一种高效区域能源站

1.本发明属于发电、制冷、空调系统集成的技术领域。涉及一种能源站，尤其涉及一种兼顾发电、供冷、供热的高效区域能源站。


背景技术：

2.随着城市化的快速发展，区域集中能源供给和综合利用显得越来越重要。多能互补用于城市区域冷、热、电的供应，最大限度的降低城市的能源消耗，对于国家具有重要意义。
3.目前区域能源的冷源主要来有冷水机组、水源/地源/能源塔热泵机组、溴化锂吸收式制冷机组、空气源热泵机组，然而其各有其优缺点。冷水机组供冷效率高，但是无法供热；水源/地源/能源塔热泵机组可以兼顾供冷供暖，但是冬夏冷热不平衡，且造价高；溴化锂吸收式热泵机组需要通过燃气或者烟气驱动，且能效低；空气源热泵机组制冷制热效率均比较低；区域能源的热源，主要来自于锅炉、水源/地源/能源塔热泵机组、空气源热泵机组。锅炉供热热利用效率低，水源/地源/能源塔热泵机组供暖造价高，空气源热泵机组供热效率亦不高；区域能源的电力来源，主要来自市政电网、燃气发电机组以及太阳能发电系统。市政电网电价较高；燃气发电机组单独使用效率低；太阳能发电不稳定，且随着室外温度的升高而降低。


技术实现要素：

4.1.所要解决的技术问题：现有的区域能源站不能有效的多能互补用于城市区域冷、热、电的供应，提高了城市的能源消耗。
5.2.技术方案：为了解决以上问题，本发明提供了一种高效区域能源站，包括分水器、集水器、多个能源塔和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器和冷凝器，所述分水器和集水器之间通过压差旁通阀连接，所述集水器通过第一用户水泵、a1阀门和所述第一蒸发器进口连接，所述第一蒸发器出口通过a3阀门和分水器连接，多个所述能源塔通过源侧水泵、a2阀门和所述第一冷凝器入口连接，所述第一冷凝器出口通过a4阀门、e1阀门和每个所述能源塔入口连接，还包括太阳能光伏发电机组，所述太阳能光伏发电组和热泵机组连接，所述太阳能光伏发电机组中的微通道散热板通过c2阀门和每个能源的入口连接，每个所述能源塔的出口通过d2阀门和所述微通道散热板连接。
6.还包括三通道板换，所述三通道板换地埋管水/河水进口前设置e2阀门，所述e2阀门的另一端在e1阀门和a4阀门或b4阀门之间，所述三通道板换的地埋管水/河水地埋管水/河水出口和每个能源塔入口连接。
7.还包括燃气发电机组、烟气式溴化锂机组，所述燃气发电机组中的中冷水通过中冷水泵升压到中冷水冷板换，在板换中与能源塔的水进行换热，温度降低后进入燃气发电
机组，所述燃气发电机组产生的烟气进入到烟气式溴化锂机组中的高发，所述燃气发电机组中缸套热水通过第一电动三通阀进入到所述烟气式溴化锂机组中的低发，从低发出来的的热水通过缸套水冷板换，与能源塔中的水进行换热，温度降低后进入燃气发电机组，温度升高后再进入低发，所述烟气式溴化锂机组的第二冷凝器中冷却水通过塔水泵将热量释放到能源塔中，温度降低后回到第二冷凝器中，所述烟气式溴化锂机组的第二蒸发器中的7℃冷水通过管道进入到分水器中，在用户侧升温到12℃进入集水器然后通过第二用户水泵流回第二蒸发器中。
8.所述燃气发电机组中的中冷水温度为40℃，中冷水冷板换后温度为35℃，所述燃气发电机组产生的烟气的温度为350℃，所述缸套热水为80℃，从所述低发出来的热水温度为60℃，通过缸套水冷板换换热后降低到50℃，所述烟气式溴化锂机组的冷凝器冷却水温度为35℃，热量释放到能源塔后，温度降低到30℃，烟气式溴化锂机组的蒸发器中的冷水温度7℃，在用户侧升温到12℃。
9.还包括燃气发电机组、缸套水采暖板换、缸套水冷板换和中冷水冷板换，所述燃气发电机组中的中冷水通过中冷水泵升压到中冷水冷板换，在板换中与能源塔的水进行换热，温度降低后进入燃气发电机组，所述燃气发电机组的缸套水通过第二电动三通阀进入到缸套水采暖板换，经过换热后的缸套水一侧进入所述分水器，降温后进入集水器，通过第三用户水泵回到所述缸套水采暖板换，另一侧分进入到缸套水冷板换，与能源塔中的水进行换热，温度降低后进入燃气发电机组。
10.所述燃气发电机组中的中冷水温度为40℃，缸套水温度为80℃，经过中冷水板换换热后的种冷水温度为35℃，缸套水经过缸套水采暖板换过一侧进入分水器的水的温度为45℃，在分水器中降温到40℃进入集水器，另一侧进入缸套水冷板换的水的温度为60℃，经过缸套水冷板换或的水温度为50℃。
11.3.有益效果：本发明将太阳能光伏光热利用、燃气轮机发电和热利用、水源/地源/能源塔热泵冷热利用等综合考虑，多能互补，同时多方面弥补各个设备的缺点从而最大项目的提升系统能效，以最小的能源代价满足区域能源冷、热、电的需求。
附图说明
12.图1是本发明的示意图。
13.附图标记说明：a1阀门a-1；a2阀门a-2；a3阀门a-3；a4阀门a-4；b1阀门b-1；b2阀门b-2；b3阀门b-3；b4阀门b-4；c1阀门c-1；c2阀门c-2；d1阀门d-1；d2阀门d-2；e1阀门e-1；b2阀门b-2；1.分水器；2.集水器；3. 压差旁通阀；4.第一用户水泵；5. 热泵机组；5-1.第一蒸发器；5-2.第二冷凝器；6.能源塔；7. 太阳能光伏发电机组；8.三通道板换。9. 燃气发电机组；10.中冷水冷板换；11.缸套水冷板换；12.缸套水采暖板换；13.中冷水泵；14. 烟气式溴化锂机组；15.第一电动三通阀；16.第二电动三通阀；17.低发；18.高发；19.第二冷凝器；20.第二蒸发器；21.第二用户水泵；22.源侧水泵；23.辅助泵；24. 微通道散热板；25.溶液箱。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例来对本发明进行详细说明。以下所有实施例都参照图1所示。
15.实施例1-夏季光伏发电 制冷模式该模式主要用于区域能源站对冷量需求相对不大的时间段，如初期供冷或者末期供冷。该模式的主要运行模式如下：12℃的冷冻水从用户末端回到集水器2，然后流入第一用户水泵4入口。制冷模式下，a1阀门a-1、a2阀门a-2、a3阀门a-3、a4阀门a-4打开，b1阀门b-1、b2阀门b-2、b3阀门b-3、b4阀门b-4关闭，e1阀门e-1打开，e2阀门e-2关闭。冷冻水通过第一用户水泵4升压后通过a1阀门a-1到达热泵机组5的第一蒸发器5-1进口，冷冻水温度降低为7℃后通过a3阀门a-3进入分水器1，分水器1中7℃的冷冻水通过管道供给用户，通过分水器1和集水器2之间通过压差旁通阀3来确保用户各个区域的冷冻水流量满足要求。30℃的冷却水从多个能源塔6底部流出，然后流入源侧水泵22入口，冷却水升压后通过a2阀门a-2到达热泵机组5的第一冷凝器5-2进口，冷却水温度升高到35℃后通过a4阀门a-4和e1阀门e-1分别进入各个能源塔6入口。
16.太阳能光伏发电机组7将产生的电能驱动压缩机，多余的电能驱动区域能源站的各用能设备。c1阀门c-1和d1阀门d-1关闭，c2阀门c-2和d2阀门d-2打开；辅助泵23将35℃的热水打入各个能源塔6中，温度降低到30℃后流入太阳能光伏发电机组7的微通道散热板24，在其中吸热，温度升高到35℃通过辅助泵23重新流回各个能源塔6中。通过冷却水降低太阳能光伏发电机组7的温度，从而达到提升其发电效率的目的。
17.本实施例中，夏季低负荷期间采用太阳能发电与热泵机组供冷联合运行，太阳能发电采用能源塔进行冷却，提升系统综合能效。
18.实施例2为了更好的制冷，在实施例1的基础上，增加了三通道板换，夏季通过地埋管、河水以及塔将多余的热量散走，在制冷模式上和实施例1不同，在光伏发电上机组的运作上和实施例1相同：本实施例的制冷模式如下：12℃的冷冻水从用户末端回到集水器2，然后流入第一用户水泵4入口。制冷模式下，a1阀门a-1、a2阀门a-2、a3阀门a-3、a4阀门a-4打开，b1阀门b-1、b2阀门b-2、b3阀门b-3、b4阀门b-4关闭，e1阀门e-1关闭，e2阀门e-2打开，冷冻水通过第一用户水泵4升压后通过a1阀门a-1到达达热泵机组5的第一蒸发器5-1进口，冷冻水温度降低为7℃后通过a3阀门a-3进入分水器1，分水器1中7℃的冷冻水通过管道供给用户，通过分水器1和集水器2之间通过压差旁通阀3来确保用户各个区域的冷冻水流量满足要求。30℃的冷却水从各个能源塔6以及三通道板换8流出，然后流入源侧水泵22入口，冷却水升压后通过a2阀门a-2到达第一冷凝器5-2进口，冷却水温度升高到35℃后通过a4阀门a-4和e2阀门e-2分别进入各个能源塔6以及三通道板换8入口，多余的热量则通过能源塔、地埋管和河水散走。
19.实施例3-夏季燃气发电 光伏发电 制冷模式该模式主要用于区域能源站对冷量和用电量需求相较大的时间段，如供冷高峰时间段。该模式的主要运行模式是在实施例1或实施例2的基础上燃气发电机组，以下是在实施例1或实施例2的基础上，增加的运行模式如下：
燃气发电机组9将产生的电能驱动区域能源站6的各个用能设备。40℃的中冷水通过中冷水泵13升压到中冷水冷板换10，在中冷水冷板换10中与能源塔6的水进行换热，温度降低到35℃后进入燃气发电机组10，温度升高到40℃后再进入中冷水泵13。完成中冷侧散热；80℃左右的缸套热水通过第一电动三通阀15驱动烟气式溴化锂机组14的低发17，350℃左右的烟气驱动烟气式溴化锂机组14的高发18。
20.烟气式溴化锂机组14的第二冷凝器19中35℃的冷却水通过塔水泵将热量释放到能源塔中，温度降低到30℃回到第二冷凝器19中。烟气式溴化锂机组14的第二蒸发器7℃的冷水通过管道进入到分水器1中，在用户侧升温到12℃进入集水器2然后通过第二用户水泵21流回第二蒸发器20中，完成烟气式溴化锂机组的循环。
21.从低发17出来的60℃左右的热水通过缸套水冷板换11，与能源塔6中的水进行换热，温度降低到50℃然后进入燃气发电机组9，温度升高到80℃，完成缸套水循环。
22.在夏季，烟余热回收和缸套冷却所产生的热量可以驱动烟气式溴化锂机组，从而实现夏季制冷。
23.该系统将燃气发电机组多余的烟气热量和缸套热量用于驱动烟气式溴化锂机组，实现额外制冷的效果，此对于系统节能非常有意义。
24.本实施例夏季高负荷期间采用太阳能和燃气联合发电、溴化锂机组和水源/地源热泵机组联合供冷，太阳能发电采用能源塔进行冷却，燃气发电的烟气和缸套余热驱动溴化锂制冷，系统综合能效的极大提升。
25.实施例4-冬季光伏发电 制热模式该模式主要用于区域能源站对热量需求相对不大的时间段，如初期供暖或者末期供暖。该模式的主要运行模式如下：40℃的热水从用户末端回到集水器2，然后流入第一用户水泵4入口。制热模式下，a1阀门a-1、a2阀门a-2、a3阀门a-3、a4阀门a-4关闭，b1阀门b-1、b2阀门b-2、b3阀门b-3、b4阀门b-4打开，e1阀门e-1打开，e2阀门e-2关闭。热水通过第一用户水泵4升压后通过b1阀门b-1到达热泵机组5的第一冷凝器5-2进口，热水温度升高为45℃后通过b3阀门b-3进入分水器1，分水器1中45℃的热水通过管道供给用户，通过分水器1和集水器2之间通过压差旁通阀3来确保用户各个区域的冷冻水流量满足要求。4℃的冷水从各个能源塔6的底部流出，然后流入源侧水泵22入口，冷水升压后通过b2阀门b-2到达热泵机组的第一蒸发器5-1进口，冷水温度降低到1℃后通过b4阀门b-4和e1阀门e-1分别进入各个能源塔6入口。
26.太阳能光伏发电机组7将产生的电能驱动压缩机，多余的电能带动其它能耗设备。c1阀门c-1和d1阀门d-1关闭，c2阀门c-2和d2阀门d-2打开；辅助泵23将9℃的水打入能源塔6中，温度降低到4℃后流入太阳能光伏发电机组7中的微通道散热板24，在其中吸热，温度升高到9℃通过辅助泵23重新流回能源塔6中。通过冷却水降低太阳能光伏发电机组7的温度，从而达到提升其发电效率的目的。
27.本实施例中其冬季低负荷期间采用太阳能发电和热泵机组供暖联合运行，太阳能发电采用能源塔进行冷却，同时对于能源塔而言太阳能散热提供热量的同时提升热泵机组蒸发温度，提高系统能效。
28.实施例5
为了更好的制暖，在实施例4的基础上，增加了三通道板换8，热泵机组5可以通过三通道板换综合吸收河水侧、地埋管侧的余热，在制热模式上和实施例5不同，在光伏发电上机组的运作上和实施例5相同：本实施例的制热模式如下：40℃的热水从用户末端回到集水器2，然后流入第一用户水泵4入口。制热模式下a1阀门a-1、a2阀门a-2、a3阀门a-3、a4阀门a-4关闭，b1阀门b-1、b2阀门b-2、b3阀门b-3、b4阀门b-4打开，e1阀门e-1和e2阀门e-2打开。热水通过第一用户水泵4升压后通过b1阀门b-1到达热泵机组5的第一冷凝器5-2进口，热水温度升高为45℃后通过b3阀门b-3进入分水器1，分水器1中45℃的热水通过管道供给用户，通过分水器1和集水器2之间通过压差旁通阀3来确保用户各个区域的冷冻水流量满足要求。0℃的冷溶液一部分从各个能源塔6底部流出，另外一部分从三通道板换8流出，然后流入源侧水泵23入口，冷溶液升压后通过b2阀门b-2到达第一蒸发器5-1进口，冷溶液温度降低到-3℃后通过b4阀门b-4，然后分别通过e1阀门e-1和e2阀门e-2分别进入各个能源塔6的入口以及三通道板换8入口，溶液一部分通过能源塔6从空气、太阳能光伏板发电组7通过三通道板换8从河水侧和地埋管侧吸收热量。
29.实施例6该模式主要用于区域能源站对热量和用电量需求相较大的时间段，如供热高峰期。该模式的主要运行模式是在实施例4或实施例5的基础上燃气发电机组，以下是在实施例1或实施例2的基础上，增加的运行模式。该模式的主要运行模式如下：燃气发电机组9将产生的电能驱动区域能源站6的各个用能设备。40℃的中冷水通过中冷水泵13升压到中冷水冷板换10，在中冷水冷板换10与能源塔6的水进行换热，温度降低到35℃后进入燃气发电机组9，温度升高到40℃后再进入中冷水泵13。完成中冷侧散热；80℃左右的缸套热水通过第二电动三通阀16进入缸套水采暖板换12，温度降低到60℃，45℃的热水通过第二用户水泵21进入分水器1中，在用户侧降温到40℃进入集水器2然后流回采暖板换12，完成缸套水采暖换供热循环。
30.从缸套采暖板换12出来的60℃左右的热水通过缸套水冷板换11，与能源塔6中的水进行换热，温度降低到50℃然后进入燃气发电机组9，温度升高到80℃，完成缸套水循环。
31.本实施例中其冬季高负荷期间采用太阳能和燃气联合发电、水源/地源热/能源塔热泵机组与缸套热水供暖联合运行，太阳能发电采用能源塔进行散热，燃气发电机组中间冷却和缸套冷却采用能源塔进行散热，对于能源塔而言散热提供热量的同时提升热泵机组蒸发温度。一方面系统综合能效得到极大提升，同时对于能源塔溶液浓度控制具有很重要的意义。
32.本发明提出的高效区域能源站，整体上可以实现在不同季节区域冷、热、电高效供给，具有重要意义。
33.实施例7制热模式开始前：d1阀门d-1打开、d2阀门d-2关闭，c1阀门c-1打开，c2阀门c-2关闭，打开塔手阀，打开辅助泵23。溶液箱25中溶液通过c1阀门c-1和辅助泵23进入能源塔6，当塔内溶液达到给定高度后关闭d1阀门d-1和c1阀门c-1完成制热模式前溶液的充注。
34.制热模式结束后：c1阀门c-1打开，c2阀门c-2关闭，能源塔6中溶液通过重力作用流回溶液箱25，完成溶液的回收。