熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统的制作方法

1.本实用新型属于清洁供热技术领域，尤其涉及一种熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统。


背景技术：

2.在我国北方地区用户“煤改电”工程的推进和“光伏扶贫”的要求下，将用户热、电负荷与太阳能应用相连接，构建多种能源互补型综合能源热电联供系统，为多形态能源需求与分布式能源间的能量通道提供解决方案。目前，对于内燃机的烟气利用效率较低，太阳能资源仅在日间集中丰富，具有整日波动性的缺点，同时，在工作温差较大时，吸收式热泵工作效率和制热性能系数较低，无法用户侧的供热需求。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种基于太阳能耦合熔融盐储热的双热泵互补供热系统。
4.本实用新型实施例的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统包括：
5.微电网模块，所述微电网模块包括太阳能发电机组和内燃发电机组；
6.熔融盐蓄放热模块，所述微电网模块与所述熔融盐蓄放热模块相连用于向所述熔融盐蓄放热模块供电以加热熔融盐，所述熔融盐蓄放热模块与所述内燃发电机组相连用于将内燃机余热储存在熔融盐中；
7.吸收式热泵模块，所述内燃发电机组与所述吸收式热泵模块相连用于利用内燃机余热驱动吸收式热泵模块供热，所述熔融盐蓄放热模块与所述吸收式热泵模块相连用于利用高温熔融盐驱动吸收式热泵模块以供热。
8.本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统，将内燃机与风、光、地热能等清洁能源高效耦合，克服了太阳能发电的波动性，同时利用清洁能源驱动热泵供热，热电联供系统还利用熔融盐储热罐调节机组余热与用户热负荷之间的峰谷差平衡，并且利用内燃发电机组的余热驱动吸收式热泵，提高了清洁能源的消纳能力，实现能量梯级利用，提高能源利用率，降低系统供能成本与污染物排放量，促进节能减排。同时，由清洁能源互补组成的低温热源通过提取风能、地热能缩小了热泵工作温差，提高制热性能系数，进一步提升系统供热能力与灵活性，保证热点联供系统的安全可靠性。
9.在一些实施例中，所述太阳能发电机组包括太阳能光伏板和光伏逆变器，所述太阳能光伏板与所述光伏逆变器电连，所述光伏逆变器用于将电能转换为交流电并输出；
10.所述内燃发电机组包括内燃机和发电机，所述内燃机与所述发电机相连用于驱动所述发电机；
11.所述微电网模块还包括配电器，所述光伏逆变器和所述发电机均与所述配电器电连，所述配电箱用于向所述熔融盐蓄放热模块和用户侧配电。
12.在一些实施例中，所述内燃发电机组包括内燃机和余热利用环路，以及连接在余
热利用环路中的余热锅炉和烟气换热器，所述内燃机的烟气出口与所述余热锅炉连通，所述余热锅炉的烟气出口与所述烟气换热器连通；
13.所述熔融盐蓄放热模块包括熔融盐储热罐，所述熔融盐储热罐与所述余热利用环路相连，所述余热利用环路中流通的换热介质将所述内燃机排出的烟气中的热量储存在所述熔融盐储热罐中。
14.在一些实施例中，所述熔融盐蓄放热模块还包括熔融盐加热回路和连接在所述熔融盐加热回路中的熔融盐加热器，所述微电网模块与所述熔融盐加热器电连。
15.在一些实施例中，热电联供系统包括热网循环水回路，所述热网循环水回路包括热水回水管和热水供水管，所述热水回水管和所述热水供水管均与所述吸收式热泵模块连通，所述热水供水管用于向用户侧提供热水。
16.在一些实施例中，所述吸收式热泵模块包括发生器、吸收器、溶液热交换器、蒸发器和冷凝器；
17.所述内燃机热电联供系统还包括清洁能源低温热源模块，所述清洁能源低温热源模块包括低温热源循环回路和连接在所述低温热源循环回路中的低温热源提取装置，所述低温热源循环回路与所述蒸发器相连，所述蒸发器从所述清洁能源低温热源模块提取低品位热能。
18.在一些实施例中，所述低温热源提取装置包括风力制热器，所述风力制热器用于提取风能中低品位热能。
19.在一些实施例中，所述低温热源提取装置包括土壤地埋管道，所述土壤地埋管道用于提取土壤中低品位热能。
20.在一些实施例中，所述低温热源提取装置包括风力制热器和土壤地埋管道，所述风力制热器和所述土壤地埋管道并联在所述低温热源循环回路中。
21.在一些实施例中，所述风力制热器与所述土壤地埋管道相连，还用于对所述土壤地埋管道进行热量回灌。
附图说明
22.图1是本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统的结构示意图。
23.附图标记：
24.热电联供系统100；太阳能光伏板10；光伏逆变器11；配电器12；内燃机13；发电机14；余热利用环路15；余热锅炉16；烟气换热器17；用户18；熔融盐储热罐20；熔融盐加热回路21；熔融盐加热器22；热水回水管30；水供水管31；蒸发器40；吸收器41；溶液热交换器42；发生器43；溶液泵44；冷凝器45；低温热源循环回路50；风力制热器51；土壤地埋管道52；热源循环泵53；地热井循环泵54。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.下面根据图1描述本实用新型实施例的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统，热电联供系统100包括：微电网模块、熔融盐蓄放热模块和吸收式热泵模块。
27.微电网模块包括太阳能发电机组和内燃发电机组，也就是说，微电网模块为热电联供系统100所需供电的设备提供电能。可以理解的是，太阳能发电机组的稳定性相对较差，内燃发电机组跟随太阳能发电机组的光伏板发电量调节负荷率，二者发电量共同满足用户电负荷需求。
28.微电网模块与熔融盐蓄放热模块相连，微电网模块向熔融盐蓄放热模块供电以加热熔融盐，熔融盐蓄放热模块与内燃发电机组相连用于将内燃机余热通过热交换储存在熔融盐中，也就是说，熔融盐蓄放热模块通过模块中熔融盐的升温，用于储存微电网模块中太阳能发电机组和内燃发电机组产生的电能，还用于储存内燃气发电机组的烟气余热。
29.内燃发电机组与吸收式热泵模块相连，内燃机余热驱动吸收式热泵模块供热，也就是说，内燃机环路的高温循环水将热量传递至吸收式热泵的发生器中用于驱动吸收式热泵。熔融盐蓄放热模块也与吸收式热泵模块相连，熔融盐蓄放热模块中的高温熔融盐驱动吸收式热泵模块供热，也就是说，高温熔融盐中储存的热量用于驱动吸收式热泵向用户侧供热。
30.本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统100的运行方式如下：
31.微电网模块的太阳能发电机组和内燃发电机组互相配合地进行发电，以满足用户电负荷需求，同时内燃发电机组的余热用于驱动吸收式热泵的供热。当用户热负荷小于热电联供系统100供热能力时，将多余热量储存至熔融盐蓄放热模块；当热负荷大于热电联供系统100供热能力时，熔融盐蓄放热模块放热参与供热；当熔融盐蓄放热模块中的储热量亦无法满足热负荷需求时，则提高内燃机负荷率，可以理解地是，内燃发电机组此时会产生更多的电能，此时将冗余太阳能发电量通过电加热器转化为热能储存至熔融盐储热罐内。
32.本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统，将内燃机与风、光、地热能等清洁能源高效耦合，克服了太阳能发电的波动性，同时利用清洁能源驱动热泵供热，热电联供系统还利用熔融盐储热罐调节机组余热与用户热负荷之间的峰谷差平衡，并且利用内燃发电机组的余热驱动吸收式热泵，提高了清洁能源的消纳能力，实现能量梯级利用，提高能源利用率，降低系统供能成本与污染物排放量，促进节能减排。同时，由清洁能源互补组成的低温热源通过提取风能、地热能缩小了热泵工作温差，提高制热性能系数，进一步提升系统供热能力与灵活性，保证热点联供系统的安全可靠性。
33.下面根据图1描述本实用新型提供的一个具体实施例中的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统100。如图1所示，联供系统100包括微电网模块、熔融盐蓄放热模块和吸收式热泵模块，其中微电网模块为热电联供系统100提供电能，吸收式热泵模块为热电联供系统100热网循环水路加热，熔融盐蓄放热模块用于储存微电网产生的冗余能量。
34.具体地，微电网模块包括太阳能发电机组、内燃发电机组和配电器12。太阳能发电机组包括太阳能光伏板10和光伏逆变器11，太阳能光伏板10与光伏逆变器11电连，太阳能光伏板10在太阳的照射下，将太阳能转化为电能，对太阳能完成光电转化。太阳能光伏板10光电转化的直流电可以通过光伏逆变器11转化为设备可以利用的交流电。可选地，太阳能发电机组可以为利用太阳能发电的太阳能光伏板10，也可以将其替换成利用风能发电的风
电机组等，本实用新型对此不做限制。
35.内燃发电机组包括内燃机13和发电机14，内燃机13与发电机14相连，内燃机13用于驱动发电机14发电。微电网模块使用太阳能发电机组和内燃发电机组同时发电，以满足微电网模块供电的平稳性，克服仅用太阳能发电的波动性。
36.进一步地，内燃发电机组中的内燃机13在驱动发电机14发电时会产生废气，即高温烟气，为了更好地利用高温烟气，内燃发电机组中还包括余热利用环路15以及连接在余热利用环路15中的余热锅炉16和烟气换热器17，具体地，内燃机13的高温烟气的出口与余热锅炉16连通，余热锅炉16的高温烟气出口与烟气换热器17连通。余热锅炉16和烟气换热器17利用内燃机13产生的废气，即高温烟气对余热利用环路15中的换热介质进行加热，可以理解的是，烟气换热器17位于余热锅炉16的下游，故烟气换热器17内的烟气温度低于余热锅炉16中的烟气温度，所以在余热利用环路15中烟气换热器17首先对换热介质进行加热，余热锅炉16对换热介质进行二次加热，提高内燃机13燃料燃烧释放的热量的利用率。同时，余热利用环路15中还包括若干截止阀和若干电动调节阀，若干截止阀和若干电动调节阀用于控制余热利用环路15中换热介质的流动，保护余热利用环路15中各装置的稳定性。
37.如图1所示，微电网模块还包括配电器12，配电器12与光伏逆变器11和发电机14均与电连，配电箱12用于将太阳能发电机组和内燃发电机组产生的电能向熔融盐蓄放热模块和用户侧进行配电。
38.在本实用新型实施例中，熔融盐蓄放热模块用于储存热电联供系统100的热能，熔融盐蓄放热模块包括熔融盐储热罐20、熔融盐加热回路21和熔融盐加热器22。
39.具体地，熔融盐储热罐20与内燃发电机组的余热利用环路15相连，余热利用环路15中流通的换热介质将内燃机13排出的烟气中的热量储存在所熔融盐储热罐20中，也就是说，余热利用环路15通过换热介质将内燃机13中高温烟气的热量传递到熔融盐储热罐20中，对其中的熔融盐进行加热，达到储存热量作用。
40.进一步地，熔融盐储热罐20与熔融盐加热器22接入熔融盐加热回路21中。微电网模块与熔融盐加热器22电连，具体地，微电网模块中配电器12与熔融盐加热器22电连，当微电网模块的发电量大于系统电负荷时，即微电网模块的发电量有冗余时，熔融盐加热器22开启，将微电网模块的电能转化为热能通过熔融盐加热回路21储存在熔融盐储热罐20中的熔融盐中。熔融盐蓄放热模块中的高温熔融盐通过余热利用环路15中的换热介质进行换热，余热利用环路15中的换热介质将高温熔融盐中的热量传递至吸收式热泵模块，以驱动吸收式热泵模块。
41.本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统100还包括吸收式热泵模块和热网循环水回路，吸收式热泵模块与热网循环水回路连通并加热热网循环水回路中的热水，也就是说，在热电联供系统100中吸收式热泵模块具有对热网循环水回路加热的功能。热网循环水回路包括热水回水管30和热水供水管31，热水供水管31将加热后的回水供给用户侧，回路包括热水回水管30将回水输送至热泵。
42.具体地，在本实用新型实施例中，如图1所示，吸收式热泵可以为溴化锂吸收式热泵。溴化锂吸收式热泵主要包括蒸发器40、吸收器41、溶液热交换器42、发生器43、溶液泵44和冷凝器45。
43.吸收式热泵的工作原理如下：首先，由于蒸发器40内为负压，蒸发器40中的冷剂
水，在较低温度下也可以在蒸发器40中蒸发，从而吸收空气中的余热。然后，吸收器41中溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器40的冷剂，即蒸发器40产生的蒸汽，冷剂在溴化锂溶液中液化放热，并将潜热释放给吸收器41内的热网循环水回路中的热网水，热网水实现第一次升温，同时，在吸收器41内浓溶液将变成稀溶液，经过溶液热交换器42升温后在溶液泵44的作用下进入发生器43。然后，发生器43中驱动热源蒸汽加热溴化锂溶液，水蒸汽蒸发，溴化锂溶液变为浓溶液，浓溶液经溶液热交换器42后进入吸收器41重新进行吸收。最后，发生器43中蒸发的冷剂，即蒸汽，进入冷凝器45液化放热，加热管内热网循环水回路中的热网水，实现热网水的二次升温，冷剂蒸汽在冷凝器45中冷凝成液态冷剂水后进入蒸发器40。如此反复，实现吸收式热泵循环运行。吸收式热泵机组的发生器43与内燃发电机组的余热利用环路15相连，余热利用环路15中的换热介质加热吸收式热泵中的溴化锂溶液，推动吸收式热泵的循环运行。
44.进一步地，为了提高吸收式热泵的工作效率和稳定性，缩小热泵工作温差，提高制热性能系数和系统供热能力。热电联供系统100还包括清洁能源低温热源模块与吸收式热泵模块的蒸发器40相连为蒸发器40提供温度较高的低温热源。具体地，清洁能源低温热源模块包括低温热源循环回路50和连接在低温热源循环回路50中的低温热源提取装置，低温热源循环回路与蒸发器40相连，清洁能源低温热源模块提取低品位热能给蒸发器40，从而更好地驱动吸收式热泵模块加热热网循环水回路中的循环水。低温热源循环回路50中还包括低温热源循环泵53和换热介质，换热介质用于传递低温热源提取装置获得的热能给吸收式热泵模块的蒸发器40，低温热源循环泵53用于驱动换热介质在低温热源循环回路50的流动。
45.具体地，低温热源提取装置可以为风力制热器51或土壤地埋管道52。在本实用新型提供的实施例中，低温热源提取装置为风力制热器51和土壤地埋管道52，风力制热器51利用风力机械和制热装置将风能转换为热能，土壤地埋管道52用于提取土壤中低品位热能。如图1所示，风力制热器51和土壤地埋管道52在低温热源循环回路50并联，可以理解地是，风力制热器51和土壤地埋管道52中的一者可以单独提取低温热源，二者也可以同时提取低温热源，保证低温热源提取装置低温热源提取的稳定性。土壤地埋管道52还包括地热井循环泵54，用于驱动低温热源循环回路50中土壤地埋管道52支路的换热介质的循环。
46.低温热源循环回路50中还包括若干电动调节阀和若干截止阀，用于控制和保护低温热源循环回路50中的换热介质的流动。进一步地，在用户无热负荷需求时，风力制热器51支路和土壤地埋管道52支路在若干电动调节阀与若干截止阀的开启和关闭下可以形成回路。当风力制热器51支路和土壤地埋管道52支路形成回路时，风力制热器51加热换热介质送至土壤地埋管道52中进行热量回灌，也就是说，风力制热器51产生的热量可以通过提高地下土壤温度，将热量储存至地下土壤中，进一步提高清洁能源利用率。
47.本实用新型实施例还提供一种熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统运行方式，具体如下：
48.内燃发电机组跟随太阳能发电机组发电量调节负荷率，二者发电量之和为用户电负荷需求。
49.内燃发电机组余热利用环路15中换热介质回收内燃机发电过程中的烟气余热驱动吸收式热泵模块对用户侧供热。当余热热量驱动吸收式热泵模块产生的供热量大于用户
热负荷需求时，将多余余热量储存至熔融盐储热罐20中；当余热热量驱动吸收式热泵产生的供热量小于用户热负荷需求时，熔融盐储热罐20放热补充驱动热源热量；当熔盐蓄热量加入后驱动吸收式热泵模块产生的供热量亦无法满足用户热负荷需求时，提高内燃发电机组负荷率，使烟气余热量提高保证用户供热量，此时微电网多余的发电量供至熔融盐电加热器，由电加热器加热熔盐蓄热。
50.低温热源循环回路50中的换热介质分别经风力制热器51和土壤地埋管52提取风能与地热能中蕴含的低品位热能，为吸收式热泵模块提供较高温度的低温热源。在用户无热负荷需求时，利用风力制热器51加热低温热源循环水送至土壤地埋管道52中进行热量回灌，提高地下土壤温度，保证供热工况低温热源温度持续高位。
51.本实用新型的热电联供系统将内燃机与风、光、地热能等清洁能源高效耦合，在系统热电联供时，内燃机跟随太阳能光伏板发电量调节负荷，利用熔融盐储热罐调节机组余热与用户热负荷之间的峰谷差平衡，余热驱动吸收式热泵提取风能地热能对外供热，提高了清洁能源的消纳能力，实现能量梯级利用，极大提高能源利用率，降低系统供能成本与污染物排放量，促进节能减排，符合“双碳”政策，同时由清洁能源互补组成的低温热源缩小了热泵工作温差，提高制热性能系数，进一步提升系统供热能力与灵活性。
52.本实用新型实施例提出的熔盐蓄热联合风光地热能的内燃机热电联供系统100具有以下优点：
53.内燃发电机组与太阳能发电机组高效耦合，以能源稳定输出机组跟随新能源机组调节负荷，提高了清洁能源消纳能力，降低污染物排放。同时利用内燃发电机组发电过程中的排烟余热驱动吸收式热泵模块供热，实现能源梯级利用，提高能源利用率，降低供能成本。
54.热电联供系统100还使用储能密度高、成本低、热效率高、设备占地面积小的熔融盐储热罐20进行余热的跨时段储热调节，还可以消纳冗余光伏发电量，提高系统供能灵活性。
55.热电联供系统100还将风能与地热能耦合做为低温热源提供给吸收式热泵模块的蒸发器40，缩小热泵工作温差，提高制热性能系数和系统供热能力。同时风力制热器51和土壤地埋管道52可以形成回路，从而在非供热时段将风力制热量储存至土壤中，进一步提高清洁能源利用率。
56.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固
定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
60.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。