一种跨季节供能系统及其运行方法与流程

本发明属于能源综合利用，特别涉及一种跨季节供能系统及其运行方法。

背景技术：

1、在寒冷地区，建筑冬季供热负荷要大于夏季供冷负荷，造成热泵冬季从地下土壤吸取的热量大于夏季向土壤排放的热量，导致土壤温度逐渐降低，致使系统供热量下降，耗功率上升，供热系数降低。

2、据统计，一般情况下土壤温度每降低1℃，会使制取同样热量的能耗增加3％～4％。因此，为了保证热泵系统能够长久、正常的运行，需要在系统中加入辅助加热设备，以解决在寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡的问题。

3、光伏光热系统产生的热量受天气、季节影响较大，存在热量夏季难消纳的情况，故太阳能集热器可以作为辅助加热设备；冬季取热时，将夏季蓄存在土壤中的太阳能热量作为低位热源经热泵循环提温后供给热用户，可以有效提升太阳能综合利用率。另外，一般大型的热电厂实际热效率仅为40％，其余60％左右的热量由冷却水带走，大量的热量以冷凝热的形式通过冷却循环水排放到空气环境当中，还有一部分热量由高温烟气带走，造成了热能的低效利用，故工业余热可以作为辅助加热设备，将原本废弃不用的热量蓄存在土壤中用于冬季供热，可以大大提高热电厂热能的综合利用率。

4、综上所述，鉴于热电厂大量热资源浪费、光伏光热综合利用技术因天气、气候影响存在热量夏季难消纳以及寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡的问题，亟需开发一种新的地源热泵耦合工业余热、光伏光热的跨季节供能技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种跨季节供能系统及其运行方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案中，通过地源热泵耦合工业余热、光伏光热，可以解决热电厂热资源浪费、光伏光热系统产生的热量夏季难消纳以及寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种跨季节供能系统，包括：换热器、蓄热水箱、中层地埋管、中深层地埋管和热泵机组；其中，

4、所述换热器的第一换热通道用于通入工业余热；所述换热器的第二换热通道的一端依次经第一阀门、中深层地埋管、第二阀门与所述换热器的第二换热通道的另一端相连通；所述中深层地埋管的一端依次经第五阀门、热泵机组、第六阀门与所述中深层地埋管的另一端相连通；

5、所述蓄热水箱用于储存通过太阳能集热器收集到的热量；所述蓄热水箱的一端依次经第三阀门、中层地埋管、第四阀门与所述蓄热水箱的另一端相连通；所述中层地埋管的一端依次经第七阀门、热泵机组、第八阀门与所述中层地埋管的另一端相连通；

6、所述热泵机组用于向热用户供热。

7、本发明的进一步改进在于，还包括：

8、汽轮机组，用于提供乏汽并通入所述换热器的第一换热通道。

9、本发明的进一步改进在于，还包括：

10、太阳能集热器，用于将太阳的辐射能转换为热能并存储于所述蓄热水箱中。

11、本发明的进一步改进在于，所述中层地埋管为u型管式中层地埋管，所述中深层地埋管为u型管式中深层地埋管。

12、本发明的进一步改进在于，所述中层地埋管为同轴套管式中层地埋管，所述中深层地埋管为同轴套管式中深层地埋管。

13、本发明的进一步改进在于，所述热用户包括生活用水热用户、工业热水用户和冬季供暖末端中的一种或多种。

14、本发明的进一步改进在于，还包括：

15、流量调节阀，所述流量调节阀设置于热泵机组与热用户之间的连通管道上。

16、本发明的进一步改进在于，所述中层地埋管和所述中深层地埋管布置在同一口地热井中，且平行填入。

17、本发明提供的一种跨季节供能系统的运行方法，包括：

18、夏季蓄热工况下，第一阀门、第二阀门开启，高温热水经管道流入中深层地埋管并与周围环境进行换热，换热后流出中深层地埋管，完成蓄热；第三阀门、第四阀门开启，低温热水经管道流入中层地埋管并与周围环境进行换热，换热后流出中层地埋管，完成蓄热。

19、本发明提供的一种跨季节供能系统的运行方法，包括：

20、冬季取热工况下，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门关闭，第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门开启；地源侧循环水经第六阀门所在管道流入中深层地埋管并与周围环境进行换热，换热后流出中深层地埋管，加热后的地源侧循环水经第五阀门所在管道流入热泵机组，用户侧循环水经热泵机组提温后供给热用户；地源侧循环水经第八阀门所在管道流入中层地埋管并与周围环境进行换热，换热后流出中层地埋管，加热后的地源侧循环水经第七阀门所在管道流入热泵机组，用户侧循环水经热泵机组提温后供给热用户。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明提供的技术方案具体是一种地源热泵耦合工业余热、光伏光热的跨季节供能系统，其针对热电厂工业余热和光伏光热系统所产热量夏季难消纳以及寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡的问题，具体采用梯级蓄热的形式冬取夏蓄，热电厂工业余热热量高，储于中深层地埋管内，光伏光热系统所产热量相对较低，储于中层地埋管内，可满足不同温度区间热源的换热需求，实现热量梯级储存和跨季节利用，提高能量利用效率，解决热资源浪费、夏季太阳能难消纳以及寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡的问题。

23、本发明中，中层地埋管和中深层地埋管结构相同，以u型管式或同轴套管式梯级布置在同一口井中，可节约钻孔成本和占地空间。

24、本发明中，针对用户端用热需求存在周期性变化的时变特性，需要热负荷供给侧频繁调节出力大小的问题，设置有流量调节阀，可采用用户用热需求监测和地源热泵流量控制方式，通过实时监测用户侧用热需求，控制用户侧入户流量，达到供热水力平衡，缓解供暖系统负荷调节压力。

技术特征：

1.一种跨季节供能系统，其特征在于，包括：换热器(2)、蓄热水箱(4)、中层地埋管、中深层地埋管和热泵机组(7)；其中，

2.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，所述中层地埋管为u型管式中层地埋管(5-1)，所述中深层地埋管为u型管式中深层地埋管(6-1)。

5.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，所述中层地埋管为同轴套管式中层地埋管(5-2)，所述中深层地埋管为同轴套管式中深层地埋管(6-2)。

6.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，所述热用户包括生活用水热用户、工业热水用户和冬季供暖末端中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1所述的一种跨季节供能系统，其特征在于，所述中层地埋管和所述中深层地埋管布置在同一口地热井中，且平行填入。

9.一种权利要求1所述的跨季节供能系统的运行方法，其特征在于，包括：

10.一种权利要求1所述的跨季节供能系统的运行方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明属于能源综合利用技术领域，公开了一种跨季节供能系统及其运行方法；所述跨季节供能系统中，换热器的第二换热通道的一端依次经第一阀门、中深层地埋管、第二阀门与换热器的第二换热通道的另一端相连通；中深层地埋管的一端依次经第五阀门、热泵机组、第六阀门与中深层地埋管的另一端相连通；蓄热水箱的一端依次经第三阀门、中层地埋管、第四阀门与蓄热水箱的另一端相连通；中层地埋管的一端依次经第七阀门、热泵机组、第八阀门与中层地埋管的另一端相连通。本发明技术方案能够解决热电厂热资源浪费、光伏光热系统产生的热量夏季难消纳以及寒冷地区应用地埋管地源热泵所面临的地下岩土体温度失衡问题。

技术研发人员：朱超,董乐,丁涛,熊尉辰,吴子豪,王妍心,师鹏,赵隆,白欢,赵晶轩,张拓,张小平,李华,刘娇健,王辰曦,谢萍,李梦新
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16