一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统
技术领域
本发明涉及暖通领域，具体涉及一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统。
背景技术
随着近年来市场经济的快速发展，城市化进程发展迅速，城市建设规模不断扩大，各种产业园区、大型建筑群和小城镇不断涌现，使总建筑面积逐年增加。同时随着人民生活水平和舒适性的提高，单位建筑面积能耗呈刚性上升的趋势。建筑能耗作为为满足建筑功能和建筑舒适性服务所必需的能耗。
由于持续增长的需求和城市能源结构的调整，全国范围内能源供应形势趋于紧张，能源供应已不能满足经济和环境可持续发展的需要。电力负荷连年增加，特别是夏季高峰电力不足和峰谷差增大，每逢夏季许多城市不得不拉闸限电；全国多个城市出现天然气短缺和提价，能源已经成为制约经济进一步发展的瓶颈。
在建筑能耗中所占比例最高和节能潜力最大的是满足建筑冷暖舒适需求的空调和采暖负荷。现有技术中建筑空调及热水等系统，耗费大量电能，且电能消耗大，能效比低，不够环保节能。
发明内容
本发明针对目前建筑供冷耗费电能多的问题，提供一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，
包括内燃机组、溴化锂吸收式制冷机组、湖水源热泵机组和建筑供冷设备；所述内燃机组用于发电为用电终端供电；所述溴化锂吸收式制冷机组用于吸收所述内燃机组的余热给水降温后提供给所述建筑供冷设备；所述湖水源热泵机组用于将所述建筑供冷设备的回水制冷后提供给所述建筑供冷设备；
所述溴化锂吸收式制冷机组的加热烟气进口与内燃机组的加热烟气出口连接，所述溴化锂吸收式制冷机组的冷水出口与所述建筑供冷设备的冷水进口连接，所述建筑供冷设备的回水流出后分两条支路，一支流入所述溴化锂吸收式制冷机组的回水进口，另一支流入所述湖水源热泵机组的回水进口，所述湖水源热泵机组的冷水出口与所述溴化锂吸收式制冷机组的冷水出口合并后与所述建筑供冷设备的冷水进口连通。
优选的，所述供能系统还包括双工况冷水机组和冰蓄冷装置，所述双工况冷水机组用于将所述建筑供冷设备的回水制冷后再对所述建筑供冷设备提供冷源；所述双工况冷水机组还用于制备流态冰并储存于所述冰蓄冷装置中；所述冰蓄冷装置用于储存流态冰，并将流态冰的冷量释放出来对所述建筑供冷设备提供冷源；所述双工况冷水机组的回水进口与所述建筑供冷设备的回水出口连通，所述双工况冷水机组的冷水出口分两支，一支与所述建筑供冷设备的冷水进口连接，另一支与所述冰蓄冷装置的冷水进口连接，所述冰蓄冷装置的冷水出口与所述建筑供冷设备的冷水进口连通，所述冰蓄冷装置的回水出口与所述双工况冷水机组的回水进口连通。通过双工况冷水机组和冰蓄冷装置实现移峰填谷，进一步提高供能系统的灵活性，大大提高能源利用效率。
优选的，所述供能系统还包括制冰板式换热器，所述制冰板式换热器用于通过所述双工况冷水机组对所述建筑供冷设备的回水制冷；所述制冰板式换热器的回水进口与所述建筑供冷设备的回水出口连通，所述制冰板式换热器的回水出口与所述双工况冷水机组的进口连通，所述制冰板式换热器的冷水进口与所述双工况冷水机组的冷水出口连通，所述制冰板式换热器的冷水出口与所述建筑供冷设备的冷水进口连通。通过制冰板式换热器利用双工况制冷机组产生的冷量对建筑的用户侧回水进行降温。
优选的，所述供能系统还包括第一融冰板式换热器，所述第一融冰板式换热器的第一冷水进口与所述冰蓄冷装置的冷水出口连通，所述第一融冰板式换热器的第二冷水进口与所述制冰板式换热器的的冷水出口连通，所述第一融冰板式换热器的的冷水出口与所述建筑供冷设备的冷水进口连通；所述第一融冰板式换热器用于利用所述冰蓄冷装置内储存的流态冰对制冰板式换热器制冷的冷水进一步制冷。为了进一步降低冷源的温度，减少系统的能耗，因此增加第一融冰板式换热器，对制冰板式换热器制冷的冷水进一步制冷，从而满足建筑供冷设备的需求。
优选的，所述供能系统还包括第二融冰板式换热器，所述第二融冰板式换热器用于利用冰蓄冷装置对所述溴化锂吸收式制冷机组、湖水源热泵机组的出口水进行再冷后提供给所述建筑供冷设备；所述第二融冰板式换热器的第一冷水进口与所述冰蓄冷装置的冷水出口连通，所述第二融冰板式换热器的第二冷水进口与所述溴化锂吸收式制冷机组的冷水出口连通，所述溴化锂吸收式制冷机组的冷水出口与所述建筑供冷设备的冷水进口连通，进一步节约了能量。
优选的，所述供能系统还包括余热锅炉、烟—水换热器和建筑供热设备，所述余热锅炉的加热烟气进口与所述内燃机组加热烟气出口连通，所述余热锅炉的回水进口与所述建筑供热设备的回水出口连通，所述余热锅炉的热水出口与所述建筑供热设备的热水进口连通，所述余热锅炉的加热烟气出口与所述烟—水换热器的加热烟气进口连通，所述湖水源热泵机组的热水管穿过所述烟—水换热器后与所述建筑供热设备的热水进口连通；所述余热锅炉用于吸收所述内燃机组的余热生产热水然后提供给所述建筑供热设备；所述烟—水换热器用于吸收所述余热锅炉的余热对所述湖水源热泵机组的出水进行再加热后再提供给所述建筑供热设备。在冬季的时候通过将内燃机组发电的余热传递到余热锅炉内对水进行升温然后提供给建筑供热设备，实现对建筑的供暖，节约了能源。
优选的，所述供能系统还包括相变蓄热装置，所述相变蓄热装置用于将吸收烟-水换热器出口的余热储存在相变储热水箱中，在用热高峰期或用电高峰期将储存的热能根据热量需求逐步释放，所述相变蓄热装置的加热烟气进口与烟—水换热器的加热烟气出口连通，所述烟-水换热器的加热烟气出口与所述建筑供热设备的热水进口连通。通过相变蓄热装置再次对烟-水换热器的余热进行利用，使得热量得到最大程度的利用。
优选的，所述供能系统还包括燃气锅炉，所述燃气锅炉的热水出口与所述建筑供热设备的热水进口连通，所述燃气锅炉的回水进口与所述建筑供热设备的回水出口连通，所述燃气锅炉用于生产热水并提供给所述建筑供热设备。当余热锅炉相变蓄热装置以及湖水源热泵机组提供的热能不能满足建筑制热设备需求时，则通过燃气锅炉为建筑提供热能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本申请通过溴化锂吸收式制冷机组吸收内燃机组发电过程中产生的热能而制成冷水，从而为建筑供冷设备提供冷量，实现了能源的再利用，然后在溴化锂吸收式制冷机组产生的冷量不能满足建筑需求时，建筑供冷设备通过湖水源热泵机组与地表内的水实现热交换，从而实现能源的再生利用。内燃机组、溴化锂吸收式制冷机组、湖水源热泵机组三者之间联合运行供冷，节约了电能的消耗。
附图说明：
图1为本申请提供的一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统的结构示意图；
图2为本申请提供的一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统夏季运行的结构示意图；
图3为本申请提供的一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统冬季运行的结构示意图。
图中标记：1-内燃机组，2-用电终端，3-溴化锂吸收式制冷机组，4-湖水源热泵机组，5-双工况冷水机组，6-冰蓄冷装置，7-制冰板式换热器，8-第一融冰板式换热器，9-第二融冰板式换热器，10-烟—水换热器，11-余热锅炉，12-燃气锅炉，13-建筑供冷设备，14-建筑供热设备，15-相变蓄热装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本申请提供了一种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，包括内燃机组1、溴化锂吸收式制冷机组3、湖水源热泵机组4、建筑供冷设备13、双工况冷水机组5、余热锅炉11和烟—水换热器10。
内燃机组1为动力发电装置，通过做功发电，用于溴化锂吸收式制冷机组3、湖水源热泵机组4、建筑制冷设备和建筑制热设备的运行。内燃机组通过压气机涡轮将空气压缩，高压空气在燃烧室与天然气混合燃烧，使烟气膨胀做功，推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电，产出的电能为用电终端供电，排出的高温烟气输送给下一级用热设备使用。
余热锅炉11，利用内燃机组1排出的余热，生产热量，满足建筑供热设备14的热需求。余热锅炉的工作原理：燃料经过燃烧产生高温烟气释放热量，高温烟气先进入炉膛，再进入前烟箱的余热回收装置，接着进入烟火管，最后进入后烟箱烟道内的余热回收装置而生产热水或蒸汽。
燃气锅炉12，用于生产热量，为冬季供暖进行调峰，保证建筑供暖。燃气锅炉的工作原理：燃气锅炉接通电源后,控制系统开始检测锅炉的水位和外壳温度,检测正常,锅炉开始启动燃烧器,对水进行加热,当水温达到设定温度后,燃烧器停止加热,同时锅炉水温已达到开泵温度,锅炉启动热水循环泵,热水在采暖管道系统中循环,通过散热器(如暖气片,风机盘管水暖空调,中央空调机组等)散热实现采暖目的。
溴化锂吸收式制冷机组3，利用内燃机组1发电产生的余热，用于制取冷量，满足建筑制冷设备的冷需求。溴化锂吸收式制冷机的工作原理：水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。利用内燃机组排出的热能为动力，当溴化锂水溶液在发生器内受到高温烟气的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸气发生器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的。
湖水源热泵机组4，是利用地表水进行冷热交换作为水源热泵的冷热源，冬季把湖水中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时湖水为“热源”；夏季把室内热量排出来，释放到地表水中，此时湖水为“冷源”。在夏季工况下，与双工况冷水机组5、溴化锂吸收式制冷机组3联合运行，以生成冷量，满足建筑供冷设备13的冷需求；在冬季工况下，与余热锅炉11、燃气锅炉12联合运行，以生产热量，满足建筑热需求。湖水源热泵机组的工作原理：利用湖泊水体吸收太阳能而形成的低品位热能资源，将湖水作为冷热源，采用热泵原理，在夏季，湖水源热泵机组将建筑物中的热量转移到湖水中，实现建筑供冷；在冬季，则从湖水中提取热量，实现建筑供热。低品位热能资源即难以利用的热能。
双工况冷水机组5，在冷量需求的低谷时期将水制成流态冰储存在冰蓄冷装置6中，在冷量需求的高峰时期，将冰蓄冷装置6中的冷量释放出来满足建筑的冷需求，具有移峰填谷的作用。双工况冷水机组的工作原理：昼间，经过主机降温的乙二醇液流经制冰板式换热器，向空调末端输送冷量，进入制冰板式换热器前温度为3.5℃，通过制冰板式换热器后载冷剂温度上升到10.5℃，载冷剂通过冷冻泵回流制冷机组；夜间，将载冷剂20％浓度的乙二醇液流经主机降温，再输送至冰蓄冷装置对冰蓄冷装置中的水降温，降温一般降至-3℃左右，于此同时冰蓄冷装置的另一侧管道把乙二醇液输送出来，经过冷冻泵回流到主机中，就这样，低温的乙二醇对冰蓄冷装置的水进行循环降温。
制冰板式换热器7，用于利用双工况制冷机组产生的冷量对建筑的用户侧回水进行降温。制冰板式换热器的工作原理：经过主机降温的乙二醇液流经制冰板式换热器，进入制冰板式换热器前温度为3.5℃左右，与建筑供冷设备的回水进行热交换后，乙二醇液温度上升到10.5℃左右，回水得到冷却用于建筑供冷。
冰蓄冷装置的工作原理：将双工况冷水机组制取的流态冰储存在蓄冰槽中，在白天高峰负荷时，蓄冰槽中0℃的水被输送到融冰板式换热器中进行热交换，换热后的高温水回流到储冰罐，被洒在冰上直接进行融冰，只要罐中有冰就可以一直保持出水温度在3.5℃左右，为融冰板式换热器的另一侧提供5-7℃的冷水用于建筑供冷。
第一融冰板式换热器8，用于利用冰蓄冷装置6释放的冷量对制冰板式换热器7出水进行降温，使其达到设定值，减少系统的能耗。
第二融冰板式换热器9，用于利用冰蓄冷装置6释放的冷量对空调机组侧的出口水进行再冷，使其达到设定值，减少系统的能耗。
融冰板式换热器的工作原理：冰蓄冷装置6中0℃的水被输送到融冰板式换热器中进行热交换，为融冰板式换热器的另一侧提供5-7℃的冷水用于建筑供冷。
烟—水换热器10，用于利用余热锅炉11出口的余热对湖水源热泵机组4空调侧出口水进行再热，使其达到设定值，提高湖水源热泵系统的供热能效。烟-水换热器的工作原理：换热面的一侧通过烟气，另外一侧通过需要加热的水，两者进行热交换，使水得到加热，提高水的温度，使烟气排烟温度下降，提高烟气余热的利用程度。
相变蓄热装置15，用于利用烟-水换热器10出口多余的热量储存在相变储热水箱中，在用热高峰期或用电高峰期将储存的热能根据建筑热量需求逐步释放。相变蓄热装置的工作原理：利用热源提供的热能储存在相变储热水箱中，在用热高峰期或用电高峰期将储存的热能根据用户热量需求逐步释放而生产热水向建筑供热。
建筑供冷设备13利用空调机组制取的冷水与建筑室内房间的空气进行热交换，对室内房间空气进行降温，从而达到供冷的目的。
本申请中的内燃机组1、溴化锂吸收式制冷机组3、湖水源热泵机组4、双工况冷水机组5等制冷或制热的设备，各自可包括一台或多台相同的设备，如果是多台设备则是并联后输出，入口处也并联。例如，溴化锂吸收式制冷机组3可以是一台溴化锂吸收式制冷机或者多台溴化锂吸收式制冷机，如果是多台溴化锂吸收式制冷机则每台溴化锂吸收式制冷机之间是并联，并联后的输出端与建筑供冷设备连通供冷。
本申请提供的供能系统中，还包括信号反馈网络，用于监控溴化锂吸收式制冷机组3、湖水源热泵机组4、双工况冷水机组5等和建筑终端设备用电实时情况，控制电量的传输。
如图2所示，为本申请提供的区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统针对夏季的结构示意图。
内燃机组1用于发电，所述内燃机组1用于发电为用电终端2供电；所述溴化锂吸收式制冷机组3用于吸收所述内燃机组1的余热给水降温后提供给所述建筑供冷设备13；所述湖水源热泵机组4用于将所述建筑供冷设备的回水制冷后提供给所述建筑供冷设备13。
所述溴化锂吸收式制冷机组3的加热烟气进口与内燃机组1的加热烟气出口连接，所述溴化锂吸收式制冷机组3的冷水出口与所述建筑供冷设备13的冷水进口连接，所述建筑供冷设备13的回水流出后分三条支路，第一支流入所述溴化锂吸收式制冷机组3的回水进口，第二支流入所述湖水源热泵机组4的回水进口，所述湖水源热泵机组4的冷水出口与所述溴化锂吸收式制冷机组3的冷水出口合并后与所述建筑供冷设备13的冷水进口连通。所述建筑供冷设备13的第三支回水与所述制冰板式换热器7的回水进口连通。
所述双工况冷水机组5的冷水出口分两支，一支冷水出口与所述制冰板式换热器7的冷水进口连接，另一支与所述冰蓄冷装置6的冷水进口连接。所述冰蓄冷装置6的冷水出口与第一融冰板式换热器8的第一冷水进口和第二融冰板式换热器9第一冷水进口连通，第一融冰板式换热器8的回水出口和第二融冰板式换热器9的回水出口均与冰蓄冷装置6的回水进口连通。所述第一融冰板式换热器8的第二冷水进口与所述制冰板式换热器7的的冷水出口连通，所述第二融冰板式换热器9的第二冷水进口与所述溴化锂吸收式制冷机组3的冷水出口连通，所述第一融冰板式换热器8的冷水出口与第二融冰板式换热器9的冷水出口与建筑供冷设备13的冷水进口连通。所述冰蓄冷装置6的回水出口与所述双工况冷水机组5的回水进口连通。所述制冰板式换热器7的回水出口与所述双工况冷水机组5的进口连通。
所述湖水源热泵机组4和所述双工况冷水机组5的湖水进口与湖水连通，所述湖水源热泵机组4和所述双工况冷水机组5的湖水出口也与湖水连通。
内燃机组1可以采用天然气作为燃料输入内燃机组1内，做功发电。从内燃机组1出口的高温烟气进入溴化锂吸收式制冷机组3制冷，而不足的建筑冷量由湖水源热泵机组4以及双工况冷水机组5提供，使湖水源热泵机组4与溴化锂吸收式制冷机组3、双工况冷水机组5多能互补运行，以满足建筑冷需求。昼间，优先以冰蓄冷装置6供冷，用户侧回水流经制冰板式换热器7进行降温，再流经第一融冰板式换热器8降至设定温度供给用户。不足部分开启湖水源热泵机组4、溴化锂吸收式制冷机组3，用户侧回水流经湖水源热泵机组4、溴化锂吸收式制冷机组3进行降温，再流经第二融冰板式换热器9降至设定温度供给用户。夜间，利用低谷电价，满负荷开启双工况冷水机组5制取流态冰。湖水源热泵机组4、溴化锂吸收式制冷机组3为建筑提供冷量，不足部分由冰蓄冷装置6提供。同时通过信号反馈网络对机组和建筑终端设备用电进行实时监控，控制电量的传输。
内燃机组1的加热烟气的热量与溴化锂吸收式制冷机组的回水在溴化锂吸收式制冷机组中进行热量交换，使得溴化锂吸收式制冷机组3的回水的温度低于溴化锂吸收式制冷机组3冷水的温度。同理湖水源热泵机组4冷水出口流出的冷水的温度比回水进口流进的回水温度低，双工况冷水机组5、冰蓄冷装置6、制冰板式换热器7、第一融冰板式换热器8、第二融冰板式换热器9同样，每个装置回水进口流出的回水均比各自的冷水出口流出的冷水温度高。
湖水源热泵机组4的湖水进口与湖水出口的流量根据实际需求设定，同样双工况冷水机组5的湖水进口与湖水出口的流量也根据实际需求设定。一般情况湖水进口与湖水出口的流量是一样的。内燃机组1流入溴化锂吸收式制冷机组3的加热烟气与溴化锂吸收式制冷机组3喷出的加热烟气流量也是一样的。
如图3所示，为本申请提供的区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统针对冬季的运行示意图。
余热锅炉11、湖水源热泵机组4、烟—水换热器10和相变蓄热装置15串联。所述余热锅炉11的加热烟气进口与所述内燃机组1加热烟气出口连通，所述余热锅炉11的回水进口与所述建筑供热设备14的回水出口连通，所述余热锅炉11的热水出口与所述建筑供热设备14的热水进口连通，所述余热锅炉11的加热烟气出口与所述烟—水换热器10的加热烟气进口连通，所述湖水源热泵机组4的热水管经所述烟—水换热器10与加热烟气换热后与所述建筑供热设备14的热水进口连通。所述相变蓄热装置15的加热烟气进口与烟—水换热器10的加热烟气出口连通，所述烟-水换热器10的加热烟气出口与所述建筑供热设备14的热水进口连通。
所述余热锅炉11用于吸收所述内燃机组1的余热生产热水然后提供给所述建筑供热设备14；所述烟—水换热器10用于吸收所述余热锅炉11的余热对所述湖水源热泵机组4的出水进行再加热后再提供给所述建筑供热设备14。所述相变蓄热装置15用于将吸收烟-水换热器10出口的余热储存在相变储热水箱中，在用热高峰期或用电高峰期将储存的热能根据热量需求逐步释放。
天然气进入内燃机组1燃烧膨胀做功发电，用于机组和建筑终端设备的运行。从内燃机组1出来的高温烟气进入余热锅炉11制热，余热锅炉11出来的烟气进入烟—水换热器10对湖水源热泵机组4空调侧的出水进行再热至设定温度供给用户，相变蓄热装置15将多余的热量储存于相变储热水箱中，在用热高峰期或用电高峰期将储存的热能根据建筑热量需求逐步释放，使余热利用最大化，以满足冬季建筑热需求。而不足的建筑热能由燃气锅炉12进行补充，保证建筑热能的稳定供应，燃气锅炉12起到建筑冬季供暖调峰的作用。同时通过信号反馈网络对机组和建筑终端设备用电进行实时监控，控制电量的传输。
本申请提供的区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统在冬季和夏季时使用的湖水源热泵机组4可以为同一台设备。本申请中所述的冷量、冷源即冷水，热量、热源即热水。冷量、冷源、热量、热源均是一种载体。各个机组之间的连接是通过管道连接的。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，综合利用内燃机组1发电产生的热能、天然气能源以及湖水等可再生能源多种能源技术，通过对三种能源系统联合运行，发挥各自的优势，保证系统供能的稳定性，大大减少系统运行费用。
2、本发明提供的这种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，充分考虑夜间低谷电价，利用冰蓄冷装置6在夜间进行蓄冷，白天释放冷量，实现移峰填谷，进一步提高复合供能系统的灵活性，大大提高能源利用效率。
3、本发明提供的这种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，通过将内燃机组实现高温段发电、中温段制冷或制热、低温段余热再利用，逐级多次利用能量，进而提高整个内燃机组的性能效率，实现能源的梯级利用。
4、本发明提供的这种区域分布式能源系统与湖水源热泵复合的供能系统，利用分布式能源系统排出的余热对湖水源热泵系统进行再热，通过提高湖水源热泵机组4的出水温度，进而提高了湖水源热泵系统制热效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
