一种基于斜温层储罐的热电冷三联供调峰系统
技术领域
本实用新型涉及能源梯级利用领域和储罐领域，具体涉及一种基于斜温层储罐的热电冷三联供调峰系统。
背景技术
随着我国经济水平和人口数量的增长，我国年用电量呈逐年上升趋势。电力需求的提高伴随着能源短缺和环境问题，解决这些问题的途径包括提高能源利用效率和开发新能源等。分布式能源通过系统地综合利用分布在用户端的能源，实现了能源梯级利用，相比于集中式供能系统有更高的经济性、环保性、安全性、可靠性，能够有效提高能源的综合利用效率。
由于我国天然气供应能力正在不断提升，以天然气为一次能源的分布式能源系统技术正在国内大力推广。天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用。该技术能够实现70％以上的综合能源利用效率，并在负荷中心就近实现能源供应，是天然气高效利用的重要方式。2011年，国家能源局发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》，提出了“到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5000万千瓦，初步实现分布式能源装备产业化”的目标。目前，国内的天然气分布式能源可用于楼宇建筑的热电冷三联供，即冬季主要供暖供电和夏季主要供电供冷。
在冬季，热电冷三联供系统的供电高峰主要在白天，而供暖高峰主要在夜间。由于热电耦合关系的存在，系统白天产热可能会出现富余，而夜间为了迎合供热需求则要使机组仍保持较高负荷运行，如能将日间富余的热量用于夜间供暖，则可降低夜间机组负荷，提高能源利用效率。同理，在夏季也存在供电高峰时段与供冷高峰时段无法重合的问题。为了进一步提升热电冷三联供系统的能源利用效率，可在三联供系统中增设蓄能装置，以实现热量或冷量的时空调配。
斜温层储罐具备单罐同时存储高温工质和低温工质的显著优势，相比于双罐蓄能系统可以大幅减小系统复杂性，在蓄冷、蓄热领域应用广泛。近年来，斜温层储水罐多用于热电联产机组的热电解耦和深度调峰。如将斜温层储水罐与热电冷三联供机组耦合，则可使储罐在全年大部分时间得到利用，并实现机组的双向调峰，即夏季白天用斜温层储罐存储多余的热量用于夜间在机组低负荷工况下的供热，或冬季白天用斜温层储罐存储多余的冷量用于夜间的供冷，起到调峰的作用。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有热电冷三联供系统供电与供热、供电与供冷存在耦合的问题，进而提出一种基于斜温层储罐的热电冷三联供调峰系统。
本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种基于斜温层储罐的热电冷三联供调峰系统包括发电机组、供冷机组、发电机、空气换热器、供热机组和斜温层储罐，
天然气管道的出口端与发电机组的燃气输入端连接，发电机组的输出端与发电机的输入端连接，发电机的电力输出端与供电线路的一端连接，供电线路的另一端与用户连接，
发电机组的烟气输出端与供冷机组烟气管道的入口端连接，供冷机组烟气管道的出口端与供冷机组的烟气输入端连接，供冷机组的排气输出端与供冷机组排气管道的入口端连接，送风管道的出口端分别与供冷机组的空气输入端和空气换热器的空气输入端连接，供冷机组的冷气输出端和空气换热器的冷气输出端分别与供冷管道的入口端连接，供冷管道的出口端与用户连接，发电机组的烟气输出端与供热机组烟气管道的入口端连接，供热机组烟气管道的出口端与供热机组的烟气输入端连接，供热机组的排气输出端与供热机组排气管道的入口端连接，回水管道的一端与用户连接，回水管道的另一端分别与供热机组的回水端和冷水管道连接，供热机组的热水端与供热管道的入口端连接，供热管道的出口端与用户连接，冷水管道的一端与斜温层储罐的冷水端连接，冷水管道的另一端分别与供冷机组的冷水端和空气换热器的冷水端连接，热水管道的一端与斜温层储罐的热水端连接，热水管道的另一端分别与供热管道、空气换热器的热水端和供冷机组的热水端连接。
本实用新型与现有技术相比包含的有益效果是：
本实用新型旨在解决热电冷三联供系统供电与供热、供电与供冷存在耦合的问题，包括冬季供暖期夜间供暖需求大迫使发电机组无法低负荷运行的问题、冬季供暖期白天发电机组高负荷运行工况富余热量无法利用的问题、夏季供冷期供电供冷高峰存在时差导致发电机组无法在供冷高峰时段降低负荷的问题。另外，在采用蓄能装置辅助调峰的条件下，蓄能装置要同时满足供热机组的蓄热要求和供冷机组的蓄冷要求。通过将单台斜温层储罐设备与热电冷三联供系统结合，使系统具备调峰能力，在满足供热供冷负荷的前提下使发电机组均可以以低负荷运行，达到提高能源利用效率的目的，并实现节能减排。
本实用新型为解决冬季供暖期间为保证夜间供热能力需要使发电机组仍维持较高负荷运行的问题，通过斜温层储罐收集白天高负荷发电产生的富余热量，以热水的形式存储。夜间，发电机组低负荷运行，供暖能力如不满足用户需求时，可将斜温层储罐中储存的热水放出，直接用于用户侧供暖，实现热电解耦和节能减排。
本实用新型为解决夏季供冷期间供电供冷高峰存在时差导致发电机组无法在供冷高峰时段降低负荷的问题，通过供冷机组将发电机组高负荷运行时产生的富余热量转化为冷量，其多余部分以冷水的形式存储于斜温层储罐。在供冷高峰时段，斜温层释放冷量以分担供冷机组冷负荷，从而允许发电机组负荷适当降低，实现节能减排。
本实用新型为同时满足供热机组的蓄热需要和供冷机组的蓄冷需要，仅靠单台斜温层储罐设备实现了冬季蓄热和夏季蓄冷，减轻了系统整体复杂性。斜温层储罐在全年大部分的时间运行，设备闲置时间比只用于热电解耦的斜温层储罐更短。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型冬季储罐蓄热过程的热电冷三联供调峰系统结构示意图；
图3是本实用新型冬季储罐供热过程的热电冷三联供调峰系统结构示意图；
图4是本实用新型夏季储罐蓄冷过程的热电冷三联供调峰系统结构示意图；
图5是本实用新型夏季储罐供冷过程的热电冷三联供调峰系统结构示意图；
其中箭头的方向表示气体或液体的流向。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种基于斜温层储罐的热电冷三联供调峰系统包括发电机组1、供冷机组3、发电机4、空气换热器8、供热机组15和斜温层储罐16，
天然气管道19的出口端与发电机组1的燃气输入端连接，发电机组1的输出端与发电机4的输入端连接，发电机4的电力输出端与供电线路5的一端连接，供电线路5的另一端与用户10连接，
发电机组1的烟气输出端与供冷机组烟气管道18的入口端连接，供冷机组烟气管道18的出口端与供冷机组3的烟气输入端连接，供冷机组3的排气输出端与供冷机组排气管道6的入口端连接，送风管道2的出口端分别与供冷机组3的空气输入端和空气换热器8的空气输入端连接，供冷机组3的冷气输出端和空气换热器8的冷气输出端分别与供冷管道7的入口端连接，供冷管道7的出口端与用户连接，发电机组1的烟气输出端与供热机组烟气管道17的入口端连接，供热机组烟气管道17的出口端与供热机组15的烟气输入端连接，供热机组15的排气输出端与供热机组排气管道14的入口端连接，回水管道11的一端与用户10连接，回水管道11的另一端分别与供热机组15的回水端和冷水管道9连接，供热机组15的热水端与供热管道12的入口端连接，供热管道12的出口端与用户10连接，冷水管道9的一端与斜温层储罐16的冷水端连接，冷水管道9的另一端分别与供冷机组3的冷水端和空气换热器8的冷水端连接，热水管道13的一端与斜温层储罐16的热水端连接，热水管道13的另一端分别与供热管道12、空气换热器8的热水端和供冷机组3的热水端连接。
本实施方式中各管道上均设有阀门，阀门的数量及位置根据控制需要进行设定，以便实现热电冷三联供调峰系统的调控。
本实施方式中天然气管道19用于发电机组1的燃料输送，发电机组1将天然气的化学能转化为机械能，并排出高温烟气，高温烟气经过供热机组烟气管道17或供冷机组烟气管道18进入供热机组15或供冷机组3。发电机4在发电机组1的驱动下将机械能转化为电能，电力经过供电线路5进入用户10。供热机组15通过高温烟气加热低温回水得到热水，热水经过供热管道12进入用户10或经过供热管道12和热水管道13进入斜温层储罐16储存以备调峰。热水在用户10处降温为低温回水，低温回水经过回水管道11进入供热机组15用于循环供热，或经过回水管道11和冷水管道9进入斜温层储罐16。空气经过送风管道2进入供冷机组3或空气换热器8。供冷机组3在高温烟气热量的驱动下降低空气或水的温度，产生的低温空气经过供冷管道7供给用户10，产生的低温水经过冷水管道9进入斜温层储罐16。斜温层储罐16中的冷水可经过冷水管道9进入空气换热器8，与空气换热转化为较高温度的水并经过热水管道13返回斜温层储罐16循环，空气换热器8中产生的低温空气经过供冷管道7供给用户10。斜温层储罐16中的热水可经过热水管道13进入供冷机组3，在供冷机组中释放热量后转化为冷水并经过冷水管道9进入斜温层储罐16。
冬季储罐蓄热过程。天然气在发电机组1中燃烧产生烟气，高温烟气从供热机组烟气管道17进入供热机组15，在其中与低温水换热。换热后的废气经供热机组排气管道14排出系统，热水进入供热管道12后，一部分直接进入用户10，一部分经热水管道13进入斜温层储罐16顶部存储起来，用于储罐供热过程。同时，斜温层储罐16底部的冷水从冷水管道9进入回水管道11，与来自用户10的低温回水汇合后进入供热机组15。热水管道13流量与冷水管道9流量基本保持一致，以维持斜温层储罐16液位的稳定状态。当斜温层储罐16有效容积储满热水后，切断热水管道13与供热管道12之间的连接，切断冷水管道9与回水管道11之间的连接，蓄热过程结束。
冬季储罐供热过程。来自用户10的低温回水经过回水管道11一部分进入供热机组15，另一部分再经过冷水管道9进入斜温层储罐16底部。进入供热机组15的低温回水与高温烟气换热，换热后的废气经供热机组排气管道14排出系统，热水经供热管道12全部进入用户10。在低温回水进入斜温层储罐16的同时，储罐蓄热过程存储的热水先后经热水管道13和供热管道12进入用户10，热水管道13流量与冷水管道9流量基本保持一致，以维持斜温层储罐16液位的稳定状态。当斜温层储罐16有效容积储满低温回水后，切断热水管道13与供热管道12之间的连接，切断冷水管道9与回水管道11之间的连接，供热过程结束。
夏季储罐蓄冷过程。天然气在发电机组1中燃烧产生烟气，高温烟气从供冷机组烟气管道18进入供冷机组3驱动制冷，得到的冷量用于来自送风管道2的空气以及来自热水管道13的热水的放热降温。高温烟气驱动供冷机组3后转化为废气并经供冷机组排气管道6排出系统。换热后的低温空气经供冷管道7进入用户10供冷，冷水经冷水管道9进入斜温层储罐16底部存储，用于储罐供冷过程。斜温层储罐16顶部的热水从热水管道13进入供冷机组3，热水管道13流量与冷水管道9流量基本保持一致，以维持斜温层储罐16液位的稳定状态。当斜温层储罐16有效容积储满冷水后，切断冷水管道9及热水管道13与供冷机组3之间的连接，蓄冷过程结束。
夏季储罐供冷过程。高温烟气驱动供冷机组3后转化为废气并经供冷机组排气管道6排出系统。来自送风管道2的空气在供冷机组3中放热转化为低温空气，经过供冷管道7进入用户10供冷。来自斜温层储罐16底部的冷水经冷水管道9进入空气换热器8与来自送风管道2的空气换热，换热后的低温空气经供冷管道7进入用户10供冷，热水以与冷水相同的流量经过热水管道13进入斜温层储罐16顶部，以维持斜温层储罐16液位的稳定状态。当斜温层储罐16有效容积储满热水后，切断冷水管道9、热水管道13、送风管道2及供冷管道7与空气换热器8之间的连接，供冷过程结束。
具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述斜温层储罐16的冷水端设置在斜温层储罐16的底部，斜温层储罐16的热水端设置在斜温层储罐16的顶部。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述所述斜温层储罐16为立式圆筒形自支撑拱顶储罐。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述发电机组1为燃气内燃机。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述发电机组1为燃气轮机。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述供冷机组3为烟气型溴化锂吸收式制冷机组。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述供热机组15为烟气换热器。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实用新型为解决冬季供暖期间为保证夜间供热能力需要使发电机组仍维持较高负荷运行的问题，通过斜温层储罐收集白天高负荷发电产生的富余热量，以热水的形式存储。夜间，发电机组低负荷运行，供暖能力如不满足用户需求时，可将斜温层储罐中储存的热水放出，直接用于用户侧供暖，实现热电解耦和节能减排。
本实用新型为解决夏季供冷期间供电供冷高峰存在时差导致发电机组无法在供冷高峰时段降低负荷的问题，通过供冷机组将发电机组高负荷运行时产生的富余热量转化为冷量，其多余部分以冷水的形式存储于斜温层储罐。在供冷高峰时段，斜温层释放冷量以分担供冷机组冷负荷，从而允许发电机组负荷适当降低，实现节能减排。
本实用新型为同时满足供热机组的蓄热需要和供冷机组的蓄冷需要，仅靠单台斜温层储罐设备实现了冬季蓄热和夏季蓄冷，减轻了系统整体复杂性。斜温层储罐在全年大部分的时间运行，设备闲置时间比只用于热电解耦的斜温层储罐更短。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
