可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统及运行方法与流程

1.本发明涉及分布式能源系统技术领域，具体涉及一种可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统及运行方法。


背景技术：

2.能源和环保是人类生存和发展的两大主题，如今资源消耗过快、能源浪费严重和环境污染等问题让人们越来越认识到能源发展的重要性。随着社会的发展对能源需求不断增加，其中包括电、热、冷、氢等多种形式，在供给侧方面，能源系统要具有清洁、低碳、高效的特点，而许多分布式能源系统中存在以一次能源为燃料的原动机和多源、多品位的余热，对环境造成污染以及资源的浪费。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统及运行方法，本发明完全利用了可再生清洁能源，具有系统零碳排放、将分布式能源系统中的多源、多品味余热充分回收利用和能量高效梯级利用的特点，能够实现对用户“冷、热、电、氢”的四联供。
4.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统，由加热器1、高压发生器2、高温溶液换热器3、第一溶液泵4、吸收器5、第一流量调节阀6、第一节流阀7、蒸发器8、低温溶液换热器9、低压发生器10、低压发生器11、冷凝器12、除液器13、第二节流阀14、第二溶液泵15、第三节流阀16、第四节流阀17、第二流量调节阀18、第三流量调节阀19、第四流量调节阀20、第五节流阀21、电解槽装置22、储氢设备23、燃料电池24、热化学储能设备25、太阳能集热器26、风能发电27、光伏发电28、压缩式热泵29、电网30、除盐器31、第一换向阀32和第二换向阀33等组成；其中，高压发生器2、温溶液换热器3、第一溶液泵4、吸收器5、第一流量调节阀6、第一节流阀7、蒸发器8、低温溶液换热器9、低压发生器10、低压发生器11、冷凝器12、除液器13、第二节流阀14、第二溶液泵15、第三节流阀16、第四节流阀17、第二流量调节阀18、第三流量调节阀19、第四流量调节阀20、第五节流阀21、除盐器31、第一换向阀32和第二换向阀33组成吸收式热泵系统；
6.所述风能发电27、光伏发电28和电网30分别通过电线与电负荷相连通，并引出电线分别与压缩式热泵29入口、电解槽装置22入口相连通；压缩式热泵29通过连接管分别与冷负荷和热负荷相连通；电解槽装置22氢气出口通过连接管与储氢设备23入口相连通，储氢设备23出口分别与燃料电池24入口和氢负荷入口相连通，其中燃料电池24的放电出口与电负荷相连通，燃料电池24高温水出口通过连接管与低压发生器10驱动热源入口相连通，低压发生器10驱动热源出口通过连接管与燃料电池24高温水入口相连通；太阳能集热器26通过连接管依次与热化学储能设备25、第一流量调节阀6、加热器1蒸汽入口和出口以及热负荷相连通；热化学储能设备25高温蒸汽出口与高压发生器2驱动蒸汽入口相连通；吸收器
5溴化锂稀溶液出口通过连接管依次与第一溶液泵4、第二溶液泵15、高温溶液换热器3溴化锂稀溶液入口和出口、高压发生器2溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；第一溶液泵4出口分为两路，一路通过连接管与第二溶液泵15和高温溶液换热器3溴化锂稀溶液入口相连通；另一路通过连接管依次与第二流量调节阀18和低温溶液换热器9溴化锂稀溶液入口和出口相连通；低温溶液换热器9溴化锂稀溶液出口分为两路，一路通过连接管依次与第三流量调节阀19、低压发生器11溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；另一路通过连接管与低压发生器10溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；高压发生器2溴化锂浓溶液出口通过连接管依次与高温溶液换热器3溴化锂浓溶液进口和出口、第五节流阀21和吸收器5溴化锂浓溶液入口相连通；低压发生器10溴化锂浓溶液出口通过连接管依次与低温溶液换热器9浓溶液入口和出口、第三节流阀16和吸收器5溴化锂浓溶液入口相连通；低压发生器11溴化锂浓溶液出口与低压发生器10溴化锂浓溶液出口管路相连通；低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口通过连接管与冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口相连通，低压发生器10低压热泵循环工质蒸汽出口与低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口管路相连通；高压发生器2循环工质蒸汽出口通过连接管依次与低压发生器11高压循环工质蒸汽入口和出口、第一节流阀7、冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口和循环工质蒸汽凝结水出口、第四节流阀17、第二换向阀33相连通，再通过换向阀33分为两路，一路通过连接管依次与除盐器31循环工质水入口、热化学储能设备25循环工质水入口相连通，另一路与蒸发器8热泵循环工质水入口和循环工质蒸汽出口以及吸收器5热泵循环工质蒸汽入口相连通；冷却水入口和热网回水入口通过第一换向阀32连通吸收器5循环水入口，吸收器5循环水出口与冷凝器12循环水入口相连通，冷凝器12循环水出口与加热器1循环水入口相连通；蒸发器8的冷媒水出口通过连接管接入冷负荷。
7.吸收式热泵系统中高压发生器2的加热热源来自以ca(oh)2/cao为体系的热化学储热设备25产生的高温蒸汽；低压发生器10的加热热源来自燃料电池24产生的高温热水。
8.吸收式热泵系统中高压发生器2内置了除液器13，冷凝器蒸汽凝结水管路设置除盐器31。
9.在吸收器5的外部水源管路和冷凝器12蒸汽凝结管路上分别设置了第一换向阀32和第二换向阀33，实现吸收式热泵系统制冷/制热模式的转换；当吸收式热泵系统为制冷工况时，第一换向阀32接通冷却水管路，第四流量调节阀20打开，第二换向阀33接通蒸发器8循环工质入口，第一流量调节阀6关闭；当吸收式热泵系统为制热工况时，第一换向阀32接通供热回水管路，第四流量调节阀20关闭，第二换向阀33接通热化学储能装置25入口，第一流量调节阀6打开。
10.所述燃料电池24为质子交换膜燃料电池。
11.该分布式供能系统由电网30、风能发电27与光伏发电28来满足电负荷，其中一部分电能被输送至压缩式热泵29进行供热供冷；另一部分被输送至电解池装置22产生氢气并存储，然后引入燃料电池24对电负荷起到削峰填谷的作用，其反应会产生高温热水余热，并进入低压发生器10作为吸收式热泵系统的驱动热源；太阳能集热器26输送热能给以ca(oh)2/cao的体系的热化学储能设备25进行储热，热化学储能设备25放热过程产生高温蒸汽，并进入高压发生器2作为吸收式热泵的驱动热源；吸收式热泵系统具有夏季制冷、冬季供热的功能，当吸收式热泵系统为制热工况时，第一换向阀32接通供热回水管路，第四流量
调节阀20关闭，第二换向阀33接通热化学储能装置25入口，第一流量调节阀6打开，热化学储能设备25产生的高温蒸汽进入加热器1对供热给水进行加热，放热后经过第四节流阀17降压进入吸收器5，在吸收器5中被浓溴化锂溶液吸收，吸收过程产生的热量通过热网回水向外供出；冷凝器12出来的饱和循环工质水经过除盐器31除盐后进入热化学储能设备25，开始新的循环；当系统为制冷工况时，第一换向阀32接通冷却水管路，第四流量调节阀20打开，第二换向阀33接通蒸发器8循环工质入口，第一流量调节阀6关闭。
12.与传统供能系统相比，本发明提出的可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统，完全利用了可再生清洁能源，具有系统零碳排放、将分布式能源系统中的多源、多品味余热充分回收利用和能量高效梯级利用的特点，能够实现对用户“冷、热、电、氢”的四联供。
13.本发明的具体优点如下：
14.1)本发明利用以风、光等可再生能源进行发电，摆脱了化石能源的束缚，并引入储能系统、热泵余热回收系统，实现了对用户“冷、热、电、氢”的四联供，还将分布式能源系统中的多源、多品味余热充分回收利用，实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率，使系统具有的零碳排放、环保高效的特点。
15.2)本发明的系统中，当吸收式热泵为制热工况运行时，采用将热化学储能设备产生的部分蒸汽对供热水进行加热，然后直接进入吸收器被溴化锂浓溶液吸收，从而省去了蒸发器部分，使热泵系统大为简化、并节约了循环水泵做功，系统不可逆损失减少。
16.3)本发明将太阳能集热器的热能输送给热化学储能设备，在热化学储能设备中发生ca(oh)2/cao的水化/脱水反应，可以实现对太阳能热量的存储和再利用，且水化反应会产生高温蒸汽余热；质子膜燃料电池为用户提供电能，并且反应产生高温热水余热；这两种余热将作为吸收式热泵的驱动热源，从而实现对分布式能源系统多源余热的梯级利用，提高了系统的能源利用率。
附图说明
17.图1为本发明可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
19.如图1所示，一种可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统，由加热器1、高压发生器2、高温溶液换热器3、第一溶液泵4、吸收器5、第一流量调节阀6、第一节流阀7、蒸发器8、低温溶液换热器9、低压发生器10、低压发生器11、冷凝器12、除液器13、第二节流阀14、第二溶液泵15、第三节流阀16、第四节流阀17、第二流量调节阀18、第三流量调节阀19、第四流量调节阀20、第五节流阀21、电解槽装置22、储氢设备23、燃料电池24、热化学储能设备25、太阳能集热器26、风能发电27、光伏发电28、压缩式热泵29、电网30、除盐器31、第一换向阀32和第二换向阀33等组成；其中，高压发生器2、温溶液换热器3、第一溶液泵4、吸收器5、第一流量调节阀6、第一节流阀7、蒸发器8、低温溶液换热器9、低压发生器10、低压发生器11、冷凝器12、除液器13、第二节流阀14、第二溶液泵15、第三节流阀16、第四节流阀17、第二流量调节阀18、第三流量调节阀19、第四流量调节阀20、第五节流阀21、除盐器31、第一换向阀32和第二换向阀33组成吸收式热泵系统；
20.所述风能发电27、光伏发电28和电网30分别通过电线与电负荷相连通，并引出电线分别与压缩式热泵29入口、电解槽装置22入口相连通；压缩式热泵29通过连接管分别与冷负荷和热负荷相连通；电解槽装置22氢气出口通过连接管与储氢设备23入口相连通，储氢设备23出口分别与燃料电池24入口和氢负荷入口相连通，其中燃料电池24的放电出口与电负荷相连通，燃料电池24高温水出口通过连接管与低压发生器10驱动热源入口相连通，低压发生器10驱动热源出口通过连接管与燃料电池24高温水入口相连通；太阳能集热器26通过连接管依次与热化学储能设备25、第一流量调节阀6、加热器1蒸汽入口和出口以及热负荷相连通；热化学储能设备25高温蒸汽出口与高压发生器2驱动蒸汽入口相连通；吸收器5溴化锂稀溶液出口通过连接管依次与第一溶液泵4、第二溶液泵15、高温溶液换热器3溴化锂稀溶液入口和出口、高压发生器2溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；第一溶液泵4出口分为两路，一路通过连接管与第二溶液泵15和高温溶液换热器3溴化锂稀溶液入口相连通；另一路通过连接管依次与第二流量调节阀18和低温溶液换热器9溴化锂稀溶液入口和出口相连通；低温溶液换热器9溴化锂稀溶液出口分为两路，一路通过连接管依次与第三流量调节阀19、低压发生器11溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；另一路通过连接管与低压发生器10溴化锂稀溶液入口和浓溶液出口相连通；高压发生器2溴化锂浓溶液出口通过连接管依次与高温溶液换热器3溴化锂浓溶液进口和出口、第五节流阀21和吸收器5溴化锂浓溶液入口相连通；低压发生器10溴化锂浓溶液出口通过连接管依次与低温溶液换热器9浓溶液入口和出口、第三节流阀16和吸收器5溴化锂浓溶液入口相连通；低压发生器11溴化锂浓溶液出口与低压发生器10溴化锂浓溶液出口管路相连通；低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口通过连接管与冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口相连通，低压发生器10低压热泵循环工质蒸汽出口与低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口管路相连通；高压发生器2循环工质蒸汽出口通过连接管依次与低压发生器11高压循环工质蒸汽入口和出口、第一节流阀7、冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口和循环工质蒸汽凝结水出口、第四节流阀17、第二换向阀33相连通，再通过换向阀33分为两路，一路通过连接管依次与除盐器31循环工质水入口、热化学储能设备25循环工质水入口相连通，另一路与蒸发器8热泵循环工质水入口和循环工质蒸汽出口以及吸收器5热泵循环工质蒸汽入口相连通；冷却水入口和热网回水入口通过第一换向阀32连通吸收器5循环水入口，吸收器5循环水出口与冷凝器12循环水入口相连通，冷凝器12循环水出口与加热器1循环水入口相连通；蒸发器8的冷媒水出口通过连接管接入冷负荷。
21.本发明系统的工作原理为：该分布式供能系统由电网30、风能发电27与光伏发电28来满足电负荷，其中一部分电能被输送至压缩式热泵29进行供热供冷；另一部分被输送至电解池装置22产生氢气并存储，然后引入燃料电池24对电负荷起到削峰填谷的作用，其反应会产生高温热水余热，并进入低压发生器10作为吸收式热泵系统的驱动热源；太阳能集热器26输送热能给以ca(oh)2/cao的体系的热化学储能设备25进行储热，热化学储能设备25放热过程产生高温蒸汽，并进入高压发生器2作为吸收式热泵的驱动热源；吸收式热泵系统具有夏季制冷、冬季供热的功能，当吸收式热泵系统为制热工况时，第一换向阀32接通供热回水管路，第四流量调节阀20关闭，第二换向阀33接通热化学储能装置25入口，第一流量调节阀6打开，热化学储能设备25产生的高温蒸汽进入加热器1对供热给水进行加热，放热后经过第四节流阀17降压进入吸收器5，在吸收器5中被浓溴化锂溶液吸收，吸收过程产
生的热量通过热网回水向外供出；冷凝器12出来的饱和循环工质水经过除盐器31除盐后进入热化学储能设备25，开始新的循环；当系统为制冷工况时，第一换向阀32接通冷却水管路，第四流量调节阀20打开，第二换向阀33接通蒸发器8循环工质入口，第一流量调节阀6关闭。
22.本发明提出一种可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统，在电负荷方面，系统利用风、光、质子交换膜氢燃料电池等可再生能源进行发电，为用户提供电能；在氢负荷方面，通过电解水制氢，然后输送至储氢设备来满足氢负荷需求；在冷热负荷方面，通过电驱动压缩式热泵进行供冷、供热；对于热化学储能系统，利用ca(oh)2/cao的水化/脱水反应，可以实现对太阳能热量的存储和再利用；对于吸收式热泵系统，利用热化学储热系统产生的高温蒸汽和氢储能系统中燃料电池产生的高温热水作为联合驱动热源，实现了多源余热的梯级利用，并且在冬季供暖时，采用了将热化学储能设备产生的部分蒸汽对供热水进行加热，然后直接进入吸收器被溴化锂浓溶液吸收的方案，从而省去了蒸发器部分，使热泵系统大为简化且可节约循环水泵做功，减少系统不可逆损失。整个分布式供能系统由可再生能源驱动，并含储能和余热回收系统，具有零碳高效环保的特点。