基于地源热泵的冷热能源站及控制方法与流程

本发明涉及智慧能源站，特别是涉及一种基于地源热泵的冷热能源站及控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、工艺厂房等冷热同时需要的生产园区，具有冷热量同时需要的要求，采用的供能方案包括：方案一：地源热泵、水冷机组和空气源热泵组合提供能量，夏季和过渡季：由地源热泵+水冷机组制冷，由空气源热泵制热；冬季：由地源热泵供暖，空气源源热泵制冷；方案二：燃气锅炉+水冷机组或空气源热泵，由燃气锅炉制热，由水冷机组或空气源热泵制冷；方案三：空气源热泵+水冷机组，空气源热泵制热，水冷机组制冷。

3、这些方案中，采用燃气锅炉和空气源热泵效率相对较低，采用地源热泵系统未充分发挥热泵的技术优势，存在着能量浪费的问题，急需解决。

4、地源热泵机组通常包括制热模式和制冷模式，制热模式：通过电能驱动，将冷水环路的热量提取至热水环路，通过阀门转换，热水环路连接用能端，冷水环路连接地埋管，也即热水环路热量加以利用；制冷模式：通过电能驱动，将冷水环路的热量提取至热水环路，通过阀门转换，冷水环路连接用能端，热水环路连接地埋管，也即冷水环路冷量加以利用。因此，通常地源热泵的冷热量仅利用一种，另一种能量形成了浪费，为此，需要合理解决冷热同时利用的问题。此外，基于地源热泵的冷热能源站还存在如下问题：

5、(1)热泵机组制冷时，冷却水温度越高，热泵机组效率越低，冷却水温度越低，热泵机组效率越高，而在复合系统中，往往未利用有利条件，降低冷却水温度，造成系统效率较低。

6、(2)常见的冷水机组(地源热泵机组)+蓄能模块复合系统，在低谷电蓄能，在峰段平段放能，主要考虑时段因素，未考虑室外大气温度因素，为此存在室外大气温度相对较低时，释放能量，在室外大气温度较高时，能量已经全部释放，造成地源热泵机组通过冷却塔制取同样的冷量，将消耗更多电能，同时也没充分结合地源热泵+蓄能模块的优势。

7、(3)常见的地源热泵+冷却塔复合系统，主要解决的是地下岩土热量不平衡问题，将多余热量排入大气中，在这个过程中，往往没有注意室外大气温度对复合系统的效率影响因素，通常是当地埋管循环水温度高于一定温度时进行切换，或者是地埋管和冷却塔并联运行，系统效率较低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于地源热泵的冷热能源站、控制方法、电子设备及存储介质，考虑室外大气温度因素对冷热能源站运行的影响，提高冷热能源站的运行效率，且降低电量成本。

2、第一方面，本发明提供了一种基于地源热泵的冷热能源站控制方法；

3、一种基于地源热泵的冷热能源站控制方法，应用于制冷模式的平段峰段，包括：

4、获取运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度；

5、将运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度输入预设的冷热能源站运行模型进行处理，获取该时段下的最优蓄能模块平均放能负荷和最优冷热切换阈值，以调节冷热能源站的运行模式；

6、其中，将运行时间段信息和对应的室外大气温度以及室外大气湿度输入预设的冷热能源站运行模型进行处理具体为：

7、以运行费用最低为优化目标，根据运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度，对预设的冷热能源站运行模型进行迭代计算，获取最优蓄能模块平均放能负荷和最优冷热切换阈值。

8、进一步的，所述冷热能源站运行模型包括相互关联的蓄能模块放能负荷预测子模型、地埋管循环水温度预测子模型、冷却塔循环水温度预测子模型、地源热泵机组功率预测子模型、地埋管排热量预测子模型和循环水泵能耗预测子模型。

9、优选的，所述地埋管循环水温度预测子模型具体为：

10、根据运行时间段内的地埋管排热量和岩土体的温度，获取地埋管循环水温度；

11、其中，地埋管的排热量通过地埋管排热量预测子模型获取。

12、优选的，所述冷却塔循环水温度预测子模型具体为：

13、根据运行时间段内地源热泵机组的平均处理负荷、室外大气温度和室外大气湿度，获取冷却水循环温度；

14、其中，地源热泵机组的平均出力负荷通过蓄能模块放能负荷预测子模型获取。

15、优选的，所述地源热泵机组功率预测子模型具体为

16、根据冷热切换阈值、地源热泵机组运行时间段内平均出力负荷、地源热泵机组的循环水温度和冷却塔循环水温度，获取地源热泵机组在运行时间段内的平均功率；

17、其中，若冷却塔循环水温度大于等于冷热切换阈值，则地源热泵机组与地埋管连通；若冷却塔循环水温度小于冷热切换阈值，则地源热泵机组与冷却塔连通。

18、优选的，所述循环水泵能耗预测子模型具体为：

19、根据运行时间段内生成工艺额外平均冷负荷，获取循环水泵运行时间段内平均功率。

20、进一步的，目标函数表示为：

21、

22、其中，c(i)为第i时段电价，c为平段峰段电费，n(i)为地源热泵机组第i时段平均功率，nb(i)为循环水泵第i时段平均功率。

23、第二方面，本发明提供了一种基于地源热泵的冷热能源站；

24、一种基于地源热泵的冷热能源站，包括地源热泵机组、冷却塔、地埋管、蓄能模块、用冷模块、用热模块和控制模块，所述冷却塔、所述地埋管和所述用能模块均分别与所述地源热泵机组连通，所述地源热泵机组分别与所述用冷模块和所述用热模块连通；所述控制模块用于执行上述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法。

25、第三方面，本发明提供了一种电子设备；

26、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述基于地源热泵的冷热能源站控制方法的步骤。

27、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质；

28、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述基于地源热泵的冷热能源站控制方法的步骤。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、1、本发明提供的技术方案，改变地源热泵系统单一制取冷水或热水的设计，采用同时制冷回收热量，制热回收冷量的结构，同时获得冷热水，实现高效目标，节约能源。

31、2、本发明提供的技术方案，通过减少室外大气高温时段地源热泵机组运行时间，避免了冷却水温度越高，热泵机组效率越低的缺陷，提升系统效率。

32、3、本发明提供的技术方案，采用智慧控制方案，结合预测的生产工艺负荷和室外温度，优化地埋管和冷却塔的工作时段，减少地源热泵机组在不利条件下的工作时长，提升系统效率，降低能源浪费。

33、4、本发明提供的技术方案，采用蓄能模块的蓄能量，减少地源热泵机组在不利条件下的工作时长，且完成对电力削峰填谷的作用，减少运行费用。

技术特征：

1.基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，所述冷热能源站运行模型包括相互关联的蓄能模块放能负荷预测子模型、地埋管循环水温度预测子模型、冷却塔循环水温度预测子模型、地源热泵机组功率预测子模型、地埋管排热量预测子模型和循环水泵能耗预测子模型。

3.如权利要求2所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，所述地埋管循环水温度预测子模型具体为：

4.如权利要求2所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，所述冷却塔循环水温度预测子模型具体为：

5.如权利要求2所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，所述地源热泵机组功率预测子模型具体为

6.如权利要求2所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，所述循环水泵能耗预测子模型具体为：

7.如权利要求1所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法，其特征在于，目标函数表示为：

8.基于地源热泵的冷热能源站，其特征在于，包括地源热泵机组、冷却塔、地埋管、蓄能模块、用冷模块、用热模块和控制模块，所述冷却塔、所述地埋管和所述用能模块均分别与所述地源热泵机组连通，所述地源热泵机组分别与所述用冷模块和所述用热模块连通；所述控制模块用于执行权利要求1-7任一项所述的基于地源热泵的冷热能源站控制方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述基于地源热泵的冷热能源站控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述基于地源热泵的冷热能源站控制方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于地源热泵的冷热能源站及控制方法，属于智慧能源站技术领域。包括获取运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度；将运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度输入预设的冷热能源站运行模型进行处理，以运行费用最低为优化目标，根据运行时间段和对应的室外大气温度以及室外大气湿度，对预设的冷热能源站运行模型进行迭代计算，获取最优蓄能模块平均放能负荷和最优冷热切换阈值，以调节冷热能源站的运行模式。能够提升冷热能源站的效率，并降低成本；解决了现有技术中存在“未考虑室外大气温度因素对冷热能源站的效率影响，系统效率低”的问题。

技术研发人员：吴建华,文兰,高鹏,王维想,张晓峰,邵明亮,肖世强
受保护的技术使用者：山东省煤田地质局第四勘探队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15