一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统及方法与流程

1.本发明属于清洁供热技术领域，尤其涉及一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统及方法。


背景技术：

2.目前我国经济建设发展迅速，城市规模逐步扩张，建筑用能负荷需求也随之增长，其中北方地区建筑用能大多为热负荷需求，而热源主要为热电厂，随着逐步实施的“十四五”规划及“双碳”目标，热源侧供热能力与飞速增长的热负荷需求之间冲突愈发严峻，同时传统化石能源供热造成的环境污染及温室效应问题日益凸显，开发一种新型采暖模式作为现有集中供热系统的替代或补充是供热行业转型发展过程中亟待解决的主要问题。热电厂逐渐搬离市区，所承接的采暖面积需进行长距离供热，过程中输送电耗过高、热损耗大等问题，而现有清洁能源采暖技术路线众多，但都存在波动性强、供热功率不稳定的缺陷，亟需建立一种适用于现有长距离集中供热的节能减排、清洁高效的供热系统，改变目前集中供热系统发展过程中存在的问题。


技术实现要素：

3.针对以上存在问题，本发明建立一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统，利用风能日间少夜间多与太阳能日间有夜间无的资源特性互补，消除资源波动性强带来的问题，提供长距离集中供热的节能减排、清洁高效的供热系统。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统，包括风光互补清洁供电系统、热泵系统，热泵系统设置在一次网供水和回水管路中，热泵系统用于增大一次网热水温差，二次网回水管路上设置风光互补集热系统；板式换热器的高温侧连接一次网供水和回水管路，板式换热器的低温侧连接二次网供水和回水管路，风光互补清洁供电系统用于为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电；风光互补清洁供电系统包括风力发电系统、太阳能发电系统以及配电箱，风力发电系统和太阳能发电系统的电能输出端连接配电箱输入端，配电箱的输入端还连接市电。
5.一次网供水管路依次连接冷凝器的低温侧和板式换热器的高温侧入口，一次网回水管路依次连接板式换热器的高温侧出口和蒸发器的放热侧，蒸发器吸热侧依次连接压缩机、冷凝器的高温侧和膨胀阀。
6.冷凝器的低温侧出口至板式换热器的管路上设置温度传感器。
7.风光互补的集热系统包括并联的太阳能集热器和风力制热器，太阳能集热器和风力制热器的入口连接二次网回水管路，太阳能集热器和风力制热器的出口连接二次网供水管路。
8.太阳能集热器和风力制热器的入口均设置有球阀，太阳能集热器和风力制热器的出口沿介质流向依次设置电动调节阀和球阀。
9.太阳能集热器和风力制热器的出口设置温度传感器。
10.二次网回水管路至风光互补的集热系统的管道上依次设置球阀、y型过滤器和二次网循环泵；热泵系统至一次网供水管路的管道上依次设置电动调节阀和球阀。
11.板式换热器的低温侧入口设置电动调节阀。
12.本发明所述换热站大温差清洁供热系统的运行方法，一次网供水从热泵系统吸热，供水温度升高后进入板式换热器中，一次网回水向热泵系统放热，温度降低后回到一次网热水源；二次网供水从板式换热器输送至用户，二次网回水经过风光互补集热系统吸热后进入板式换热器或者直接进入二次网供水管路；风光互补清洁供电系统经配电箱为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电，在风光互补清洁供电系统供电不足时，采用市电为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电。
13.实时监测冷凝器的低温侧出口至板式换热器的管路上的温度，实时监测太阳能集热器和风力制热器的出口的温度。
14.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
15.本发明将风光两种波动特性互补的可再生能源高效耦合，以市电做基础保障与补充，提高风电与光电的消纳能力；本发明的大温差热泵可有效拉大一次网供回水温差，实现长距离大温差小流量供热，降低一次网输送能耗；本发明利用风力制热器与太阳能集热器将风光转换为热补充进二次网，实现清洁能源供热，降低供热成本与污染物排放；本发明用于换热站可减轻集中供热系统热源侧压力，实现部分程度的热电解耦，同时提高用户供热质量与可靠性。
附图说明
16.图1是本发明一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统的结构示意图。
17.附图中，1-第一球阀；2-第一y型过滤器；3-第一电动调节阀；4-第二球阀；5-板式换热器；6-第三球阀；7-第二电动调节阀；8-二网循环水泵；9-第二y型过滤器；10-第四球阀；11-冷凝器；12-膨胀阀；13-蒸发器；14-压缩机；15-第五球阀；16-太阳能集热器；17-第三电动调节阀；18-第六球阀；19-第七球阀；20-风力制热器；21-第四电动调节阀；22-第八球阀；23-风力发电机；24-整流器；25-逆变器；26-太阳能光伏板；27-逆变器；28-配电箱。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整
体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
21.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
22.一次网是指集中供暖系统总供热源到各个供暖小区热交换站之间的管网；二次网是指供暖小区热交换站到供暖用户楼入口的热水管网。
23.参考图1，一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统，包括风光互补清洁供电系统、热泵系统，热泵系统设置在一次网供水和回水管路中，热泵系统用于增大一次网热水温差，二次网回水管路上设置风光互补集热系统；板式换热器5的高温侧连接一次网供水和回水管路，板式换热器5的低温侧连接二次网供水和回水管路，风光互补清洁供电系统用于为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电；风光互补清洁供电系统包括风力发电系统、太阳能发电系统以及配电箱28，风力发电系统和太阳能发电系统的电能输出端连接配电箱输入端，配电箱28的输入端还连接市电。
24.风光互补清洁供电系统包括风力发电机23、整流器24、第一逆变器25、太阳能光伏板26、第二逆变器27、配电箱28及市电，风力发电机23、整流器24、第一逆变器25及配电箱依次连接，太阳能光伏板26、第二逆变器27以及配电箱28依次连接。
25.参考图1，一次网供水管路依次连接冷凝器11的低温侧和板式换热器5的高温侧入口，一次网回水管路依次连接板式换热器5的高温侧出口和蒸发器13的放热侧，蒸发器13吸热侧依次连接压缩机14、冷凝器11的高温侧和膨胀阀12。图1所示“一网”即“一次网”，“二网”即“二次网”。
26.冷凝器11的低温侧出口至板式换热器5的管路上设置温度传感器。
27.风光互补的集热系统包括并联的太阳能集热器16和风力制热器20，太阳能集热器16和风力制热器20的入口连接二次网回水管路，太阳能集热器16和风力制热器20的出口连接二次网供水管路；太阳能集热器16和风力制热器20的入口分别设置有第五球阀15和第七球阀19，太阳能集热器16的出口沿介质流向依次设置电动调节阀第三17和第六球阀18；太阳能集热器16和风力制热器20的出口沿介质流向依次设置第四电动调节阀21和第八球阀22。
28.作为一种可选的方案，太阳能集热器16和风力制热器20的出口设置温度传感器，在运行过程中实时监测太阳能集热器16和风力制热器20的出口温度，为改变运行状态或热泵系统功率等提供数据。
29.一次网供水管路上设置第一球阀1和第一y型过滤器2，二次网回水管路至风光互补的集热系统的管道上依次设置第四球阀10、第二y型过滤器9和二次网循环泵8；热泵系统至一次网供水管路的管道上依次设置第一电动调节阀3和第二球阀4；二次网供水管路上设置第三球阀6。
30.板式换热器的低温侧入口设置第二电动调节阀7，能够用于远程控制调节板式换热器的低温侧入口的流量或者是否二次网回水是否进入板式换热器5。
31.本发明所述换热站大温差清洁供热系统的运行方法，一次网供水从热泵系统吸
热，供水温度升高后进入板式换热器5中，一次网回水向热泵系统放热，温度降低后回到一次网热水源；二次网供水从板式换热器5输送至用户，二次网回水经过风光互补集热系统吸热后进入板式换热器5或者直接进入二次网供水管路；风光互补清洁供电系统经配电箱28为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电，在风光互补清洁供电系统供电不足时，采用市电为二次网管路以及热泵系统中的动力设备供电。
32.具体运行时，采暖期系统供热时，利用大温差热泵系统提高一次网侧供回水温差，实现大温差小流量供热，降低集中供热系统输送电耗及水耗，降低供热成本，二次网侧加装太阳能集热器与风力制热器将风光两种波动性互补的可再生能源高效协同参与供热，提高清洁能源利用率，电源侧利用风力发电机与太阳能光伏板对供热系统中循环水泵、大温差热泵压缩机等用电设备供电，将风电与光电做基础电源，市电在风光资源不足时做电源补充，提高可再生能源发电量的消纳能力，以上风光互补清洁供热系统将风光资源互补充分融入到集中供热系统的换热机组中，可实现设备运行耗电量自给自足，提高风光可再生能源的消纳能力与能源利用率，降低供热成本与污染物排放，实现集中供热系统热耗、电耗、水耗多重运行指标降低。
33.所述一种风光互补的换热站大温差清洁供热系统运行方法，具体如下：微电网部分：风力发电机利用风能发出的电先经整流器再经逆变器处理后变为可用交流电，太阳能光伏板利用太阳能发出的电经逆变器处理后变为可用交流电，二者经配电箱分配给系统中热泵、循环水泵等用电设备，当风电机组与光伏机组出力不足时，利用市电补充不足部分用电量。换热机组部分：换热站一次网来水先经大温差热泵升温后送入换热机组，热泵提取一次网回水热量，拉大一次网供回水温差，实现长距离大温差小流量供热，以降低一次网输送能耗，二次网侧热网回水分三路，一路进入太阳能集热器利用太阳能加热二网回水，第二路经风力制热器利用风机带动搅拌器加热二网回水，第三路进入板式换热器经一次网水加热，而后三路混合后供至热用户，实现风光清洁能源参与供暖。
34.综上所述，本发明用风能日间少夜间多与太阳能日间有夜间无的资源特性互补，首先构建以风力发电机组、光伏发电机组以及市电共同组成的清洁能源供电系统，用于为供热系统中热泵与水泵提供用电量，以风电与光电做基础电源，根据设备电负荷与风光出力情况，市电为其提供电量不足部分的补充，以此提高风电与光电的消纳能力；在换热站一次管网侧加装大温差热泵，用于提高一次网供回水温差，实现长距离大温差小流量供热，以降低集中供热系统输送电耗、水耗及热耗；在二次网侧补充以太阳能集热器与风力制热器并联组成的清洁供热环路，太阳能集热器利用太阳能加热二次网回水，风力制热器以风机带动搅拌器使二次网回水升温达到加热的目的，二者同样利用风光资源互补的特性组成清洁能源供热系统。本发明利用风能“昼少夜多”与太阳能“昼有夜无”的资源特性互补，同时融入大温差热泵，建立一套适用于长距离供热的清洁供热系统，提高了清洁能源消纳能力与利用率，降低了集中供热系统输送能耗，减轻快速扩张的区域热负荷对于热源火电机组的影响，降低系统污染物排放，符合“双碳”政策，适应供热行业向清洁采暖方向的转型发展。
35.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。