本发明涉及一种多能源互补系统，尤其是一种天然气基冷热电三联产系统、地源热泵系统和太阳能光热系统的多能源互补系统。
背景技术：
能源是人类社会生存发展的重要物质基础。化石能源仍是当今世界能源结构的主要组成部分，随着煤炭、石油等化石能源的消耗，出现了臭氧层破坏、气候变暖等一系列的环境问题。为缓解这一系列环境问题，世界能源低碳化进程进一步加快，天然气和非化石能源成为世界能源发展的主要方向。
我国能源消费增速趋缓，发展质量和效率问题突出，供给侧结构性改革刻不容缓，能源转型变革任重道远。天然气基冷热电三联产系统在环保、经济、节能减排和缓解电网压力等方面有着很大的优势。热泵的性能系数值较高、部分负荷性能也较好，特别是冷热源温度恒定的地源热泵。太阳能来自太阳，是以光与热的形式体现的能源。它是一种清洁、可再生的，广泛用于世界各地的能源。
虽然上述三个系统在节能、环保等方面优势非常明显，但在单独运行时会出现很多缺点，不能使系统的性能得到很好的发挥。天然气冷热电三联产系统仍然存在燃机热电比与用户热电需求比不匹配的问题，这会使得设备经常处于部分负荷下运行，浪费能量，系统效率得不到保障。地源热泵在需求侧冷热负荷相差较大时，会导致地下温度场失衡，影响地源热泵性能。太阳能光热系统受气候条件、地理位置等因素影响显著。
天然气基冷热电三联产系统以及地源热泵系统、太阳能光热系统分别作为清洁能源及可再生能源的供应方式，一直以来没有被有效地结合起来进行耦合供能。目前对现有设计理念和实施方案的天然气-地热能-太阳能多能源互补系统的研究存在的主要问题在：1)能源叠加，未真正意义实现多能源的互补及适度应用；2)未结合所在地区气候特点，充分利用太阳能光热资源；3)未考虑多能源耦合系统中地源热泵运行时，需求侧冷热负荷不均衡导致的地下温度场失衡问题。
若能将天然气基冷热电三联产系统、地源热泵系统、太阳能光热系统三种能源系统耦合，形成清洁能源-可再生能源的多能源互补系统，能充分发挥各自系统的优势，取长补短，地源热泵可以弥补天然气冷热电三联产系统输出热电比与需求侧热电比不一致的缺点，太阳能光热系统可以缓解需求侧冷热负荷差别较大时地源热泵运行引起的土壤热不平衡问题，冷热电三联产与地源热泵又可弥补太阳能受气候条件影响的缺点，将使系统可以更加灵活地运行来适应负荷的变化，系统性能得到提高。
因此，本发明将深入探究天然气基冷热电三联产系统、地源热泵系统、太阳能光热系统的多能源互补系统。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提出了一种耦合天然气-地热能-太阳能的多能源互补系统，为了解决传统多能源供能系统研究和应用中存在的问题，本发明的主要目的在于提出一种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，以解决单能源供能系统独自运行时，能量浪费，全工况范围内不能高效优化运行，地下温度场不平衡，以及受气候条件影响显著，没有与蓄热装置充分结合等一系列不能提高能源利用效率的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，该系统包括原动机(包含余热回收装置)、吸收式制冷机组、热交换器、地源热泵机组、太阳能光热机组、蓄热装置、补燃锅炉、并网装置、能耗监测与调控装置和信号反馈控制网络，其中：原动机，用于做功发电，满足建筑终端、地源热泵用电需求以及维持系统正常运行所需电量，不足部分由大电网补充；吸收式制冷机组，用于制取冷量，满足建筑冷需求；热交换器，用于生产热量，满足热需求；地源热泵，用于在制冷/制热工况下与吸收式制冷机组/热交换器集成互补，生产冷量/热量，满足建筑冷需求/热需求；蓄热装置，用于储存冷热电三联产系统多余的余热及太阳能光热，在热量不足时供给吸收式制冷机组制冷/热交换器制热；并网装置，用于将原动机发出的多余电力输入至邻近区域的用能设备中；能耗监测与调控装置，用于对整个多能源供能系统进行分析和实时调控配置，使多能源供能系统优化运行；信号反馈控制网络，用于用能情况、蓄能信息以及控制信息的实时传输。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统--地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，通过将三种能源的有效整合，即天然气—地热能—太阳能的充分耦合，发挥各自的优势，弥补能源系统单独运行时的缺陷，并使热能利用最大化；设置能耗监测与调控装置，并与蓄能装置充分结合，进一步提高多能源供能系统的灵活性，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、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，冷热电三联产系统原动机产出的电一部分用于满足建筑电需求，另一部分用于驱动地源热泵供给建筑冷/热需求，可以解决冷热电三联产系统单独运行时供需两侧热电比不一致导致冷热电三联产系统性能得不到发挥的情况。
3、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，除能保证太阳能资源得到充分利用外，在全年范围内冷负荷较热负荷多地区，地源热泵长期运行会导致制冷工况下排到地下的热量多于制热工况下从地下吸收的热量，而制冷工况下太阳能资源较制热工况下的太阳能资源丰富，正好弥补了由于冷热负荷不平衡导致的土壤热不平衡缺点；在全年范围内热负荷较冷负荷多的地区，地源热泵长期运行会导致制冷工况下排到地下的热量少于制热工况下从地下吸收的热量，而燃气锅炉可以在制热工况下补充不足热量，弥补了由于冷热负荷不平衡导致的土壤热不平衡缺点，缓解了地源热泵长期运行导致的地下温度场不平衡，从而保证了地源热泵的全年工况总效率。
4、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，通过能耗监测与调控装置的设置，将用能情况以及蓄能信息实时通过信号反馈网络传输到能耗监测与调控装置，通过分析之后经控制网络进行实时调控，实现多能源供能系统全年工况范围内优化高效运行。
5、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，采取了分布式供能方式，可以缩短能量的输送距离，降低输送过程中的能耗，系统总效率得到提高。
6、本发明提供的这种天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统，可以创造巨大的环保、经济效益，并为清洁化石能源和可再生能源的优势互补提供新的发展思路。
附图说明
图1是本发明提供的天然气—地热能—太阳能耦合的多能源互补系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的天然气基冷热电三联产系统—地源热泵—太阳能光热耦合的多能源供能系统的示意图，该系统包括原动机、吸收式制冷机组、热交换器、地源热泵机组、太阳能光热机组、蓄热装置、补燃锅炉、并网装置、能耗监测与调控装置和信号反馈控制网络。
该系统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，实现了天然气—地热能—太阳能三种能源的优势互补。该系统与现有的多能源供能系统相比，不仅大大提高了能源利用效率，而且可以创造巨大的经济、环保效益，具有重大的现实意义。
其中，天然气作为燃料输入原动机之后，原动机用于做功发电，满足建筑终端、地源热泵、系统正常运转的电需求，不足电量由大电网补充。不同工况下，吸收式制冷机组用于制取冷量，满足冷需求；热交换器用于生产热量，满足热需求。如果由原动机提供的热量多于建筑侧需求，则把原动机产生的多余热量储存至蓄热装置中，在原动机提供的热量不足时，则可由蓄热装置中的热量补充。
地源热泵机组与吸收式制冷机组耦合连接，实现在夏季工况下与溴化锂吸收式机组的集成互补，以生产冷量，满足冷需求；地源热泵机组与热交换器耦合连接，实现与热交换器的集成互补，以生产热量，满足热需求。
太阳能光热装置吸收太阳能产生热量，并储存于蓄热装置中，热量供给吸收制冷机/热交换器用于制冷/制热，可保证充分利用太阳能资源。考虑到需求侧冷热负荷往往存在一定差距，在冷负荷较热负荷多的地区，夏天的太阳能资源较冬天的太阳能资源丰富，故在夏天可以吸收更多的热能用于吸收式制冷机组的制冷，从而弥补了由于需求侧冷热负荷不平衡导致的地下温度场的失衡；在热负荷较冷负荷多的地区，燃气锅炉可以在制热工况下补充不足热量，从而弥补了由于需求侧冷热负荷不平衡导致的地下温度场的失衡，对地源热泵的性能起到一个很好的保障作用。
并网装置与原动机耦合连接，将原动机发出的多余电力输入至邻近区域的用能设备中。能耗监测与调控装置用于对整个多能源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，多余的热储存在蓄热装置中，以缓冲用能需求，使多能源供能系统优化运行。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。
该多能源供能系统采用的原料为天然气、浅层地热能和太阳能，是清洁化石能源和可再生能源的优势互补。该多能源供能系统充分利用冷热电三联产系统原动机的余热，驱动吸收式制冷机组制冷，以满足制冷工况下大量的冷能需求，太阳能光热系统(全年范围内冷负荷大于热负荷地区)的存在能缓解制冷工况时向地下持续放热而导致的温度场失衡问题；该多能源供能系统充分利用冷热电三联产系统原动机的余热，驱动热交换器制热，以满足制热工况下的热能需求该多能源供能系统，燃气锅炉(全年范围内热负荷大于冷负荷地区)的存在能缓解制热工况时向地下持续吸热而导致的温度场失衡问题；将用能情况和蓄能信息通过信号反馈网实时传输给能耗监测与调控装置，通过分析之后经控制网进行实时调控，使整个多能源供能系统最优化运行。