伏发电系统的发电输出端电性连接。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，其特征在于：所述储热水箱的进水管与外部的软化水系统相连。

4.如权利要求1所述的太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，其特征在于：所述中深层地岩热供暖系统还包括定压补水装置，定压补水装置的输入端与外部的软化水系统相连，定压补水装置的输出端分别通过第一输水管路、第二输水管路连接至第三循环管路、第四循环管路，软化水系统的软化水经过定压补水装置分别进入第三循环管路与第四循环管路。

5.如权利要求1所述的太阳能光伏、光热与地热能耦合的多能互补供能系统，其特征在于：所述太阳能光伏发电系统包括依次电性连接的太阳能光伏组件、逆变器控制柜、并网柜、箱变低压室，箱变低压室通过供电线路分别与多个用户负荷、中深层地岩热供暖系统、太阳能光热系统及电网系统连接。