一种集成热泵的供热系统及调峰运行方法

本发明涉及热电联产集中供热，具体涉及一种集成热泵的供热系统及调峰运行方法。

背景技术：

1、随着城镇化的不断发展，城市集中供热规模不断扩大，供热热负荷增加，现阶段集中供热系统还是主要依靠于热电厂燃煤供热，但热电联产机组的热电强耦合性以及“以热定电”的运行模式使得其在供热期发电负荷调节能力大幅下降，不利于低碳能源的发展。

2、提升热电厂灵活性主要措施有：机组本身改造，电热转换以及增加储热设备。机组本身改造会对机组本身性能产生巨大影响，外加储热设备会增加系统成本，电热转换方式存在高品位能量利用不合理的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成热泵的供热系统及调峰运行方法，该系统由一次热网、二次热网以及热泵系统构成，对原有系统改造小，投资成本低，运行过程中，利用供热系统的热惯性,在给定热负荷以及调峰维持时间下，当所需电负荷上升时，增大热电联产机组进入首站换热器内的抽汽量；当所需电负荷下降时，减小热电联产机组进入首站换热器内的抽汽量。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种集成热泵的供热系统，其特征在于：包括依次连接的一次热网系统、热泵系统和二次热网系统：

4、所述的一次热网系统包括首站换热器1、一次热网供水管道2、二级换热站换热器7、蒸发器8和一次热网回水管道3；

5、所述的热泵系统为包括蒸发器8、压缩机9、冷凝器10和膨胀阀11；

6、所述的二次热网系统包括二级换热站换热器7、冷凝器10、二次热网供水管道4、热用户6和二次热网回水管道5；

7、所述首站换热器1热侧入口端与热电联产机组的中压缸抽汽口相连通；首站换热器1热侧出口端与热电联产机组的除氧器进口相连通；

8、所述首站换热器1冷侧出口端经过一次热网供水管道2与二级换热站换热器7热侧入口端相连通；二级换热站换热器7热侧出口端与蒸发器8热侧入口端相连通；蒸发器8热侧出口端经过一次热网回水管道3与首站换热器1冷侧入口端相连通；

9、所述蒸发器8冷侧出口端与压缩机9入口端相连通；压缩机9出口端与冷凝器10热侧入口端相连通；冷凝器10热侧出口端与膨胀阀11入口端相连通；膨胀阀11出口端与蒸发器8冷侧入口端相连通；

10、所述热用户6热侧出口端经过二次热网回水管道5分两路，一路与冷凝器10冷侧入口端相连通；另一路与二级换热站换热器7冷侧入口端相连通；冷凝器10冷侧出口端经过二次热网供水管道4与热用户6热侧入口端相连通；二级换热站换热器7冷侧出口端经过二次热网供水管道4与热用户6热侧入口端相连通。

11、优选的，所述的一种集成热泵利用系统热惯性调峰的供热系统，热泵系统内制冷剂采用r134a。

12、优选的，所述的一种集成热泵利用系统热惯性调峰的供热系统，设计工况下：一次热网的供热温度为130℃，一次热网的回水温度为40℃；二次热网的供热温度为60℃，二次热网的回水温度为45℃。

13、所述的一种集成热泵的供热系统的调峰运行方法，利用供热系统的热惯性,在给定热负荷以及调峰维持时间下，当所需电负荷上升时，增大热电联产机组进入首站换热器1内的抽汽量；当所需电负荷下降时，减小热电联产机组进入首站换热器1内的抽汽量。

14、优选的，依据建模计算热电联产机组进入首站换热器1调控的抽汽量，包括如下步骤：

15、步骤一：建立考虑供热系统热惯性的系统模型，包括热电联产机组模型，热网、热泵及热用户6的动态模型；

16、步骤二：给定供热系统中热用户6的室内要求温度范围：18-24℃；

17、步骤三：利用步骤一建立的系统模型及步骤二给定的室内温度范围，计算出不同热电联产机组抽汽量下能维持热用户室内温度要求的时间；

18、步骤四：通过下式转换计算出不同室外温度下所需的热电联产机组抽汽量；

19、qv·v(tz-tw)＝dh·δh

20、其中：qv为建筑物供暖体积热指标，w/(m3·℃)；v为建筑物体积，m3；tz为建筑物室内平均温度，℃；tw为室外温度，℃；dh为热电联产机组抽汽量，kg/s；△h为热电联产机组抽汽供热及回水的焓值差，kj/kg；

21、步骤五：在不同室外温度下，重复步骤三，计算出不同室外温度下的不同热电联产机组抽汽量下能维持热用户室内温度要求的时间；

22、步骤六：利用步骤一建立的热电联产机组模型，计算不同抽汽量下热电联产机组电功率；

23、步骤七：根据调峰要求，利用步骤五计算出的维持热用户室内温度要求的时间和步骤六计算出的电功率，选择满足调峰要求维持时间和电负荷的抽汽量。

24、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、(1)本发明提供了一种集成热泵的供热系统，通过集成热泵，可以有效降低一次热网回水温度，并能利用多余电负荷，提高热电联产机组灵活性。

26、(2)本发明在调峰过程中利用了供热系统本身的热惯性和储热能力，对现有系统改造小，节省成本。

27、(3)本发明调峰过程不影响热用户的室内温度要求，还能有效维持热用户室内温度的热稳定性。

28、(4)本发明可有效增大热电联产机组的运行域范围，提高供热系统的新能源消纳能力。

技术特征：

1.一种集成热泵的供热系统，其特征在于：包括依次连接的一次热网系统、热泵系统和二次热网系统：

2.根据权利要求1所述的一种集成热泵的供热系统，其特征在于：热泵系统内制冷剂采用r134a。

3.根据权利要求1所述的一种集成热泵的供热系统，其特征在于：设计工况下：一次热网的供热温度为130℃，一次热网的回水温度为40℃；二次热网的供热温度为60℃，二次热网的回水温度为45℃。

4.权利要求1至3任一项所述的一种集成热泵的供热系统的调峰运行方法，其特征在于：利用供热系统的热惯性,在给定热负荷以及调峰维持时间下，当所需电负荷上升时，增大热电联产机组进入首站换热器(1)内的抽汽量；当所需电负荷下降时，减小热电联产机组进入首站换热器(1)内的抽汽量。

5.根据权利要求4所述的调峰运行方式，其特征在于：依据建模计算热电联产机组进入首站换热器(1)调控的抽汽量，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的调峰运行方式，其特征在于：给定供热系统中热用户(6)的室内要求温度范围为18-24℃。

技术总结
本发明公开了一种集成热泵的供热系统及调峰运行方法，该供热系统包含热电联产机组、热用户、一/二次热网供回水管道、换热站以及热泵系统。该系统的运行方式为：依据供热系统的建模，计算出不同调峰要求下的热电联产机组抽汽量，通过抽汽量的调节达到调峰要求；本发明通过集成热泵，可以有效降低一次热网回水温度，并能利用多余电负荷，提高热电联产机组灵活性；本发明可在不改变管网运行方式，不添加蓄热装置及其他模块的情况下，增大热电联产机组的热电运行域，对原有系统改造小，投资成本低，有较高的可行性。

技术研发人员：王立元,杨亚利,李严,张顺奇,符悦,高洋,李建新,刘明,刘继平
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29