一种跨季节储能的能源供应方法及系统与流程

本技术涉及民用建筑供热供冷，具体而言，涉及一种跨季节储能的能源供应方法及系统，尤其适用于农村地区及清洁能源建筑的能量供需平衡。

背景技术：

1、目前，我国广大农村地区的冬季供暖主要依赖于空气源热泵、电锅炉、燃气锅炉以及传统的燃煤锅炉等方式。这些方式虽然在满足基本供暖需求方面发挥了一定作用，但也普遍存在着运行成本高、能源消耗大、环境影响显著等问题。尤其是在能源价格波动、环保要求日益严格的背景下，高额的取暖费用已成为不少农村家庭的沉重负担，同时也制约了农村清洁供暖的可持续发展。

2、为解决上述问题，跨季节储能技术被提出并应用于建筑供暖供冷领域。该技术通过将夏季室内余热、秋季太阳能热量储存于地下蓄热体中，待冬季再提取释放用于供暖，实现能量的时间平移。然而，现有跨季节储能方案大多采用功能固化的储能分区设计，即预先设定某些储能单元仅用于储热、某些仅用于储冷。这种设计在实际运行中存在明显缺陷：在热需求时段（如冬季），储冷单元完全闲置，造成近一半的储能空间浪费；同样，在冷需求时段（如夏季），储热单元也处于闲置状态。此外，在春秋季等动态需求时段，固定分区的设计难以灵活应对室内外环境的快速变化，导致系统能效偏低、储能利用率不足。

3、因此，如何提高储能单元的全年利用率，实现储能空间的全时段有效利用，同时根据环境变化动态调整储能策略，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术旨在提供一种跨季节储能的能源供应方法及系统，以解决现有技术中储能单元功能固化导致的储能空间浪费、系统能效偏低的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种跨季节储能的能源供应方法，所述方法包括：

3、将全年时间划分为热需求时段、冷需求时段和动态需求时段；

4、根据当前所处的需求时段，动态配置储能模块的功能属性，所述储能模块包含至少两个物理上相对独立的储能单元；具体包括：

5、在所述热需求时段，将全部储能单元配置为热存储区，用于存储和释放热量；

6、在所述冷需求时段，将全部储能单元配置为冷存储区，用于存储和释放冷量；

7、在所述动态需求时段，将所述至少两个储能单元划分为热存储区和冷存储区两部分，分别用于存储和释放热量与冷量；

8、在所述热需求时段，从配置为热存储区的储能单元中提取热量用于供热，并当外部环境温度高于第一设定阈值时，启动主动补热模式向所述热存储区补充热量；所述第一设定阈值基于所述热存储区的实时余量设定；

9、在所述冷需求时段，从配置为冷存储区的储能单元中提取冷量用于供冷，并当外部环境温度低于第二设定阈值时，启动主动补冷模式向所述冷存储区补充冷量；所述第二设定阈值基于所述冷存储区的实时余量设定；

10、在所述动态需求时段，根据实时室内需求，分别从配置为热存储区和冷存储区的储能单元中提取热量或冷量，并根据外部环境温度和天气预报信息，动态分配外部能量向所述热存储区或所述冷存储区进行补充。

11、优选的，所述动态需求时段内，将所述至少两个储能单元划分为热存储区和冷存储区的比例，根据历史气象数据、天气预报信息以及当前储能单元的剩余容量动态调整。

12、优选的，所述主动补热模式包括：当太阳能集热器温度高于所述热存储区温度时，通过直接换热将太阳能热量存入所述热存储区；当室外空气温度高于所述热存储区温度但低于供热需求温度时，启动热泵主机从空气中提取热量并存入所述热存储区。

13、优选的，所述主动补冷模式包括：当室外空气温度低于所述冷存储区温度时，通过直接换热或启动热泵主机从空气中提取冷量并存入所述冷存储区。

14、优选的，所述动态需求时段内，根据外部环境温度和天气预报信息动态分配外部能量的补充策略包括：

15、若预测未来将进入持续降温天气，则优先通过太阳能或空气源向配置为热存储区的储能单元补充热量；

16、若预测未来将进入持续升温天气，则优先通过夜间低温向配置为冷存储区的储能单元补充冷量；

17、若两类储能单元均有补充需求，则根据各单元当前储能容量与目标容量的差值确定补充优先级，或根据时间窗口特性切换运行。

18、优选的，所述热需求时段内，当所述热存储区温度高于室内需求温度时，采用直接供热模式，关闭热泵主机，通过板式换热器将热量直接供至室内；

19、当所述热存储区温度低于室内需求温度但高于室外温度时，采用热泵辅助供热模式，启动热泵主机从所述热存储区提取热量并提升温度后供至室内；

20、当所述热存储区温度低于室外温度时，切换至空气源供热模式，启动热泵主机从室外空气中提取热量供至室内。

21、优选的，所述冷需求时段内，当所述冷存储区温度低于室内需求温度时，采用直接供冷模式，关闭热泵主机，通过板式换热器将冷量直接供至室内；

22、当所述冷存储区温度介于室内需求温度和室外温度之间时，采用热泵辅助供冷模式，启动热泵主机从所述冷存储区提取冷量供至室内；

23、当所述冷存储区温度高于室外温度时，切换至空气源供冷模式，启动热泵主机从室外空气中提取冷量供至室内。

24、优选的，还包括跨季节热平衡管理步骤：实时监测各储能单元的温度与储能容量，计算年度能量收支；

25、若在进入热需求时段前储能单元的平均温度低于预设供暖启动温度，则提前启动太阳能集热模块或热泵主机进行补热；

26、若在进入冷需求时段前储能单元的平均温度高于预设供冷启动温度，则提前启动主动补冷模式进行补冷。

27、第二方面，本技术还提供了一种跨季节储能的能源供应系统，用于实现如第一方面中所述的方法，所述系统包括：

28、储能模块，包含至少两个物理上相对独立的储能单元，每个储能单元内填充有储能材料并内嵌换热管道，所述储能模块的外侧包覆有保温层；

29、能源供应模块，包含热泵主机和板式换热器，所述热泵主机的制冷剂侧通过管路与所述换热管道连接；

30、太阳能集热模块，包含太阳能集热器，所述太阳能集热器通过管路与所述换热管道连接；

31、室外换热模块，包含空气源换热器，所述空气源换热器通过管路与所述热泵主机连接；

32、室内末端模块，包含布置在建筑物内的供冷/供热末端，所述末端通过管路与所述板式换热器或所述热泵主机连接；

33、智能控制系统，包含多个温度传感器、电动阀门和控制器，所述控制器被配置为执行第一方面中所述的方法步骤，包括根据当前所处的需求时段动态配置各储能单元的功能属性。

34、优选的，所述储能模块为两个独立埋设于地下的储能箱体或储能池体，分别作为第一储能单元和第二储能单元。

35、优选的，所述储能模块为一个整体式储能体，其内部由隔热隔板分隔为两个独立的腔室，分别作为第一储能单元和第二储能单元。

36、优选的，所述储能模块的外侧包覆有保温层。

37、优选的，所述多个电动阀门包括分别设置于各所述储能单元的换热管道入口端和出口端的阀门，以及设置于所述太阳能集热器与所述换热管道连接管路上的阀门。

38、优选的，所述多个温度传感器包括设置于各所述储能单元内部的温度传感器、设置于室内的温度传感器以及设置于室外的温度传感器。

39、优选的，所述太阳能集热模块还包括太阳能循环泵，所述太阳能循环泵与所述控制器电性连接。

40、优选的，所述室外换热模块还包括风机，所述风机与所述控制器电性连接。

41、优选的，所述供冷/供热末端包括风机盘管和地暖盘管中的至少一种。

42、优选的，所述智能控制系统还包含与控制器连接的天气预报数据接口，所述控制器根据接收的天气预报信息动态调整所述动态需求时段内各储能单元的功能属性划分比例及动态分配外部能量的补充策略。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、通过根据需求时段动态配置储能单元的功能属性，实现了储能空间的全时段有效利用，避免了热需求时段储冷单元闲置、冷需求时段储热单元闲置的浪费问题，将储能模块的全年利用率提升至接近百分之百。

45、动态需求时段内储能分区比例的动态调整机制，使系统能够根据未来天气趋势预判能量需求，提前优化储能布局，显著提升了系统对季节过渡期复杂工况的适应能力。

46、基于储能实时余量动态设定补能阈值，结合主动补热/补冷模式的多途径实现，确保了补能操作的精准性和经济性，避免了过度补能或补能不足。

47、引入天气预报信息的智能能量分配策略，使系统能够充分利用自然条件（如夜间低温、白天太阳能）进行能量补充，进一步降低了运行能耗。

48、跨季节热平衡管理机制确保了系统的长期稳定运行，避免了因年度能量收支失衡导致的性能衰减。

49、本发明大幅降低了农村用户的采暖制冷支出，显著提升了清洁能源的利用效率，为推进农村能源转型、建设低碳宜居的乡村环境提供了切实可行的技术路径。