【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源领域，尤其涉及一种耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统。
技术介绍
1、我国可再生能源发电装机规模快速增加，截至2023年底达到14.5亿千瓦，历史性超过火电。发展以可再生能源为主体的区域供能系统，是构建我国清洁低碳安全高效能源体系的重要路径。
2、供热与制冷是区域供能的核心，经历四次技术革新不断提高系统能效，相比于传统供能方式，基于超低温网络(12～30℃)的第五代区域供热供冷系统(5gdhc)可深度利用低品位余热资源，通过集成天然冷热源和风光资源、耦合水源热泵可进一步突破当前冷/热/电联供效率(～80％)。此外，5gdhc采用两条管道实现同时供冷供热，适用于我国多种气候区域冷/热/电高效供应，成本降低和应用推广潜力大，有望成为解决未来可再生能源本地消纳与低品位余热深度利用难题的新途径。
3、然而，现有5gdhc系统采用水循环实现供热供冷，冷热源温度及换热温差和供回水小温差(～10℃)限制了水网热量传输能力，对终端建筑的能耗标准要求极高。同时，系统实时供能受到大比例集成强波动与间歇性可再生能源波动影响与间歇性影响，负荷侧长期供能面临夏季制冷尖峰负荷、冬季高热电比以及跨季节冷热负荷不平衡等难题，难以通过本地能源资源直接利用实现区域多时间尺度供需平衡，且跨季节冷热负荷不平衡会造成生态破坏等严重问题。因此，亟需构建出一种能够实现可再生能源跨季节存储与高效利用，突破现有供能方式局限性的新型区域多能互补零碳排放、对环境友好的供能系统。
4、现有公开号为cn1
5、1、该技术未对系统供能网络进行说明；
6、2、该技术中储能设备主要用于储电，未能考虑区域能源跨季节存储；
7、3、该技术中采用设备均为常规供能设备，系统能效有进一步提升空间。
8、现有公开号为cn214841824 u的中国专利，公开了一种基于多能互补的区域供冷供热系统，该系统包括冷热水源、可工作于制冷或制热模式的热泵机组和用户换热器组，冷热水源与热泵机组之间通过水源侧循环管路相连接，热泵机组和用户换热器组之间通过用户侧循环管路相连接，还包括为热泵机组供电的供电系统，冷热水源包括地表水源和火电厂热水源，供电系统包括市电系统、风力发电系统和光伏发电系统。
9、该专利技术存在以下缺点：
10、1、采用常规水网供热供冷，存在供能过程能量耗散大、供热供冷能力限制的问题，采用水网供冷供热；
11、2、太阳能利用方式单一，仅配置了光伏阵列；
12、3、所述系统冷热水源包括地表水源，但水网对自然冷热源利用程度有限；
13、4、包括市电，无法实现区域能源自洽；
14、5、未配置多时间尺度储能设备，不是实现区域短时以及跨季节能量平衡。
15、2010年céline weber发布的文章conventional and advanced co2 baseddistrict energy systems，首次介绍了采用co2作为工质的区域能源系统，通过两根充满制冷剂的管道满足供暖、热水和冷却的要求，但该技术方案仅对co2网络的技术经济性进行了分析，且存在以下的缺点：
16、1、该技术中仅考虑了与天然冷热源的热量传递，未考虑跨季节冷热负荷不平衡问题，也没有考虑冷热负荷差异导致的生态威胁；
17、2、该技术中未阐明电力来源，系统供能过程存在碳排放；
18、3、该技术不是完全由本地能源资源供应，无法实现区域能源自洽。
19、现有公开号为us20100018668a1的美国专利中，提出了一种对现有地区能源系统的一种有价值的替代方案。针对区域供能管道空间占用和工质泄露等安全问题，拟通过一种以使用co2作为工质的区域能量系统来解决上述问题。但该专利技术存在以下问题：
20、1、该技术涵盖了传统化石能源转换技术，不能实现零碳排放；
21、2、该技术未考虑跨季节冷热负荷不平衡及其导致的生态威胁问题；
22、3、该所述系统中未配置多时间尺度储能装置，不能实现区域能量自洽平衡。
23、2018年raluca suciu发表的文章energy integration of co2 networks andpower to gas for emerging energy autonomous cities in europe，该文章评估了co2区域能源网络的应用潜力。通过集成co2区域供热网络、电制气、多联产和长期储能技术，最大限度地利用当地可再生资源进行供热和发电，该技术方案存在以下缺点：
24、1、该技术中太阳能利用方式单一，仅配置了光伏阵列。
25、2、该技术采用固体氧化物技术作为电制气技术，但未考虑集成外部热源和拓展热集成边界对系统能效的影响。
技术实现思路
1、为了克服或缓解以上一个或多个技术问题，本专利技术目的是提供一种耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，通过耦合rsoc热-质-电可逆转换、闭式co2循环网多源-多汇能量传递、热泵低品位热能提质增效等复杂过程，实现了环境低温冷热源、太阳能、甲烷、电力和热力等多种能源的互补利用，克服了区域供能系统的跨季节冷热负荷不平衡、系统能效提升等难题，具有余热深度利用、被动冷却、结构紧凑、高能效与零碳排放等优点。
2、本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其包括rsoc热-质-电可逆转换模块、闭式co2循环网模块、可再生能源电力模块、外部热源模块、化学储能模块、天然冷热源模块以及终端用能模块：
4、所述rsoc热-质-电可逆转换模块，采用固体氧化物电解和燃料电池进行热-ch4-电可逆转换，进而实现区域可再生能源高效转换存储与日内/跨季节能量平衡；所述rsoc热-质-电可逆转换模块在固体氧化物电解池和固体氧化物燃料电池模式，即soec和sofc两种模式下运行；
5、所述闭式co2循环网模块包括温度压力接近、相态不同的气态主管道和液态主管道，通过co2液相/气相变化实现管路工质与源侧/负荷侧之间的热量传输；
6、所述可再生能源电力模块包括光伏发电设备，为rsoc热-质-电可逆变换模块的电解、系统用电设备以及终端电负荷提供可再生电力；
7、所述外部热源模块包括聚光集热、储热设备和工业余热设备，所述聚光集热设备用于采集太阳能提供高温热力，所述储热设备用以短时存本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，包括RSOC热-质-电可逆转换模块、闭式CO2循环网模块、可再生能源电力模块、外部热源模块、化学储能模块、天然冷热源模块以及终端用能模块：
2.根据权利要求1所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述RSOC热-质-电可逆转换模块在SOEC模式下，由所述可再生能源电力模块供电、所述外部热源模块提供热量，通过储水罐和CO2储罐提供合成原料，合成甲烷进入所述化学储能模块储存，尾部余热经过有机朗肯循环发电后传递给所述闭式CO2循环网模块；
3.根据权利要求2所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述外部热源模块包括聚光集成设备(1)、工业余热(2)、冷罐(3)、热罐(4)和外部热源换热器(5)，所述聚光集成设备(1)将太阳能转化为热能，与所述工业余热(2)将来自所述冷罐(3)的低温工质加热，输送到所述热罐(4)，形成流动循环；利用所述外部热源换热器(5)将热量传递给所述RSOC热-质-电可逆转换模块，进
4.根据权利要求3所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述可再生能源电力模块包括光伏阵列(59)，所述光伏阵列(59)将太阳能转化为电能后输入电力母线(54)，所述发电机(28)和SOFC电输出(55)与所述电力母线(54)连接，电力母线将电力供应至SOEC用电(56)、辅助设备用电(57)和用户负荷(58)。
5.根据权利要求4所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述闭式CO2循环网模块中，低温液态CO2在吸收源侧所述RSOC热-质-电转化模块后的余热、所述江河湖泊内的天然热源热量和在负荷侧吸收室内热量后，汽化成为气态CO2流入气态CO2主管道(53)；气态CO2在源侧向天然冷源释放热量、在负荷侧向终端提供热量后，液化成为液态CO2流入液态CO2主管道(52)。
6.根据权利要求5所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述闭式CO2循环网模块包括液态CO2主管道(52)和气态CO2主管道(53)，两根管道在源侧通过ORC冷端换热器(29)与RSOC热-质-电可逆转换模块连接，同时通过天然冷源冷却器(32)和天然热源加热器(36)与环境天然冷热源模块进行热量交换，通过被动冷却换热器(48)和制冷循环换热器(50)满足终端制冷需求，通过闭式热泵用户侧换热器(38)、闭式热泵CO2网络侧换热器(40)和开式热泵用户侧换热器(44)满足终端多元热需求。
7.根据权利要求6所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述天然冷热源模块在夏季运行时，气态CO2主管道(53)中的CO2气体经过气态CO2管道三通阀(31)后，流经天然冷源冷却器(32)中与江河湖泊进行换热，释放多余热量，之后经过第一加压泵(33)加压后，通过液态CO2管道三通阀(34)注入液态CO2主管道(52)；
8.根据权利要求5所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式CO2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述终端用能模块中，电力需求通过所述可再生电力能源模块提供，终端热需求通过与所述闭式CO2循环网模块相连接的闭式热泵单元与开式热泵单元供应，终端制冷需求通过与所述闭式CO2循环网模块相连接的被动冷却单元与制冷循环单元满足；
...【技术特征摘要】
1.一种耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其特征在于，包括rsoc热-质-电可逆转换模块、闭式co2循环网模块、可再生能源电力模块、外部热源模块、化学储能模块、天然冷热源模块以及终端用能模块：
2.根据权利要求1所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述rsoc热-质-电可逆转换模块在soec模式下，由所述可再生能源电力模块供电、所述外部热源模块提供热量，通过储水罐和co2储罐提供合成原料，合成甲烷进入所述化学储能模块储存，尾部余热经过有机朗肯循环发电后传递给所述闭式co2循环网模块；
3.根据权利要求2所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述外部热源模块包括聚光集成设备(1)、工业余热(2)、冷罐(3)、热罐(4)和外部热源换热器(5)，所述聚光集成设备(1)将太阳能转化为热能，与所述工业余热(2)将来自所述冷罐(3)的低温工质加热，输送到所述热罐(4)，形成流动循环；利用所述外部热源换热器(5)将热量传递给所述rsoc热-质-电可逆转换模块，进行发电或电解；
4.根据权利要求3所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述可再生能源电力模块包括光伏阵列(59)，所述光伏阵列(59)将太阳能转化为电能后输入电力母线(54)，所述发电机(28)和sofc电输出(55)与所述电力母线(54)连接，电力母线将电力供应至soec用电(56)、辅助设备用电(57)和用户负荷(58)。
5.根据权利要求4所述耦合可逆固体氧化物电池技术与闭式co2网络的区域多能互补系统，其特征在于，所述闭式co2循环网模块中，低温液...
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