[发明专利]一种基于可逆膨胀机的综合能源系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种基于可逆膨胀机的综合能源系统及运行方法，它包括太阳能集热器和燃气辅热器构成的热源系统；所述热源系统与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置并联，所述储冷、储热一体化装置同时与第一换热器并联，所述第一换热器通过可逆膨胀机与第二换热器相串联，在第一换热器和第二换热器串联回路上安装有膨胀阀和工质泵，并共同构成的有机朗肯循环发电‑热泵一体化机组；所述第二换热器与地埋管换热器和辐射换热器相连；还包括控制系统。结合一体化储冷、储热装置构成的综合能源系统，来实现太阳能、浅层地热能、电能的综合高效利用的目的。

技术领域

本发明涉及综合供能领域的一种能源系统，特别涉及一种基于可逆膨胀机的，以太阳能、天然气、浅层地热（地表水、空气）和电源为能源的冷、热、电综合供应的能源系统。

背景技术

能源问题一直是限制社会发展的重要因素，随着人类社会对自然资源的不断攫取，自然系统的耐受能力已逼近极限，随之而来的环境问题已成为发展过程中必要的考量因素。发展可再生能源、提高能源系统综合效率是现阶段全人类社会的共识。太阳能、风能为代表的可再生能源有不稳定性和特殊的周期性的特征，如何提供一种稳定的供能方式，甚至主动调节消纳这部分不稳定电力，综合能源供能系统应运而生。综合能源系统一般以小区和园区为单位，主要包含发电、供冷、供热和储能等要素。

有机工质在常温区间可通过加热对膨胀机进行做功输出动力进而发电，又可通过压缩循环在环境温度两侧提供一个稳定的温差实现制冷或制热。前者可以构建以中低温热能为热源的动力循环，例如太阳能驱动的有机朗肯循环发电系统（Solar-ORC EnergyPlant），其优势在于对于利用不稳定热源时可以通过储热装置将热能进行时空上的转移，其成本远低于储电；而后者可以构建通过电力驱动的，以自然环境（地表水、地热、室外空气等）为热源的热泵系统（Heat Pump），其优势在于利用能源主要以可再生能源为主若提供储热装置，就可以实现电力的时空转换，进而主动配合电网输出，调蓄过余电力。二者是综合能源系统中的重要角色。

为实现能源的调蓄，储能装置必不可少，现阶段应用于综合能源系统中的储能手段主要有储冷、储热、储电和惯性储能等技术。其中储电成本高，惯性储能应用有诸多限制因素，而储冷、储热因为技术成熟可靠，被较为广泛的认可与应用。为进一步提高可再生能源利用率，提出了基于可逆膨胀机（压缩机），以太阳能、天然气、浅层地热（地表水、空气）和电源为能源的且含有储能的冷、热、电综合供应的能源系统。

发明内容

本发明是基于可逆膨胀机构建有机工质发电和热泵的一体化循环装置，结合一体化储冷、储热装置构成的综合能源系统，来实现太阳能、浅层地热能、电能的综合高效利用的目的。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于可逆膨胀机的综合能源系统，它包括太阳能集热器和燃气辅热器构成的热源系统；所述热源系统与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置并联，所述储冷、储热一体化装置同时与第一换热器并联，所述第一换热器通过可逆膨胀机与第二换热器相串联，在第一换热器和第二换热器串联回路上安装有膨胀阀和工质泵，并共同构成的有机朗肯循环发电-热泵一体化机组；所述第二换热器与地埋管换热器和辐射换热器相连；还包括控制系统。

所述储冷、储热一体化装置内部设置有第一内部换热器、第二内部换热器和第三内部换热器；所述第一内部换热器与热源系统构成串联系统；所述第二内部换热器与辐射换热器相连并向建筑供冷或热，所述第三内部换热器与第一换热器相连用于储冷或热。

所述太阳能集热器采用槽式或者碟式，太阳能集热器及其旁通与燃气辅热器及其旁通相串连，与储冷、储热一体化装置的第一内部换热器、第一换热器、第二换热器、地埋管换热器和辐射换热器构成的并联系统串联，具体连通方式根据运行模式而定。

所述可逆膨胀机可实现膨胀输出功，也可在动力输入时完成对工质压缩，可逆膨胀机在热泵工况下其两端的四通换向系统可以另所需蒸发器、冷凝器换向，以实现制冷、制热工况的切换。