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CN112880220A - 一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统 - Google Patents

一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统 Download PDF

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CN112880220A CN202110122209.5A CN202110122209A CN112880220A CN 112880220 A CN112880220 A CN 112880220A CN 202110122209 A CN202110122209 A CN 202110122209A CN 112880220 A CN112880220 A CN 112880220A
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Abstract

一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统，属于清洁能源利用领域。包括电驱空气源蒸气压缩热泵与热驱动吸收式热泵组成的泵复叠系统，风光互补熔盐蓄热系统，循环热水系统。本发明有多种工作模式：(1)当风能充足时，又分为太阳能充足或太阳能不足。(2)风能不足时，又分为太阳能充足或太阳能不足。(3)无风时，关闭电驱热泵，熔盐罐内的高温熔盐在吸收器加热溴化锂水溶液，此时热驱热泵可以作为一个换热器使用，循环热水在吸收器和吸收式热泵冷凝器内与加热后的溴化锂水溶液换热，换热后的循环热水供给热用户。可以有效降低风能、太阳能供暖的波动性，有望实现对风能、太阳能的高效消纳，实现清洁供暖。

Description

一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统
技术领域
本发明是一种用于风光互补清洁供暖的电驱空气源蒸气压缩热泵和吸收式热泵复叠式热泵系统，属于清洁能源利用领域。
背景技术
利用风能和太阳能供暖是一种清洁的供暖方式，不会对环境产生危害。供暖需要温度较低的低品位热能，采用风电机组发电直接加热供暖热水，不仅效率低下，还造成了高品位的电能的浪费。采用风电机组直接驱动空气源蒸气压缩热泵时，由于环境温度和供暖温度温差较大，常常使系统性能低下，甚至无法运行。同时利用太阳能集热器也能生产较高温度的热能，不宜直接降低温度用于供暖。本发明提出的复叠式热泵系统，可以实现对风能、太阳能的高效消纳利用，实现连续供暖。
发明内容
本发明的目的是利用风能、太阳能进行供暖，既能实现对风光资源的高效消纳利用，又能减小常规供暖方式对环境产生的污染，同时确保供暖连续。
本发明所述的是一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统，其特征在于，包括电驱空气源蒸气压缩热泵与热驱动吸收式热泵组成的泵复叠系统，风光互补熔盐蓄热系统，循环热水系统。
电驱空气源蒸气压缩热泵包括压缩机(2)、蒸发-冷凝器(6)、空气源热泵节流阀(4)、空气源热泵蒸发器(3)；压缩机(2)依次与蒸发-冷凝器(6)、空气源热泵节流阀(4)、空气源热泵蒸发器(3)、压缩机(2)连接，形成循环电驱空气源蒸气压缩热泵；风电机组(1)与压缩机(2)连接；
热驱动吸收式热泵包括发生器(14)、吸收式热泵冷凝器(15)、吸收式热泵节流阀(5)、吸收器(7)、蒸发-冷凝器(6)、熔液泵(8)、溶液热交换器(9)；发生器(14)的浓溶液出口经由溶液热交换器(9)与吸收器(7)连接，发生器(14)的热蒸汽出口依次经由吸收式热泵节流阀(5)、吸收式热泵节流阀(5)、蒸发-冷凝器(6)与吸收器(7)连接；吸收器(7)再依次经由熔液泵(8)、溶液热交换器(9)与发生器(14)连接；
电驱空气源蒸气压缩热泵和热驱动吸收式热泵通过共用部件蒸发-冷凝器(6)连接，组成泵复叠系统；
风光互补熔盐蓄热系统包括：熔盐罐(12)、电加热器(13)、三通阀(10)、太阳能集热器(11)；熔盐罐(12)内设有电加热器(13)，熔盐罐(12)经由发生器(14)与三通阀(10)的第一通连接，三通阀(10)的第二通直接与熔盐罐(12)连接，三通阀(10)的第三通通过太阳能集热器(11)与熔盐罐(12)连接，风电机组(1)与电加热器(13)连接；风电机组(1)产生的电能带动电加热器(13)工作，熔盐在熔盐罐(12)内被加热，然后到发生器(14)内放热，驱动热驱热泵开始工作。换热后的熔盐通过三通阀(10)，或直接与熔盐罐相连，或与太阳能集热器(11)相连，流经太阳能集热器(11)后再流回熔盐罐(12)，完成循环；
循环热水系统：热水系统先吸收吸收器(7)内溶解热，再吸收吸收式热泵冷凝器(15)放出的热量后供热用户使用，回水再进入吸收器(7)吸热。
风电机组(1)产生的电能驱动蒸气压缩空气源热泵工作，制冷剂在压缩机(2)内被压缩成高温高压的气体，然后到蒸发-冷凝器(6)内冷凝放热，经过节流阀(4)节流后变成低温低压两相流体，然后在空气源热泵蒸发器(3)内吸收环境的热量，气化为制冷剂蒸气，制冷剂蒸气再流回到压缩机(2)压缩，完成空气源热泵的循环；熔盐罐(12)内的高温熔盐流入发生器(14)内驱动热驱吸收式热泵工作，溴化锂水溶液在发生器(14)内被加热，蒸发的水蒸气进入吸收式热泵冷凝器(15)放热，发生器(14)溶液内溴化锂浓度升高成为浓溶液，浓溶液通过溶液热交换器(9)放热后进入吸收器(7)；进入到吸收式热泵冷凝器(15)内水蒸气在其中放热冷凝，冷凝液经吸收式热泵节流阀(5)，流入到蒸发-冷凝器(6)内吸收电驱空气源热泵放出的热量，气化为水蒸气，被吸收器(7)吸收，吸收水蒸气后的溴化锂溶液变为稀溶液，经过溶液泵(8)、溶液热交换器(9)流回到发生器(14)，完成吸收式热泵的循环。
采用上述所述的系统进行互补清洁供暖的运行方式，其特征在于，风电机组(1)产生的电能主要用于驱动电驱热泵；当风力充足时，风电机组(1)能驱动电驱热泵正常工作，且有富裕的电量，富裕的电能用来带动电加热器(13)，加热熔盐罐(12)内的熔盐，高温熔盐驱动热驱热泵工作；熔盐系统与太阳能集热系统耦合，当太阳能充足时，在发生器(14)内放热后的熔盐，通过三通阀(10)送入太阳能集热器(11)加热，加热后的熔盐再流回熔盐罐，完成熔盐系统循环；当太阳能不足时，在发生器(14)内换热后的熔盐，通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)，在熔盐罐(12)内被加热，完成熔盐系统循环；风力不足时，风电机组(1)产生的电全部用于驱动电驱热泵工作；吸收式热泵依靠太阳能驱动或者熔盐罐内储存的热能驱动；当无风时，电驱空气源热泵停止工作或依靠电网驱动，如果电驱空气源热泵无法正常工作，吸收式热泵进入换热器模式，即熔盐罐储存的高温热能直接加热溴化锂熔液，溴化锂熔液再加热循环热水，保证热水连续供应。
风电的调配和融盐电加热器的调控均采用控制系统调控，提高智能化操作。
通过空气源热泵与吸收式热泵的复叠系统和风能、太阳能的耦合，既能实现风光的就地消纳，又能减小常规供暖方式给环境带来的污染。采用热泵系统，可以实现对风电的高效利用。利用熔盐蓄热系统，可以有效地存储波动的风能、太阳能，实现热水连续供应。
附图说明
图1，一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统结构图；
风电机组(1)、压缩机(2)、空气源热泵蒸发器(3)、空气源热泵节流阀(4)、吸收式热泵节流阀(5)、蒸发-冷凝器(6)、吸收器(7)、熔液泵(8)、溶液热交换器(9)、三通阀(10)、太阳能集热器(11)、熔盐罐(12)、电加热器(13)、发生器(14)、吸收式热泵冷凝器(15)
具体实施方式
下面结合实施例对本发做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
风电机组(1)产生的电能主要用于驱动电驱蒸气压缩热泵。当风力充足时，风电能驱动电驱热泵正常工作，且有富裕的电能来带动电加热器(13)，加热熔盐罐(12)内的熔盐，高温熔盐驱动热驱吸收式热泵工作。熔盐系统与太阳能集热系统耦合，当太阳能充足时，在发生器(14)内换热后的熔盐，通过三通阀(10)送入太阳能集热器(11)加热，加热后的熔盐再流回熔盐罐，完成熔盐系统循环。当太阳能不足时，在发生器(14)内换热后的熔盐，通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)，在熔盐罐(12)内被加热，完成熔盐系统循环。风力不足时，风电机组(1)产生的电全部用于电驱热泵工作。熔盐罐(12)内的高温熔盐驱动热驱热泵工作。循环热水吸收器(7)和吸收式热泵冷凝器(15)内被加热到指定温度，供给热用户，完成供暖循环。
空气源热泵系统：风电机组(1)产生的电用来带动压缩机(2)，制冷工质在蒸发-冷凝器(6)、空气源热泵节流阀(4)、空气源热泵蒸发器(3)、压缩机(2)中完成循环。
吸收式热泵系统：高温熔盐在发生器(14)内放出热量驱动吸收式热泵工作。吸收式热泵工质水在吸收式热泵冷凝器(15)、吸收式热泵节流阀(5)、蒸发-冷凝器(6)、吸收器(7)、熔液泵(8)、溶液热交换器(9)内完成循环。
循环热水：循环热水在吸收器(7)、吸收式热泵冷凝器(15)内吸收热量，供给热用户，完成循环。
实施案例1：
风力充足时，风电机组(1)驱动电驱热泵工作，剩余的电驱动熔盐罐(12)内的电加热器(13)加热熔盐，高温熔盐作为吸收式热泵发生器(14)的驱动热源，供热驱热泵开始工作。当太阳能充足时，换热之后熔盐经过三通阀(10)，先到太阳能集热器(11)内吸热，再流回熔盐罐(12)，被电加热器(13)加热。当太阳能不足时，换热之后的熔盐通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)。循环热水先在吸收器(7)内吸热，再到吸收式热泵冷凝器(15)内吸热，达到指定温度后，供给热用户，完成供暖循环。
实施案例2：
风力不足时，风电机组(1)驱动电驱热泵正常工作，熔盐罐(12)内的储存的高温熔盐驱动热驱热泵正常工作。太阳能充足时，换热后的熔盐先被太阳能集热器(11)加热，再流回熔盐罐(12)，太阳能不足时，换热后的熔盐通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)。循环热水在吸收器(7)和吸收式热泵冷凝器(15)吸热后，达到指定温度，供给热用户，完成循环。
实施案例3：
无风时，可采用电网电能驱动蒸气压缩热泵，也可关闭电驱热泵。当电驱蒸气压缩热泵关闭时，把熔盐罐(12)内高温熔盐通入发生器(14)，此时整个吸收式热泵可以作为一个换热器使用，即吸收式热泵冷凝器(15)内的冷凝液态水直接进入吸收器(7)，并被其吸收。从发生器(14)出来的熔盐在太阳能集热器(11)中吸热后回到熔盐罐(12)。如果太阳能不足，换热后的熔盐通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)，完成熔盐循环。
通过风光互补系统和空气源热泵与吸收式热泵复叠系统的耦合，可以实现风光的就地消纳，有效降低弃风弃光问题。同时熔盐蓄热系统可以有效地降低风能、太阳能的波动性，实现连续稳定的供暖。

Claims (4)

1.一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统，其特征在于，包括电驱空气源蒸气压缩热泵与热驱动吸收式热泵组成的泵复叠系统，风光互补熔盐蓄热系统，循环热水系统；
电驱空气源蒸气压缩热泵包括压缩机(2)、蒸发-冷凝器(6)、空气源热泵节流阀(4)、空气源热泵蒸发器(3)；压缩机(2)依次与蒸发-冷凝器(6)、空气源热泵节流阀(4)、空气源热泵蒸发器(3)、压缩机(2)连接，形成循环电驱空气源蒸气压缩热泵；风电机组(1)与压缩机(2)连接；
热驱动吸收式热泵包括发生器(14)、吸收式热泵冷凝器(15)、吸收式热泵节流阀(5)、吸收器(7)、蒸发-冷凝器(6)、熔液泵(8)、溶液热交换器(9)；发生器(14)的浓溶液出口经由溶液热交换器(9)与吸收器(7)连接，发生器(14)的热蒸汽出口依次经由吸收式热泵节流阀(5)、吸收式热泵节流阀(5)、蒸发-冷凝器(6)与吸收器(7)连接；吸收器(7)再依次经由熔液泵(8)、溶液热交换器(9)与发生器(14)连接；
电驱空气源蒸气压缩热泵和热驱动吸收式热泵通过共用部件蒸发-冷凝器(6)连接，组成泵复叠系统；
风光互补熔盐蓄热系统包括：熔盐罐(12)、电加热器(13)、三通阀(10)、太阳能集热器(11)；熔盐罐(12)内设有电加热器(13)，熔盐罐(12)经由发生器(14)与三通阀(10)的第一通连接，三通阀(10)的第二通直接与熔盐罐(12)连接，三通阀(10)的第三通通过太阳能集热器(11)与熔盐罐(12)连接，风电机组(1)与电加热器(13)连接；风电机组(1)产生的电能带动电加热器(13)工作，熔盐在熔盐罐(12)内被加热，然后到发生器(14)内放热，驱动热驱热泵开始工作。换热后的熔盐通过三通阀(10)，或直接与熔盐罐相连，或与太阳能集热器(11)相连，流经太阳能集热器(11)后再流回熔盐罐(12)，完成循环；
循环热水系统：热水系统先吸收吸收器(7)内溶解热，再吸收吸收式热泵冷凝器(15)放出的热量后供热用户使用，回水再进入吸收器(7)吸热。
2.按照权利要求1所述的一种用于风光互补清洁供暖的复叠式热泵系统，其特征在于，风电机组(1)产生的电能驱动蒸气压缩空气源热泵工作，制冷剂在压缩机(2)内被压缩成高温高压的气体，然后到蒸发-冷凝器(6)内冷凝放热，经过节流阀(4)节流后变成低温低压两相流体，然后在空气源热泵蒸发器(3)内吸收环境的热量，气化为制冷剂蒸气，制冷剂蒸气再流回到压缩机(2)压缩，完成空气源热泵的循环；熔盐罐(12)内的高温熔盐流入发生器(14)内驱动热驱吸收式热泵工作，溴化锂水溶液在发生器(14)内被加热，蒸发的水蒸气进入吸收式热泵冷凝器(15)放热，发生器(14)溶液内溴化锂浓度升高成为浓溶液，浓溶液通过溶液热交换器(9)放热后进入吸收器(7)；进入到吸收式热泵冷凝器(15)内水蒸气在其中放热冷凝，冷凝液经吸收式热泵节流阀(5)，流入到蒸发-冷凝器(6)内吸收电驱空气源热泵放出的热量，气化为水蒸气，被吸收器(7)吸收，吸收水蒸气后的溴化锂溶液变为稀溶液，经过溶液泵(8)、溶液热交换器(9)流回到发生器(14)，完成吸收式热泵的循环。
3.采用权利要求1货所述的系统进行互补清洁供暖的运行方式，其特征在于，风电机组(1)产生的电能主要用于驱动电驱热泵；当风力充足时，风电机组(1)能驱动电驱热泵正常工作，且有富裕的电量，富裕的电能用来带动电加热器(13)，加热熔盐罐(12)内的熔盐，高温熔盐驱动热驱热泵工作；熔盐系统与太阳能集热系统耦合，当太阳能充足时，在发生器(14)内放热后的熔盐，通过三通阀(10)送入太阳能集热器(11)加热，加热后的熔盐再流回熔盐罐，完成熔盐系统循环；当太阳能不足时，在发生器(14)内换热后的熔盐，通过三通阀(10)直接流回熔盐罐(12)，在熔盐罐(12)内被加热，完成熔盐系统循环；风力不足时，风电机组(1)产生的电全部用于驱动电驱热泵工作；吸收式热泵依靠太阳能驱动或者熔盐罐内储存的热能驱动；当无风时，电驱空气源热泵停止工作或依靠电网驱动，如果电驱空气源热泵无法正常工作，吸收式热泵进入换热器模式，即熔盐罐储存的高温热能直接加热溴化锂熔液，溴化锂熔液再加热循环热水，保证热水连续供应。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，风电的调配和融盐电加热器的调控均采用控制系统调控。
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