天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，该系统包括燃气轮机、溴化锂吸收式机组、余热锅炉、第一水源热泵机组、第二水源热泵机组、第一换热器、第二换热器、第三换热器、吸收式除湿装置、地下换热器、并网装置、冰蓄冷装置、第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、建筑能耗监测与控制装置和信号反馈控制网络。本发明专利技术充分利用了分布式能源系统的余热，进一步提高了总能系统的效率。本发明专利技术综合利用了化石清洁能源和可再生能源两种能源技术，进行耦合和集成，实现了两种能源的优势互补。该系统与现有的复合供能系统相比，不仅大大提高了能源利用效率，而且可以创造巨大的环保效益，具有重大的现实意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源
，特别是一种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统。
技术介绍
以分布式能源系统为主要特征的第二代能源系统逐渐成为未来世界能源技术的重要发展方向。由于分布式能源系统较多应用于城市，天然气因其清洁、便捷输运等特点成为首选燃料，所以天然气基分布式能源系统得到较多的重视、研究和发展。近年来我国开始对能源战略进行调整，通过各种措施促使对可再生能源的应用，而地源热泵是可再生能源应用的重要组成部分，地源热泵的能源温度全年较为稳定，与传统的空气源热泵相比，可以提高40%左右的节能率，其运行费用为普通中央空调的50% 60%。然而两种系统的发展仍存在一些桎梏，对于前者，主要体现在天然气基分布式能源系统与建筑用能终端之间的机械式串接，导致供能系统的变工况运行，分布式能源系统在变工况运行工况下，效率大大降低。对于后者，地源热泵系统不能完全满足建筑终端用能需求(冷热电)，而且如果地源热泵系统承担全部建筑冷热负荷，多数情况下其全年的取放热量不平衡，导致地下温度场失衡，从而影响地下换热器的换热性能，使“效率”逐年降低，且影响浅层地能的生态环保。对于相关的复合供能系统，一些学者已开展了一些研究=Macchi和CamPanari针对由燃气轮机、吸收式制冷机组和电热泵组成的复合系统进行了逐时优化计算，并从经济、节能、环保角度与由燃气轮机、吸收式制冷机组、燃气锅炉和电制冷机组成的常规冷热电联供系统等进行了比较，结果显示 :常规CCHP与电热泵组成的复合系统，在节能与环保方面依然无法与大型天然气联合循环相比，但各种效益都得到了提高，且系统运行的灵活性也得到了增强。Kilkis从一次能源利用率、增量投资回收期和环保性等评价标准，对由冷热电三联供系统与地源热泵耦合而成的复合系统进行了研究，并与单独的冷热电三联供系统进行了比较，但是未考虑负荷需求的逐时变化及设备的部分负荷性能对评价指标的影响。目前对传统的复合供能系统的研究主要体现在:与常规供能系统的比较分析和建筑用能终端对其的影响性分析等，没有对其自身的特性进行深入研究；而且传统复合供能系统大多存在以下问题:1)为满足用能需求而进行的单纯叠加互补，只是利用两种系统的简单配比，不能充分利用分布式能源系统的余热，造成了余热的浪费，并且导致地下温度场不平衡。2)没有建立在建筑能耗监测与控制装置的基础上，不能进一步的提高复合供能系统的灵活性，管理调控程序复杂，不能全工况范围内的高效优化运行，大大降低了能源利用效率。3)没有与蓄能装置充分集成。4)依赖外部能源，不能实现建筑能源利用的自给自足。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为了解决传统复合供能系统研究和应用中存在的问题，本专利技术的主要目的在于提出一种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，以解决传统复合供能系统中使两种系统简单的叠加互补，不能充分利用分布式能源系统的余热，造成热量浪费，导致地下温度场不平衡，以及全工况范围内不能高效优化运行，没有与蓄能装置充分集成等一系列不能提高能源利用效率的问题，同时实现建筑能源利用的自给自足。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，该系统包括燃气轮机、溴化锂吸收式机组、余热锅炉、第一水源热泵机组、第二水源热泵机组、第一换热器、第二换热器、第三换热器、吸收式除湿装置、地下换热器、并网装置、冰蓄冷装置、第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、建筑能耗监测与控制装置和信号反馈控制网络，其中:燃气轮机，用于做功发电，满足建筑终端和维持机组正常运行的电需求；溴化锂吸收式机组，用于制取冷量，满足冷需求或进行地下蓄冷；余热锅炉，用于生产热量，满足热需求；第一水源热泵机组，用于在夏季工况下与溴化锂吸收式机组集成互补，以生产冷量，满足冷需求；第二水源热泵机组，用于与余热锅炉集成互补，以生产热量，满足热需求；第一换热器，用于利用从余热锅炉出口的余热，对第二水源热泵机组空调侧的出口进行再热，使其达到设定值，提高地源热泵系统的能效；第二换热器，用于利用第一换热器出口的余热对第二水源热泵机组空调侧的进口进行预热，使其达到设定温度，提高地源热泵系统的能效；第三换热器，用于利用第二换热器出口的余热对从地下换热器出来的换热介质再热，使其达到设定值，提高地源热泵系统的能效；吸收式除湿装置，用于利用第三换热器出口的余热，对需求建筑进行除湿，使热能利用最大化；地下换热器，用于与地下介质进行换热，进行地下取热/取冷、蓄热/蓄冷，以缓解地下温度场不平衡，并使热能利用最大化；并网装置，用于将燃气轮机发出的多余电力输入至邻近区域的用能设备中；冰蓄冷装置，用于储存生产的冷能，缓冲用能冷需求；第一蓄热水箱和第二蓄热水箱，用于储存生产的热能，缓冲用能热需求；建筑能耗监测与控制装置，用于对整个复合供能系统进行分析和实时调控配置，通过信号反馈控制网络使多余的电进入到并网装置，多余的热和冷储存在蓄热水箱和冰蓄冷装置中，以缓冲用能需求，使复合供能系统优化运行；信号反馈控制网络，用于用能实时情况、蓄能信息以及控制信息的传输。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，通过将两种能源利用技术的有效整合，即天然气基分布式能源系统与地源热泵系统的充分耦合，发挥各自的优势，充分利用天然气基分布式能源系统排出的余热，提高地源热泵系统的运行效率，并且利用地下换热器进行地下取热/取冷、蓄热/蓄冷，以缓解地下温度场不平衡，并使热能利用最大化；设置建筑能耗监测与控制装置，并与蓄能装置充分结合，进一步提高复合供能系统的灵活性，实现全工况范围内的优化高效运行，大大提高能源利用效率。 2、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，通过高温段发电、中温段制冷或制热、低温段制生活热水、余热再利用等，逐级释放天然气能量，降低换热温差和火用损失，提高总能系统热力学第一、第二定律效率，实现综合能量品位梯级利用。3、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，通过天然气基分布式能源系统与地源热泵系统的耦合，充分利用分布式能源系统排出的余热，进一步提闻了总能系统的效率。4、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，利用分布式能源系统排出的余热对水源热泵机组进行预热和再热，通过提高水源热泵机组地源侧进口温度、空调侧进口温度和降低空调侧的出口温度，大大提高了地源热泵系统的效率。5、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，全年运行工况下，利用地下换热器与地下介质进行换热，进行地下取热/取冷、蓄热/蓄冷，避免了地源热泵长期运行导致的地下温度场不平衡，而且提高了地源热泵的全年工况总效率。6、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，通过建筑能耗监测与控制装置的设置，将用能实时情况以及蓄能信息通过信号反馈网络及时传输到建筑能耗监测与控制装置，通过分析之后经控制网进行实时调控，实现复合供能系统全年工况范围内优化高效运行。7、本专利技术提供的这种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，通过采取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气基分布式能源系统与地源热泵耦合的复合供能系统，其特征在于，该系统包括燃气轮机、溴化锂吸收式机组、余热锅炉、第一水源热泵机组、第二水源热泵机组、第一换热器、第二换热器、第三换热器、吸收式除湿装置、地下换热器、并网装置、冰蓄冷装置、第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、建筑能耗监测与控制装置和信号反馈控制网络，其中：燃气轮机，用于做功发电，满足建筑终端和维持机组正常运行的电需求；溴化锂吸收式机组，用于制取冷量，满足冷需求或进行地下蓄冷；余热锅炉，用于生产热量，满足热需求；第一水源热泵机组，用于在夏季工况下与溴化锂吸收式机组集成互补，以生产冷量，满足冷需求；第二水源热泵机组，用于与余热锅炉集成互补，以生产热量，满足热需求；第一换热器，用于利用从余热锅炉出口的余热，对第二水源热泵机组空调侧的出口进行再热，使其达到设定值，提高地源热泵系统的能效；第二换热器，用于利用第一换热器出口的余热对第二水源热泵机组空调侧的进口进行预热，使其达到设定温度，提高地源热泵系统的能效；第三换热器，用于利用第二换热器出口的余热对从地下换热器出来的换热介质再热，使其达到设定值，提高地源热泵系统的能效；吸收式除湿装置，用于利用第三换热器出口的余热，对需求建筑进行除湿，使热能利用最大化；地下换热器，用于与地下介质进行换热，进行地下取热/取冷、蓄热/蓄冷，以缓解地下温度场不平衡，并使热能利用最大化；并网装置，用于将燃气轮机发出的多余电力输入至邻近区域的用能设备中；冰蓄冷装置，用于储存生产的冷能，缓冲用能冷需求；第一蓄热水箱和第二蓄热水箱，用于储存生产的热能，缓冲用能热需求；建筑能耗监测与控制装置，用于对整个复合供能系统进行分析和实时调控配置，通过信号反馈控制网络使多余的电进入到并网装置，多余的热和冷储存在蓄热水箱和冰蓄冷装置中，缓冲用能需求，使复合供能系统优化运行；信号反馈控制网络，用于用能实时情况、蓄能信息以及控制信息的传输。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪强，康书硕，蔡博，胡姗，霍培娜，韩杰，周晋，张国强，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：