一种与变电站合建的区域能源站的制作方法

本发明涉及能源站领域，具体涉及一种能够与变电站合建的区域能源站。

背景技术：

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所，其布点位置根据一定的供电半径原则确定，并根据供应区域内建筑的负荷需求配置容量，其中，制冷用电负荷占比25～60％，用于满足传统分散、独立的供冷供暖系统。

能源站主要是实现对于一定周边范围区域内的用户进行供能，对建筑群进行统一供冷、供暖和供热水，现有的能源站是采用集约化供能系统，其是一种分散、独立的供冷供暖系统，为了实现供冷和供热，其必须依赖于多种能源，不然无法正常运作，现有能源站的可用初始能源包括电、天然气、地热源、水源(海水源、江水源、湖水源等)、风能、太阳能等，比如电、天然气、水源和风能可以用于实现供冷，电、天然气、地热源、太阳能可以用于实现供热，基于这些原因，现有的能源站存在如下缺陷：

1、供能系统由于依赖多种能源，这些能源除了电能以外，都比较受区域条件限制，导致能源站的建立具有很多限制条件，不但使得能源站的构建成本非常大，而且限制了能源站的推广应用。

2、由于能源站需要较大的占地空间，构建成本大。

3、由于依赖多种能源，尤其是电能使用压力较大，且各种供能模式之间的切换稳定性差，影响使用效果。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种能够与变电站合建的区域能源站，其采用和变电站合建的方式，能够更加高效的进行供能，且通过特殊的供能系统设计，无需利用天然气、地热源、水、风、光等区域性能源，可实现仅消耗电能即可提供供冷、供暖和供热水服务。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种与变电站合建的区域能源站，包括变电站和能源站，所述能源站包括供能系统和用于布置供能系统的能源站用房，所述能源站用房开设在变电站地面下方，所述供能系统包括第一离心机组、第二离心机组、电极锅炉、蓄能罐、冷却塔组、冷却泵、冷温泵、蓄能泵、供能回水总管、供能供水总管、蓄冷供水支管、蓄冷回水支管、蓄热供水支管、蓄热回水支管、放能供水总管、放能回水总管、蓄放能供水总管和蓄放能回水总管，所述第一离心机组和第二离心机组并联连接着冷却塔组，所述第一离心机组的进水端和出水端分别连接着供能回水总管和供能供水总管，所述供能供水总管和供能回水总管分别用于提供供能水和收集回水，所述供能回水总管和蓄冷供水支管并联连接着第二离心机组的进水端，所述供能供水总管和蓄冷回水支管并联连接着第二离心机组的出水端，所述电极锅炉上包括制热接口和蓄热接口，所述制热接口的进水端和出水端分别连接着供能回水总管和供能供水总管，所述蓄热接口的进水端和出水端分别连接着蓄热回水支管和蓄热供水支管，所述蓄放能供水总管和蓄放能回水总管设置于蓄能罐上，所述蓄冷供水支管、蓄热供水支管和放能回水总管并联在蓄放能回水总管上，所述蓄冷回水支管、蓄热回水支管和放能供水总管并联在蓄放能供水总管上。

进一步的，所述冷却泵连接着冷却塔组，所述冷温泵设置于供能供水总管上，所述蓄能泵设置于蓄放能回水总管上，确保供能系统的正常高效运作。

进一步的，所述供能回水总管和供能供水总管上分别设置有集水器和分水器，所述集水器上设置有若干供能回水支管，所述分水器上设置有若干供能供水支管，分水器和集水器的设置，使得供能系统能够更好的分流至每个用户单位，不会出现难以连接用户单位的问题。

进一步的，所述第二离心机组的进水端和出水端上均设置有第一蓄冷切换阀组；所述蓄冷供水支管和蓄冷回水支管上均设置有第二蓄冷切换阀组；所述放能供水总管和放能回水总管上均设置有放能切换阀组，方便灵活地切换供能模式。

进一步的，所述能源站用房和变电站之间设置有电缆夹层和消防水层。

进一步的，所述变电站的主变室下方设置有主变支撑柱，所述主变支撑柱的底端位于能源站用房内，顶端用于支撑主变室。

进一步的，所述冷却塔组和蓄能罐均安装设置于变电站周围的底面上。

进一步的，所述冷却塔组和蓄能罐不处于能源站用房的正上方，从而防止冷却塔组和蓄能罐给能源站用房提供压力，确保安全性。

本发明提供的区域能源站，由于其对供能系统进行了颠覆性的改变，通过“第一离心机组、第二离心机组、电极锅炉和蓄能罐”的主体结构，将第二离心机组用于夜间蓄冷，通过巧妙的管路连接和阀门设计，使得供能系统具备单独制冷模式、单独制热模式、蓄冷模式、蓄热模式、放冷或者放热模式、同时制冷放冷模式、同时制热放热模式、同时制冷蓄冷模式和同时供热蓄热模式一共9种供能模式，其不但完全满足了供能要求，而且所有的9种供能模式的运行和切换均只需要使用到电能，从而使得区域能源站能够脱离电、天然气、地热源、水源、风能、太阳能等其他能源的束缚，消除了区域能源站的诸多构建限制，比如用能安全、场地要求、周边环境要求等，由于本发明使用的是电极锅炉，具备极好的安全性，所以使得能源站具备了和变电站合建的基础和条件。

电极锅炉上包括制热接口和蓄热接口，也就是说电极锅炉采用两个换热器的结构，单台电极锅炉可以实现制热和蓄热同时进行。

本发明提供的区域能源站由于其具备9种供能模式，能够完全满足供能要求，并且“第一离心机组、第二离心机组、电极锅炉和蓄能罐”的运作只需要电能，采用能源站和变电站合建的方式，提高了系统的用电稳定性，解决了供能系统本身存在的电能使用压力较大的问题，两者完美匹配。

本发明提供的区域能源站是相对于传统分散、独立的供冷供暖而言的集约化供能系统，因地制宜选择适宜的技术方案，配置大容量、高能效、主备用的冷热机组，采用系统智能调控，通过管网系统向周边区域内可达百万平方米体量的建筑群统一供冷、供暖和供热水。

有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：

1、通过对供能系统的创新设计，消除了能源站构建中多种能源需求带来的束缚，使得区域能源站具备了与变电站合建的条件，采用合建的方式，复合利用地块竖向空间，用地面积比传统的能源站、变电站分别建设的总用地面积明显减少，节约了土地资源。

2、系统高效，降低变电站总电负荷。应用先进的设计思念、高效的设备和智能化控制系统建设的能源站，供能系统的效率是家用分体式空调、多联机空调的2～3倍，普通供能系统的1.2倍以上，为相同区域供能，变电站总电负荷能够得到降低。

3、采用“双离心机组+电极锅炉+蓄能罐”的供能系统设计，其能源转换模式无需利用天然气、地热源、水、风、光等区域性能源，从而极大的提升了系统的适用性，降低了应用限制，具备极好应用和推广价值。

4、一体布置，用电可靠性高。由于采用合建的方式，能源站电源能够直接引用变电站10kv出线，就近用电，避免电缆外破，供电可靠性高，解决了现有供能系统存在的用能稳定性差的问题。

5、储水双蓄，智能削峰填谷。供能系统具备蓄冷、蓄热、放冷、放热等9种模式，采用夜间蓄水储能方式，利用能源智能管控平台，夜间利用谷电蓄能，白天动态监控用电负荷，实现动态用电负荷监控及储能释放，针对性放能“削峰”，有效降低变电站日间峰值供电量。

附图说明

图1为本发明的能源站供能系统的基本原理图；

图2为本发明的能源站供能系统的单独制冷流程图；

图3为本发明的能源站供能系统的单独制热流程图；

图4为本发明的能源站供能系统的蓄冷流程图；

图5为本发明的能源站供能系统的蓄热流程图；

图6为本发明的能源站供能系统的放冷(热)流程图；

图7为本发明的能源站供能系统的同时制冷放冷流程图；

图8为本发明的能源站供能系统的同时制热放热流程图；

图9为本发明的能源站供能系统的同时制冷蓄冷流程图；

图10为本发明的能源站供能系统的同时制冷蓄热流程图；

图11为本发明的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：

本发明提供一种与变电站合建的区域能源站，其采用能源站和变电站合建的方式，如图11所示，变电站设置在地面上，变电站的一侧为主变室，另一侧为三层的构建设计，其中各层合理布置10kv开关室(含接地变、小电阻成套装置及高压电缆竖井)、10kv电抗器室、110kvgis室、电容器室、消防控制室、二次设备室及蓄电池室和办公用房及卫生间等。其中，划出必要空间作为能源站配电房间、办公房间等。

变电站的下方分别设置地下一层和地下二层，其中地下一层包括电缆夹层、消防水层和泵室，消防水层位于主变室的下方，电缆夹层位于三层结构的下方，电缆夹层用于110kv、10kv等相关控缆、光缆敷设，其中能源站用电缆通道单独设置；地下二层作为能源站用房，用于布置供能系统，能源站用房内设置有主变支撑柱用于支撑主变室，主变支撑柱纵向穿过消防水层，其顶部支撑在主变室上，满足变电站使用要求。

如图1所示，供能系统包括第一离心机组1、用于夜间蓄冷的第二离心机组2、电极锅炉3、蓄能罐10、冷却塔组5、冷却泵4、冷温泵6、蓄能泵9、集水器8、分水器7、供能回水总管31、供能供水总管32、蓄冷供水支管33、蓄冷回水支管38、蓄热供水支管34、蓄热回水支管39、放能供水总管40、放能回水总管35、蓄放能供水总管36和蓄放能回水总管37，第一离心机组1和第二离心机组2并联连接着冷却塔组5，第一离心机组1的进水端和出水端分别连接着供能回水总管31和供能供水总管32，供能回水总管31和蓄冷供水支管33并联连接着第二离心机组2的进水端，供能供水总管32和蓄冷回水支管38并联连接着第二离心机组2的出水端，电极锅炉3上包括制热接口和蓄热接口，制热接口的进水端和出水端分别连接着供能回水总管31和供能供水总管32，蓄热接口的进水端和出水端分别连接着蓄热回水支管39和蓄热供水支管34，蓄放能供水总管36和蓄放能回水总管37设置于蓄能罐10上，蓄冷供水支管33、蓄热供水支管34和放能回水总管35并联在蓄放能回水总管37上，蓄冷回水支管38、蓄热回水支管39和放能供水总管40并联在蓄放能供水总管36上，冷却泵4连接着冷却塔组5，冷温泵6设置于供能供水总管32上，蓄能泵9设置于蓄放能回水总管37上，集水器8和分水器7分别设置于供能回水总管31和供能供水总管32上，集水器8上设置有若干供能回水支管41，分水器7上设置有若干供能供水支管42，第二离心机组2的进水端和出水端上均设置有第一蓄冷切换阀组21，蓄冷供水支管33和蓄冷回水支管38上均设置有第二蓄冷切换阀组22，放能供水总管40和放能回水总管35上均设置有放能切换阀组23。

本实施例中电极锅炉3采用两个换热器的结构，单台电极锅炉3可以实现制热和蓄热同时进行；蓄放热量选配蓄能罐10，并且蓄能罐10既可蓄热也可蓄冷；蓄能罐10采用高位式蓄能系统(能源站管道接至用户换热站一次侧，蓄能罐10高于供能系统最高点)，期蓄放热(冷)可以不采用换热器。

本实施例中将供能系统进行安装和布置，具体为：将冷却塔组5和蓄能罐10均安装设置于变电站周围的底面上，为了确保稳定性，冷却塔组5和蓄能罐10不处于能源站用房的正上方；第一离心机组1、第二离心机组2和电极锅炉3均设置在能源站用房内；冷却泵4、冷温泵6、蓄能泵9均设置在地下一层的泵室内，根据图1进行连接和安装形成供能系统。

这里可以看出，消防水层和泵室位于地下一层的设计，是为了方便冷却泵4、冷温泵6和蓄能泵9的布置和安装，且能够使得冷却泵4、冷温泵6和蓄能泵9更加方便的连接上位于地面上的冷却塔组5和蓄能罐10。

本实施例中为避免能源站对变电站的干扰，注意采取了以下措施：

1、蓄能罐10直接引向市政排水系统。

2、能源站配置独立通道，与变电站安全分割。

3、能源站配置专用变电间，不与变电站混用，与变电站安全分割。

实施例2：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行单独制冷模式，其运作模式具体为：

如图2所示，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、冷温泵6、分水器7、集水器8进入运行状态，将电极锅炉3、蓄能泵9和蓄能罐10设置成不运行状态；再将第一蓄冷切换阀组21开启，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23关闭。

供能系统的单独制冷过程轨迹如图2中的粗线所示，具体为：

用户端温度较高的冷冻水回水经供能回水支管41至集水器8，经供能回水总管31至第一离心机组1和第二离心机组2，冷冻水回水在第一离心机组1、第二离心机组2和冷却塔组5的作用下实现降温，降温后的温度较低的冷冻水供水经供能供水总管32和冷温泵6的作用下至分水器7，再经供能供水支管42至用户端。同时，冷却塔组5中被冷却的低温冷却水经(冷却水动力)冷却泵4至第一离心机组1和第二离心机组2，升温后的高温冷却水再进入冷却塔组5，依次循环，形成单独制冷模式。

实施例3：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行单独制热模式，其运作模式具体为：

如图3所示，将电极锅炉3、冷温泵6、分水器7、集水器8进入运行状态，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、蓄能泵9和蓄能罐10设置成不运行状态；将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23关闭。

供能系统的单独制热过程轨迹如图3中的粗线所示，具体为：

用户端温度较低的热水回水经供能回水支管41至集水器8，经供能回水总管31至电极锅炉3的制热接口的进水端，在电极锅炉3的换热器的作用下对热水回水进行加热，被加热升温后的热水供水经供能供水总管32、冷温泵6(热水循环动力)的作用下至分水器7，经供能供水支管42分流至用户端，依次循环，形成单独制热模式。

实施例4：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行蓄冷模式，其运作模式具体为：

如图4所示，将第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、蓄能泵9和蓄能罐10进入运行状态，将第一离心机组1、电极锅炉3、冷温泵6、分水器7、集水器8设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22打开，放能切换阀组23关闭。

供能系统的蓄冷过程轨迹如图4中的粗线所示，具体为：

蓄能罐10中温度较高的冷冻水，经蓄放能回水总管37，通过(蓄冷循环动力)蓄能泵9，经蓄冷供水支管33至夜间进行蓄冷运行的第二离心机组2，降温后，低温冷冻水经蓄冷回水支管38、蓄放能供水总管36至蓄能罐10中。同时，冷却塔组5中被冷却的低温冷却水经(冷却水动力)冷却泵4至第二离心机组2，升温后的高温冷却水再进入冷却塔组5，依次循环，形成蓄冷模式。

实施例5：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行蓄热模式，其运作模式具体为：

如图5所示，将电极锅炉3、蓄能泵9和蓄能罐10进入运行状态，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、冷温泵6、分水器7、集水器8设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23关闭。

供能系统的蓄热过程轨迹如图5中的粗线所示，具体为：

蓄能罐10中温度较低的热水，经蓄放能回水总管37，通过(蓄热循环动力)蓄能泵9，经蓄热供水支管34至电极锅炉3的蓄热接口，经过电极锅炉3加热后，高温热水经蓄热回水支管39、蓄放能供水总管36存储至蓄能罐10中，依次循环，形成蓄热模式。

实施例6：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行放冷或者放热模式，其运作模式具体为：

如图6所示，将冷温泵6、分水器7、集水器8和蓄能罐10进入运行状态，第一离心机组1、第二离心机组2、电极锅炉3、冷却泵4、冷却塔组5、蓄能泵9设置成不运行状态。将冷机蓄冷切换阀组21关闭，蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23打开。

供能系统的放冷或者放热过程轨迹如图6中的粗线所示，具体为：

用户端冷(热)水回水经供能回水支管41至集水器8，再依次经供能回水总管31、放能回水总管35、蓄放能回水总管37至蓄能罐10内，冷水降温(或热水升温)后，再经蓄放能供水总管36、放能供水总管40、供能供水总管32、(供能循环动力)冷温泵6至分水器7，经供能供水支管42分流至用户端，依次循环，形成放冷或者放热模式。

实施例7：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行同时制冷放冷模式，其运作模式具体为：

如图7所示，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、冷温泵6、分水器7、集水器8和蓄能罐10进入运行状态，将电极锅炉3、蓄能泵9设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21打开，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23打开。

供能系统的同时制冷放冷过程轨迹如图7中的粗线所示，具体为：

用户端温度较高的冷冻水回水经供能回水支管41至集水器8，经供能回水总管31，其中有一部分流入至第一离心机组1和第二离心机组2进行降温，降温后的温度较低的冷冻水供水进入供能供水总管32，另一部分经放能回水总管35、蓄放能回水总管37进入至蓄能罐10内，冷水降温后，再经蓄放能供水总管36、放能供水总管40，也进入到供能供水总管32，然后共同经冷温泵6至分水器7，再经供能供水支管42至用户端。同时，冷却塔组5中被冷却的低温冷却水经(冷却水动力)冷却泵4至第一离心机组1和第二离心机组2，升温后的高温冷却水再进入冷却塔组5，依次循环，形成同时制冷放冷模式。

实施例8：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行同时制热放热模式，其运作模式具体为：

如图8所示，将电极锅炉3、冷温泵6、分水器7、集水器8和蓄能罐10进入运行状态，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、蓄能泵9设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23打开。

供能系统的同时制热放热过程轨迹如图8中的粗线所示，具体为：

用户端温度较低的热水回水经供能回水支管41至集水器8，经供能回水总管31，其中有一部分进入至电极锅炉3的制热接口的进水端，在电极锅炉3的作用下实现加热升温，被加热升温后的热水供水经供能供水总管32，另一部分经放能回水总管35、蓄放能回水总管37进入至蓄能罐10内，热水升温后，再经蓄放能供水总管36、放能供水总管40，也进入至供能供水总管32，然后共同经冷温泵6至分水器7，再经供能供水支管42至用户端，依次循环，形成同时制热放热模式。

实施例9：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行同时制冷蓄冷模式，其运作模式具体为：

如图9所示，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5、冷温泵6、分水器7、集水器8、蓄能泵9和蓄能罐10进入运行状态，将电极锅炉3设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23关闭。

供能系统的同时制冷蓄冷过程轨迹如图9中的粗线所示，具体为：

用户端温度较高的冷冻水回水经供能回水支管41至集水器8，经供能回水总管31至第一离心机组1进行降温，降温后的温度较低的冷冻水供水经供能供水总管32、(冷冻水循环动力)冷温泵6至分水器7，经供能供水支管42至用户端。蓄能罐10中温度较高的冷冻水，经蓄放能回水总管37，通过(蓄冷循环动力)蓄能泵9，经蓄冷供水支管33至第二离心机组2进行降温，降温后，低温冷冻水经蓄冷回水支管38、蓄放能供水总管36至蓄能罐10中。同时，冷却塔5中被冷却的低温冷却水经(冷却水动力)冷却泵4至第一离心机组1和第二离心机组2，升温后的高温冷却水再进入冷却塔组5，依次循环，形成同时制冷蓄冷模式。

实施例10：

在实施例1的合建式区域能源站的基础上，本实施例将供能系统进行同时供热蓄热模式，其运作模式具体为：

如图10所示，将电极锅炉3、冷温泵6、分水器7、集水器8、蓄能泵9和蓄能罐10进入运行状态，将第一离心机组1、第二离心机组2、冷却泵4、冷却塔组5设置成不运行状态。将第一蓄冷切换阀组21关闭，第二蓄冷切换阀组22关闭，放能切换阀组23关闭。

供能系统的同时制热蓄热过程轨迹如图10中的粗线所示，具体为：

用户端温度较低的热水回水经供能回水支管42至集水器8，经供能回水总管31至电极锅炉3的制热接口的进水端，进行加热升温，被加热升温后的热水供水经供能供水总管32、(热水循环动力)冷温泵6，至分水器7，经供能供水支管42至用户端。蓄能罐10中温度较低的热水，经蓄放能回水总管37，通过(蓄热循环动力)蓄能泵9，经蓄热供水支管34至电极锅炉3的蓄热接口，加热后，高温热水经蓄热回水支管39、蓄放能供水总管36至蓄能罐10中，依次循环，形成同时制热蓄热模式。

根据实施例1-10可见，本发明提供的供能系统和传统的供能系统存在很大区别，其最本质的区别在于，本发明提供的供能系统在各个模式运行以及相互切换的过程中，只需要用到电能，而传统的供能系统必须应用到天然气、地热源、水、风、光等区域性能源，不然无法实现供能系统的正常运行和模式切换，这样便使得传统的能源站的构建需要满足诸多条件，不具备和变电站合建的基础条件，而本发明提供的能源站的构建其需要满足的最关键条件在于电能，而变电站能够很好的满足其供电需求，两者具备了合建基础。

与变电站合建后的能源站具备诸多优势，具体如下：

1、由于能源站位于变电站地下，占地面积大幅减少，建造的整体成本得到大幅降低。

2、能源站电源能够直接引用变电站10kv出线，就近用电，避免电缆外破，供电可靠性高、稳定性强。

3、供能系统的供能效率较是家用分体式空调、多联机空调的2～3倍，普通供能系统的1.2倍以上，并且变电站总电负荷也能够得到明显降低。