区域能量分配系统和提供机械功并加热区域热能回路的热传递流体的方法技术方案

公开了一种包括地热发电站(50)的区域能量分配系统，所述地热发电站包括第一回路和第二回路。第一回路包括用于来自地热热源(10)的地热加热的水的输入流的供给管道(11)；锅炉(51)，其包括热交换器(52a、52b、52c)，所述热交换器被构造成从地热加热的水的输入流交换热以使地热发电站(50)的第二回路的工作介质过热；以及用于冷却水从锅炉(51)到地热热源(10)的返回流的返回管道(12)。第二回路包括构造成使第二回路的工作介质过热的锅炉(51)；膨胀器(53)，其被构造成使过热的工作介质膨胀，并将膨胀转换成机械功；以及冷凝器(55)，其被构造成将膨胀的工作介质转换成液相，并对区域热能回路(20)的热传递流体进行加热。区域热能回路(20)包括多个局部加热系统(200；250)，每个系统(200；250)被构造成向建筑物(40)提供热水和/或舒适加热。冷凝器(55)被构造成将区域供给管道(22)的热传递流体加热到5℃至30℃的温度。此外，公开了一种提供机械功和加热区域热能回路(20)的热传递流体的方法。

Regional energy distribution system and method of heat transfer fluid providing mechanical work and heating regional heat energy circuit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】区域能量分配系统和提供机械功并加热区域热能回路的热传递流体的方法
本专利技术涉及区域能量分配系统和提供机械功并加热区域热能回路的热传递流体的方法。
技术介绍
世界上几乎所有的大型发达城市都具有并入其基础设施中的至少两种类型的能量网；一种网用于提供电能，以及一种网用于提供空间加热和热自来水制备。用于提供空间加热和热自来水制备的普通网是提供可燃气体(通常为化石燃料气体)的供气网。由供气网提供的气体局部燃烧，以提供空间加热和热的自来水。用于提供空间加热和热自来水制备的供气网的替代物是区域加热网。电能网的电能也可用于空间加热和热自来水制备。同样，电能网的电能可用于空间冷却。电能网的电能还用于驱动冰箱和冷冻机。因此，传统的建筑物加热和冷却系统使用诸如电和化石燃料之类的主要的高级能源或工业废热形式的能源，以提供空间加热和/或冷却，并加热或冷却建筑物中使用的水。此外，在城市中还安装区域冷却网用于空间冷却已经日益普遍。加热或冷却建筑物空间和水的过程将这种高级能量转换成具有高熵的低级废热，该废热离开建筑物并返回到环境中。使用地热热源系统也是众所周知的，地热热源系统使用地球中可用的热能来产生例如电或机械功。然而，这些类型的系统确实释放大量的热能，这些热能通过例如冷却塔释放到周围环境中。因此，需要一种改进的和成本有效的系统，以更好地利用可用的废热。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题中的至少一些。根据第一方面，提供了一种区域能量分配系统。该区域能量分配系统包括地热发电站，该地热发电站包括：第一回路，该第一回路包括：用于来自地热热源的地热加热的水的输入流的供给管道；锅炉，其包括热交换器，该热交换器被构造成从地热加热的水的输入流交换热以使地热发电站的第二回路的工作介质过热；用于冷却水从锅炉到地热热源的返回流的返回管道；其中，第二回路包括：锅炉，其被构造成使第二回路的工作介质过热；膨胀器，其连接到锅炉并且被构造成允许过热的工作介质膨胀并且将膨胀转换成机械功；以及冷凝器，其被构造成将膨胀的工作介质转换成液相，并对区域热能回路的热传递流体进行加热；其中，区域热能回路包括：区域供给管道；区域返回管道；多个局部加热系统，每个局部加热系统具有连接到区域供给管道的入口和连接到区域返回管道的出口，其中，每个局部加热系统被构造成向建筑物提供热水和/或舒适加热；以及冷凝器，其被构造成将区域供给管道的热传递流体加热到5℃至30℃的温度。区域能量分配系统被构造成将地热热源系统与区域能量分配系统以及与地热发电站相结合。因此，从地热加热的水中提取的能量可以被供应给多个局部加热系统，这些局部加热系统可以用于向建筑物提供热水和/或舒适加热。区域能量分配系统还可用于通过中央热交换器将能量返回到地热热源。此外，从地热加热的水中提取的能量可以用于产生机械功，该机械功例如可以用于产生电能。在本申请的上下文中，地热能应理解为在地球中产生和存储的热能。地热能是成本有效的、可靠的、可持续的和环境友好的，但历史上一直限于地壳构造板边界附近的区域。然而，最近的技术进步已经显著地扩展了可用资源的范围和大小，特别是对于诸如家庭供暖之类的应用，从而打开了广泛开发的潜力。钻探的发展允许地热热源系统的深度设计可以达到5km或甚至更深。提供对这种深度的访问的系统通常被称为深层地热热源系统。基岩的入口孔和出口孔通常布置成彼此相距很大距离。此外，在入口孔和出口孔之间的区域中的基岩被分级，从而允许水存储在由此形成的间隙中。这种基岩可以是干燥的，由此水通过入口孔被主动地供应到基岩，在基岩中水被加热。这种形成的地下存储在下文中称为地热热源。通过所提供的区域能量分配系统，使得许多优点成为可能。区域能量分配系统中的根据在具有低热负荷的夏季中的较高温度和根据在具有高热负荷的冬季中较低温度而波动的温度导致形成系统的一部分的发电站将能够在冬季()期间，即在高热负荷的时段期间，产生更多的电力(功率与热量之比增加)。与区域能量系统相比，这提供了一个优势，因为在高负载的情况下，总会伴随着较高的热流体输送温度，随后冷凝器中的压力增加，从而导致冬季期间功率与热量之比降低。潜在的热功率显著增加(或多或少两倍)，这是因为冷凝器在0℃至30℃的温度区间(而不是应用于传统区域能量分配系统的45℃至120℃的典型温度区间)内操作。事实上，与通过使用例如冷却塔将所有多余热必须作为废热移除的情况相比，可以产生更多的电能。所提供的被构造成将区域供给管道中的热传递流体的输出流的温度控制到5℃至30℃的温度的区域能量分配系统可以被视为低温系统，这与通常在45℃至120℃的区间中操作的典型区域能量分配系统不同。由此使得许多优点成为可能。例如，与传统区域能量分配系统相比，由于对分配和消耗的低温需求导致温度差增大时，相同的地热系统可以获得相当高的效率和热量(高达3倍)。此外，在使用过的基岩中的热量被消耗之前，常规的地热技术提供了大约20至30年的工作寿命。当基岩中的输送温度已经达到被认为是区域加热系统可接受的最低输送温度时，通常认为热量被消耗。根据记载，对于常规的区域加热系统，可接受的最低输送温度通常为80℃至120℃。通过本区域能量分配系统，结合冬季和夏季(即，高热负荷时期和低热负荷时期)之间的温度的固有波动，地热能系统可以用作大的地热存储。更准确地说，在低热负荷时期的夏季期间，热可以传递到地热热源。同样，在高热负荷时期的冬季期间，可以提取热。因此，当加热的水的输送温度低于15℃至30℃时，也可以继续使用形成部分地热源的基岩，但随后可以作为季节存储。因此，通过所提供的区域能量分配系统，地热源的其它固有的有限工作寿命将不再适用。地热热源可以是深层地热热源。膨胀器可以是燃气轮机。作为非限制性示例，燃气轮机可为蒸汽轮机。膨胀器可构造成允许过热工作介质膨胀以接收10℃至40℃的流出温度。锅炉可构造成使来自冷凝器的液化工作介质过热。地热发电站还可包括发电机，该发电机构造成将机械功转换成电能。地热热源可被构造成将经由返回管道返回的冷却水地热加热至100℃至250℃的温度第一回路可进一步包括抽吸泵，该抽吸泵被构造成将地热加热的水从地热热源抽吸到供给管道，并且对地热加热的水加压，使得其在供给管道中处于液相。锅炉可以被构造成从地热加热的水的输入流交换热，使得返回管道中的冷却水具有10℃至40℃的温度。当平行布置在地下时，区域供给管道可以与区域返回管道一起具有大于2.5W/(mK)的传热系数。该传热系数值是在局部供给管道和局部返回管道在平均年温度为8℃的地下彼此相距一米的距离内平行布置并且局部供给管道和局部返回管道的算术平均温度为8℃至10℃的情况下估计的。由此，来自周围环境的热可以被局部供给管道和/或局部返回管道获得。此外，廉价的非绝热塑料管可用于局部供给管道和/或局部返回管道。此外，周围环境的热能可以容易地被在局部返回管道中流动的局部热传递流体吸收。区域供给管道可构造成允许第一温度的热传递流体从其中流过，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种区域能量分配系统，包括：/n地热发电站(50)，其包括：/n第一回路，其包括：/n用于来自地热热源(10)的地热加热的水的进入流的供给管道(11)；/n锅炉(51)，其包括热交换器(52a、52b、52c)，所述热交换器被构造成从地热加热的水的输入流交换热以使所述地热发电站(50)的第二回路的工作介质过热；/n用于冷却水从所述锅炉(51)到所述地热热源(10)的返回流的返回管道(12)；/n其中，所述第二回路包括：/n所述锅炉(51)，其被构造成使所述第二回路的工作介质过热；/n膨胀器(53)，其与所述锅炉(51)连接并且被构造成使过热的工作介质膨胀，并将膨胀转换成机械功；和/n冷凝器(55)，其被构造成将膨胀的工作介质转变成液相，并对区域热能回路(20)的热传递流体进行加热；/n其中，所述区域热能回路(20)包括：/n区域供给管道(22)；/n区域返回管道(23)；/n多个局部加热系统(200、250)，每个局部加热系统具有连接到所述区域供给管道(22)的入口(25)和连接到所述区域返回管道(23)的出口(26)，其中，每个局部加热系统(200；250)被构造成向建筑物(40)提供热水和/或舒适加热；和/n冷凝器(55)，其被构造成将所述区域供给管道(22)的热传递流体加热到5℃至30℃的温度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170502 EP 17169074.61.一种区域能量分配系统，包括：
地热发电站(50)，其包括：
第一回路，其包括：
用于来自地热热源(10)的地热加热的水的进入流的供给管道(11)；
锅炉(51)，其包括热交换器(52a、52b、52c)，所述热交换器被构造成从地热加热的水的输入流交换热以使所述地热发电站(50)的第二回路的工作介质过热；
用于冷却水从所述锅炉(51)到所述地热热源(10)的返回流的返回管道(12)；
其中，所述第二回路包括：
所述锅炉(51)，其被构造成使所述第二回路的工作介质过热；
膨胀器(53)，其与所述锅炉(51)连接并且被构造成使过热的工作介质膨胀，并将膨胀转换成机械功；和
冷凝器(55)，其被构造成将膨胀的工作介质转变成液相，并对区域热能回路(20)的热传递流体进行加热；
其中，所述区域热能回路(20)包括：
区域供给管道(22)；
区域返回管道(23)；
多个局部加热系统(200、250)，每个局部加热系统具有连接到所述区域供给管道(22)的入口(25)和连接到所述区域返回管道(23)的出口(26)，其中，每个局部加热系统(200；250)被构造成向建筑物(40)提供热水和/或舒适加热；和
冷凝器(55)，其被构造成将所述区域供给管道(22)的热传递流体加热到5℃至30℃的温度。


2.根据权利要求1所述的区域能量分配系统，其中，所述地热热源(10)为深层地热热源。


3.根据权利要求1或2所述的区域能量分配系统，其中，所述膨胀器(53)是燃气轮机。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述膨胀器(53)被构造成允许过热的工作介质膨胀以接收10℃至40℃的流出温度。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述锅炉(51)被构造成使来自所述冷凝器(55)的液化的工作介质过热。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述地热发电站(50)还包括发电机(54)，所述发电机被构造成将机械功转换成电能。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述地热热源(10)被构造成将经由所述返回管道(12)返回的冷却水地热加热至100℃至250℃的温度。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述第一回路还包括抽吸泵(13)，所述抽吸泵被构造成将来自所述地热热源(10)的地热加热的水抽吸到所述供给管道(11)，并且对所述地热加热的水加压，使得所述地热加热的水在所述供给管道(11)中处于液相。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的区域能量分配系统，其中，所述锅炉(51)被构造成从地热加热的水的输入流交换热，使得所述返回管道(12)中的冷却水具有10℃至40℃的温度。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的区域能量分配系统，其中，当并联布置在地面中时，所述区域供给管道(22)与所述区域返回管道(23)一起具有大于2.5W/(mK)的传热系数。

【专利技术属性】
技术研发人员：佩尔·罗森，弗雷德里克·罗森奎斯特，
申请(专利权)人：瑞典意昂公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE