基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置及方法。本发明装置包括补水池、补水泵、补水管、第一阀门~第九阀门、补水支路、平板太阳能集热系统、补水旁路、再热补水管、热水输出管、混合热水贮水箱、热水用户终端、热水泵、烟气管道、烟气后处理装置、蓄热器、双效溴化锂热泵、空调管网、空调用户端、蒸汽支路管、第一蒸汽泵、蒸汽主管道、太阳能蒸汽管、蒸汽用户端、第二蒸汽泵、聚光太阳能集热系统、贮气罐、燃气管道、燃气轮机发电机组、变电站、用电端、聚光太阳能补水管。本发明利用与建筑物相适应的太阳能技术，克服太阳能系统对土地成本的制约，实现对燃气轮机多联供系统供热能力的有效补充，提高了系统的效率和经济性。
【专利说明】基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能及燃气轮机多联供技术，尤其涉及一种基于太阳能辅助燃气轮 机的分布式多联供装置及方法。
【背景技术】
[0002] 燃气轮机多联供技术目前已经在分布式供能系统中已经得到成功应用。对于燃气 轮机多联供技术而言，其问题主要在于供需之间的热、电、冷之间的如何优化匹配实现能量 的最佳匹配问题。于此同时，为了进一步提高多联供系统的效率和经济效益，往往会辅助其 他能源的利用形式，如太阳能，生物质能、风能等等。与此同时，新能源作为辅助能源形势的 加入，如何控制新能源的投资成本成为多联供系统经济效益关键。
[0003] 此外，在我国经济发达地区，存在大量的劳动密集型的手工业产业，这些产业在对 电能有着旺盛的需求的同时，对热能(热水和蒸汽）也具有非常大的需求。而传统的燃气轮 机预热烟气所提供的热能比例无法达到需求，需要通过消耗电能进行加热产生热水和蒸汽 达到能量供应的匹配。于此同时，这些产业的产房屋顶有着丰富的太阳能资源，如何利用太 阳能资源实现优化供能成为此类分布式功能系统的关键。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述问题，提供基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供 装置及方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置包括补水池、补水泵、补水管、第一阀 门、补水支路、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、平板太阳能集热系统、补水旁路、 再热补水管、热水输出管、第六阀门、混合热水贮水箱、热水用户终端、热水泵、烟气管道、烟 气后处理装置、蓄热器、双效溴化锂热泵、空调管网、空调用户端、蒸汽支路管、第一蒸汽泵、 第七阀门、第八阀门、蒸汽主管道、第九阀门、太阳能蒸汽管、蒸汽用户端、第二蒸汽泵、聚光 太阳能集热系统、贮气罐、燃气管道、燃气轮机发电机组、变电站、用电端、聚光太阳能补水 管。贮气罐与燃气轮机发电机组通过燃气管道连接，燃气轮机发电机组与蓄热器、双效溴 化锂热泵和烟气后处理装置通过烟气管道顺次连接；燃气轮机发电机组与用电端通过变电 站连接；双效溴化锂热泵与空调用户端通过空调管网连接；补水池通过补水管与平板太阳 能集热系统入口端连接，平板太阳能集热系统出口端通过再热补水管与蓄热器的补水入口 端连接，蓄热器的蒸汽出口端通过蒸汽主管道与蒸汽用户端相连；补水管上装有补水泵，平 板太阳能集热系统的进口端装有第二阀门，再热补水管入口端装有第三阀门；补水旁路的 两端分别与补水管和再热补水管相连构成平板太阳能集热系统的旁路，补水旁路的入口端 装有第五阀门；蒸汽主管道依次装有第一蒸汽泵和第七阀门；平板太阳能集热系统的出口 端通过热水输出管与混合热水贮水箱和热水用户终端顺次连接；热水输出管上依次装有热 水泵和第六阀门；补水支路的两端分别与补水管和混合热水贮水箱的入口端连接，补水支 路的上装有第一阀门；蒸汽支路管的两端分别与蒸汽主管道和混合热水贮水箱的入口端连 接，蒸汽支路管上装有第八阀门；聚光太阳能集热系统出口通过太阳能蒸汽管与蒸汽主管 道连接，太阳能蒸汽管依次装有第二蒸汽泵和第九阀门，聚光太阳能补水管的两端分别与 补水管和聚光太阳能集热系统入口相连，聚光太阳能补水管上装有第四阀门。
[0006] 所述的平板太阳能集热系统和聚光太阳能集热系统均布置在建筑物屋顶实现与 建筑物相融合，其中聚光太阳能集热系统的聚光形式可以为平板式线性菲涅耳二次反射聚 光或者平板复合抛物聚光。所述的蓄热器的烟气出口温度为20(T22(TC。
[0007] 基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供方法：利用平板太阳能集热系统产生的 热水作为生活热水通过混合热水贮水箱提供给热水用户终端，多余的热水输送到蓄热器再 次加热成中高温蒸汽经蒸汽主管道补充给蒸汽用户端；聚光太阳能集热系统通过聚光加热 经聚光太阳能补水管流入的补水产生中高温蒸汽经太阳能蒸汽管流入蒸汽主管道直接提 供给蒸汽用户端。燃气轮机发电机组一方面直接产生电能满足用电端需求，另一方面利用 其产生的高温余热烟气通过蓄热器和双效溴化锂热泵实现高效梯级利用；蓄热器实现对高 品位热能进行储存并在太阳能不足及无光照条件下保证蒸汽用户端和热水用户终端的稳 定持续供应；双效溴化锂热泵则直接利用较低品位烟气作为热源为空调用户端进行供冷或 者供热。通过开启第五阀门和第七阀门，实现太阳能蒸汽不足条件下利用补水旁路增加补 水增加蓄热器供应的目的；通过开启第三阀门和第七阀门，实现利用平板太阳能集热系统 多余热水经蓄热器加热供应蒸汽；通过开启第一阀门、第八阀门，关闭第三阀门，实现平板 太阳能集热系统供热不足工况下混合热水贮水箱水位超限时经补水支路和蒸汽支路管补 充供热；在无太阳条件下，通过关闭第二阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第九阀门，开 启第一阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门，实现仅通过蓄热器进行蒸汽和热水供应。
[0008] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： 1、本发明在现有燃气轮机多联供基础上，引入与建筑物相适应的平板太阳能集热系统 和聚光太阳能技术，在不增加土地资源利用的基础上，利用建筑物屋顶增加了系统的供热 能力，提高了系统的太阳能利用率。
[0009] 2、本发明通过蓄热器和溴化锂热泵实现了对燃气轮机烟气的梯级高效利用，同时 蓄热器保证了对太阳能集热系统的间歇性功能进行补充以保证连续稳定供应。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置的结构示意图； 图中：补水池1、补水泵2、补水管3、第一阀门4、补水支路5、第二阀门6、第三阀门7、 第四阀门8、第五阀门9、平板太阳能集热系统10、补水旁路11、再热补水管12、热水输出管 13、第六阀门14、混合热水贮水箱15、热水用户终端16、热水泵17、烟气管道18、烟气后处理 装置19、蓄热器20、双效溴化锂热泵21、空调管网22、空调用户端23、蒸汽支路管24、第一 蒸汽泵25、第七阀门26、第八阀门27、蒸汽主管道28、第九阀门29、太阳能蒸汽管30、蒸汽 用户端31、第二蒸汽泵32、聚光太阳能集热器33、贮气罐34、燃气管道35、燃气轮机发电机 组36、变电站37、用电端38、聚光太阳能补水管39。
【具体实施方式】 toon] 如图1所示，基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置包括补水池 1、补水泵 2、补水管3、第一阀门4、补水支路5、第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8、第五阀门9、平板 太阳能集热系统10、补水旁路11、再热补水管12、热水输出管13、第六阀门14、混合热水贮 水箱15、热水用户终端16、热水泵17、烟气管道18、烟气后处理装置19、蓄热器20、双效溴 化锂热泵21、空调管网22、空调用户端23、蒸汽支路管24、第一蒸汽泵25、第七阀门26、第 八阀门27、蒸汽主管道28、第九阀门29、太阳能蒸汽管30、蒸汽用户端31、第二蒸汽泵32、 聚光太阳能集热系统33、贮气罐34、燃气管道35、燃气轮机发电机组36、变电站37、用电端 38、聚光太阳能补水管39。贮气罐34与燃气轮机发电机组36通过燃气管道35连接，燃气 轮机发电机组36与蓄热器20、双效溴化锂热泵21和烟气后处理装置19通过烟气管道18 顺次连接；燃气轮机发电机组36与用电端38通过变电站37连接；双效溴化锂热泵21与 空调用户端23通过空调管网22连接；补水池1通过补水管3与平板太阳能集热系统10入 口端连接，平板太阳能集热系统10出口端通过再热补水管12与蓄热器20的补水入口端连 接，蓄热器20的蒸汽出口端通过蒸汽主管道28与蒸汽用户端31相连；补水管3上装有补 水泵2,平板太阳能集热系统10的进口端装有第二阀门6,再热补水管12入口端装有第三 阀门7 ;补水旁路11的两端分别与补水管3和再热补水管12相连构成平板太阳能集热系 统10的旁路，补水旁路11的入口端装有第五阀门9 ;蒸汽主管道28依次装有第一蒸汽泵 25和第七阀门26 ;平板太阳能集热系统10的出口端通过热水输出管13与混合热水贮水箱 15和热水用户终端16顺次连接；热水输出管13上依次装有热水泵17和第六阀门14 ;补 水支路5的两端分别与补水管3和混合热水贮水箱15的入口端连接，补水支路5的上装有 第一阀门4 ;蒸汽支路管24的两端分别与蒸汽主管道28和混合热水贮水箱15的入口端连 接，蒸汽支路管24上装有第八阀门27 ;聚光太阳能集热系统33出口通过太阳能蒸汽管30 与蒸汽主管道28连接，太阳能蒸汽管30依次装有第二蒸汽泵32和第九阀门29,聚光太阳 能补水管39的两端分别与补水管3和聚光太阳能集热系统33入口相连，聚光太阳能补水 管39上装有第四阀门8。
[0012] 所述的平板太阳能集热系统10和聚光太阳能集热系统33均布置在建筑物屋顶实 现与建筑物相融合，其中聚光太阳能集热系统33的聚光形式可以为平板式线性菲涅耳二 次反射聚光或者平板复合抛物聚光。所述的蓄热器20的烟气出口温度为20(T22(TC。
[0013] 基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供方法：利用平板太阳能集热系统10产 生的热水作为生活热水通过混合热水贮水箱15提供给热水用户终端16,多余的热水输送 到蓄热器20再次加热成中高温蒸汽经蒸汽主管道28补充给蒸汽用户端31 ;聚光太阳能集 热系统33通过聚光加热经聚光太阳能补水管39流入的补水产生中高温蒸汽经太阳能蒸汽 管30流入蒸汽主管道28直接提供给蒸汽用户端31。燃气轮机发电机组36 -方面直接产 生电能满足用电端38需求，另一方面利用其产生的高温余热烟气通过蓄热器20和双效溴 化锂热泵21实现高效梯级利用；蓄热器20实现对高品位热能进行储存并在太阳能不足及 无光照条件下保证蒸汽用户端31和热水用户终端16的稳定持续供应；双效溴化锂热泵21 则直接利用较低品位烟气作为热源为空调用户端23进行供冷或者供热。通过开启第五阀 门9和第七阀门26,实现太阳能蒸汽不足条件下利用补水旁路11增加补水增加蓄热器20 供应的目的；通过开启第三阀门7和第七阀门26,实现利用平板太阳能集热系统10多余热 水经蓄热器20加热供应蒸汽；通过开启第一阀门4、第八阀门27,关闭第三阀门7,实现平 板太阳能集热系统10供热不足工况下混合热水贮水箱15水位超限时经补水支路5和蒸汽 支路管24补充供热；在无太阳条件下，通过关闭第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8、第六 阀门14、第九阀门29,第一开启阀门4、第五阀门9、第七阀门26、第八阀门27,实现仅通过 蓄热器（20)进行蒸汽和热水供应。
[0014] 本发明的工作过程为：燃气通过在燃气轮机发电机组36中燃烧进行发电提供电 能给用电端38,另外，产生的高温烟气通过烟气管道18依次进入蓄热器20和双效溴化锂热 泵21。在蓄热器20中，高温烟气通过换热将高品位热能进行储存，较低品位烟气直接作为 双效溴化锂热泵21的热源为空调用户端23进行供热或供冷，排除的尾气经烟气后处理装 置19处理后排出。
[0015] 理想太阳辐照工况条件下，第二阀门6、第四阀门8、第六阀门14、第九阀门29开 启，其他阀门均关闭，补水池1中的补水通过补水泵2经补水管3和聚光太阳能补水管39 分别输送到平板太阳能集热系统10和聚光太阳能集热系统33进行加热，平板太阳能集热 系统10产生的热水经通过热水泵17经热水输出管13输送到混合热水贮水箱15提供给热 水用户终端16,聚光太阳能集热系统33产生的中高温蒸汽通过第二蒸汽泵32经太阳能蒸 汽管30和蒸汽主管道28提供给蒸汽用户端31。
[0016] 当聚光太阳能集热系统33对蒸汽用户端31的蒸汽供应不足时，开启第五阀门9 和第七阀门26,补水池1中的补水经补水管3和补水旁路11流入蓄热器20进行加热，产生 中高温蒸汽经蒸汽主管道28供应给蒸汽用户端31进行补充。当平板太阳能集热系统10 产生的热水量过多时，开启第三阀门7,多余热水同时流入蓄热器20作为补水进行再热产 生中高温蒸汽。
[0017] 当平板太阳能集热系统平板太阳能集热系统10产生的热水不足时，混合热水贮 水箱15内的水量超过限制，关闭第三阀门7,开启第一阀门4和第八阀门27,通过补水管3 和蒸汽主管道28中的补水和中高温蒸汽分别经补水支路5和蒸汽支路管24在混合热水贮 水箱15的入口混合进行热水补充，满足热水用户终端16的供应。
[0018] 在无太阳工况条件下，关闭第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8、第六阀门14、第九 阀门29,开启第一阀门4、第五阀门9、第七阀门26、第八阀门27,整个系统通过蓄热器20进 行热水和蒸汽供应。
【权利要求】
1. 一种基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置，其特征在于包括补水池（1)、 补水泵（2)、补水管（3)、第一阀门（4)、补水支路（5)、第二阀门（6)、第三阀门（7)、第四阀 门（8)、第五阀门（9)、平板太阳能集热系统（10)、补水旁路（11)、再热补水管（12)、热水输 出管（13)、第六阀门（14)、混合热水贮水箱（15)、热水用户终端（16)、热水泵（17)、烟气管 道（18)、烟气后处理装置（19)、蓄热器（20)、双效溴化锂热泵（21)、空调管网（22)、空调用 户端（23)、蒸汽支路管（24)、第一蒸汽泵（25)、第七阀门（26)、第八阀门（27)、蒸汽主管道 (28)、第九阀门（29)、太阳能蒸汽管（30)、蒸汽用户端（31)、第二蒸汽泵（32)、聚光太阳能 集热系统（33)、贮气罐（34)、燃气管道（35)、燃气轮机发电机组（36)、变电站（37)、用电端 (38 )、聚光太阳能补水管（39 );贮气罐（34 )与燃气轮机发电机组（36 )通过燃气管道（35 )连 接，燃气轮机发电机组（36)与蓄热器（20)、双效溴化锂热泵（21)和烟气后处理装置（19)通 过烟气管道（18)顺次连接；燃气轮机发电机组（36)与用电端（38)通过变电站（37)连接； 双效溴化锂热泵（21)与空调用户端（23)通过空调管网（22)连接；补水池（1)通过补水管 (3)与平板太阳能集热系统（10)入口端连接，平板太阳能集热系统（10)出口端通过再热 补水管（12)与蓄热器（20)的补水入口端连接，蓄热器（20)的蒸汽出口端通过蒸汽主管道 (28)与蒸汽用户端（31)相连；补水管（3)上装有补水泵（2)，平板太阳能集热系统（10)的 进口端装有第二阀门（6)，再热补水管（12)入口端装有第三阀门（7);补水旁路（11)的两端 分别与补水管（3)和再热补水管（12)相连构成平板太阳能集热系统（10)的旁路，补水旁路 (11)的入口端装有第五阀门（9);蒸汽主管道（28)依次装有第一蒸汽泵（25)和第七阀门 (26);平板太阳能集热系统（10)的出口端通过热水输出管（13)与混合热水贮水箱（15)和 热水用户终端（16)顺次连接；热水输出管（13)上依次装有热水泵（17)和阀门六（14);补 水支路（5)的两端分别与补水管（3)和混合热水贮水箱（15)的入口端连接，补水支路（5) 的上装有第一阀门（4);蒸汽支路管（24)的两端分别与蒸汽主管道（28)和混合热水贮水箱 (15)的入口端连接，蒸汽支路管（24)上装有阀门八（27);聚光太阳能集热系统（33)出口 通过太阳能蒸汽管（30)与蒸汽主管道（28)连接，太阳能蒸汽管（30)依次装有第二蒸汽泵 (32)和第九阀门（29)，聚光太阳能补水管（39)的两端分别与补水管（3)和聚光太阳能集热 系统（33)入口相连，聚光太阳能补水管（39)上装有阀门四（8)。
2. 根据权利要求1所述的一种基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置，其特征 在于所述的平板太阳能集热系统（10)和聚光太阳能集热系统（33)均布置在建筑物屋顶实 现与建筑物相融合，其中聚光太阳能集热系统（33)的聚光形式为平板式线性菲涅耳二次反 射聚光或者平板复合抛物聚光。
3. 根据权利要求1所述的一种基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供装置，其特征 在于所述的蓄热器（20)的烟气出口温度为20(T220°C。
4. 一种使用如权利要求1所述装置的基于太阳能辅助燃气轮机的分布式多联供方法， 其特征在于：利用平板太阳能集热系统（10)产生的热水作为生活热水通过混合热水贮水 箱（15)提供给热水用户终端（16)，多余的热水输送到蓄热器（20)再次加热成中高温蒸汽 经蒸汽主管道（28)补充给蒸汽用户端（31);聚光太阳能集热系统（33)通过聚光加热经聚 光太阳能补水管（39)流入的补水产生中高温蒸汽经太阳能蒸汽管（30)流入蒸汽主管道 (28)直接提供给蒸汽用户端（31);燃气轮机发电机组（36)-方面直接产生电能满足用电端 (38)需求，另一方面利用其产生的高温余热烟气通过蓄热器（20)和双效溴化锂热泵（21) 实现高效梯级利用；蓄热器（20)实现对高品位热能进行储存并在太阳能不足及无光照条 件下保证蒸汽用户端（31)和热水用户终端（16)的稳定持续供应；双效溴化锂热泵（21)则 直接利用较低品位烟气作为热源为空调用户端（23)进行供冷或者供热；通过开启第五阀 门（9)和第七阀门（26)，实现太阳能蒸汽不足条件下利用补水旁路（11)增加补水增加蓄热 器（20)供应的目的；通过开启第三阀门（7)和第七阀门（26)，实现利用平板太阳能集热系 统（10)多余热水经蓄热器（20)加热供应蒸汽；通过开启第一阀门（4)、第八阀门（27)，关 闭第三阀门（7)，实现平板太阳能集热系统（10)供热不足工况下混合热水贮水箱（15)水位 超限时经补水支路（5)和蒸汽支路管（24)补充供热；在无太阳条件下，通过关闭第二阀门 (6)、第三阀门（7)、第四阀门（8)、第六阀门（14)、第九阀门（29)，开启第一阀门（4)、第五阀 门（9)、第七阀门（26)、第八阀门（27)，实现仅通过蓄热器（20)进行蒸汽和热水供应。
【文档编号】F24J2/00GK104089407SQ201410311349
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】张良, 陈琦, 陆海, 华蒙, 范利武, 俞自涛, 胡亚才 申请人:浙江大学