專利名稱：多功能分布式冷熱電聯產系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能源技術領域，特別是一種多功能分布式冷熱電聯產系統。
背景技術：
分布式能源系統是一種新型的能源系統，與常規能源供應系統相比，具有安全可靠、能源利用效率高、環境友好、經濟性良好等優點，因而受到世界范圍的廣泛重視。分布式冷熱電聯產系統是分布式能源系統中前景最為明朗，最具實用性和發展活力的技術。
目前的分布式冷熱電聯產系統主要由動力發電裝置和吸收式機組等組成。動力裝置一般為燃氣輪機或內燃機。燃氣輪機或內燃機的排煙作為高溫熱源驅動吸收式機組。在夏季吸收式機組制冷，在冬季吸收式機組作為換熱器使用，生產熱量滿足建筑熱負荷和生活熱水需求。目前的分布式冷熱電聯產系統方案中大多存在以下幾個問題。1.能量利用不合理。燃氣輪機和內燃機的排煙溫度在400-500℃，冬季將這部分中溫余熱直接供暖，造成了能源的浪費。另外，很多系統(例如美國馬里蘭大學的系統，北京燃氣大樓的系統等)為了增加制冷量往往采取補燃的方法，使用高品位燃料制取低品位的冷能更加不符合能量梯級利用的原理。2.吸收式機組的冷凝器向環境排放大量低溫熱量，不僅消耗大量電能(冷卻水泵的動力消耗)而且還造成熱污染。3.沒有考慮到可再生能源與分布式冷熱電聯產系統的整合。
實用新型內容為了克服現有冷熱電聯產系統的缺點，本實用新型的目的在于提出一種新型分布式冷熱電聯產系統及其方法。該系統具有以下幾個特點1.注重能的梯級利用，燃料燃燒產生的能量從高溫到接近環境溫度分成高溫段、中溫段和低溫段，對不同溫度區間內的熱量進行不同方式的利用，以達到能源的梯級合理使用。2.注重可再生能源和水資源與分布式冷熱電聯產系統的互補，使新系統具備了多種能源輸入和多種能源輸出的功效。由于本實用新型將太陽能和水資源作為低溫熱源，使得吸收式熱泵在冬季可以以熱泵方式運行，將低溫熱源的熱量品位提高到滿足供熱要求的水平，與直接供熱方式相比系統節能率大幅提高。3.針對吸收式制冷機組的工作特點，提出了在吸收式制冷機組冷凝器中提取生活熱水的方法，將原本排放到環境中的低品位熱量予以充分利用。4.首次將建筑功能與冷熱電聯產系統進行了整合，此方法特別適合于游泳館等場合。具體方法是將游泳池的池水作為吸收式制冷機組的冷卻水，一方面實現了游泳池池水加溫，另一方面在提高吸收式制冷機組的能源利用效率的同時，還減少了吸收式制冷機組的冷卻水塔的負荷。
為了達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是提供一種多功能分布式冷熱電聯產系統，動力裝置消耗化石燃料發電，余熱制冷或供暖，其綜合利用多種能源和資源，綜合梯級利用動力裝置排放的中低溫余熱，冷熱電聯產系統與建筑功能結合。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其系統按能量品位的不同綜合利用多種能源包括化石能源和可再生能源，可再生能源作為化石能源的補充。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其所述可再生能源為太陽能，在冬季作為吸收式熱泵的低溫熱源。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其動力裝置排放的中溫余熱與可再生能源結合，在冬季驅動吸收式熱泵制熱。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其中水和地熱資源合理利用，冬季壓縮式熱泵從中水和地熱中提取熱量，與太陽能一起作為吸收式熱泵的低溫熱源，夏季作為冷源吸收制冷機排放的熱量，減少冷卻塔負荷。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其回收低溫余熱，在夏季用來驅動吸收式除濕裝置；夏季吸收式機組冷凝器中的低溫廢熱可以用來加熱游泳池池水，使得冷熱電聯產系統與建筑物功能相結合。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其夏季從吸收式機組的冷凝器中提取生活熱水，不僅提高能源的利用水平，減少熱排放與污染，而且提高制冷機組的性能。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其將蓄冷或蓄熱裝置與分布式冷熱電聯產系統整合，使蓄冷蓄熱裝置機能互補，還有調節冷熱電聯產系統電冷比或電熱比的作用，增加系統運行時間和提高供冷或供熱的安全性。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其壓縮式制冷系統是吸收式制冷系統的互補，在冬季環境溫度很低時起到低溫級熱泵的作用，在冬季任何環境條件下都可以運行。
一種多功能分布式冷熱電聯產系統，由燃氣輪機，余熱型雙效溴化鋰吸收式機組，熱交換器，吸收式除濕裝置，蓄冷裝置，壓縮式機組，壓縮式熱泵組成，其中，燃料進入燃氣輪機的透平做功發電，燃氣輪機驅動雙效溴化鋰吸收式機組制冷或制熱，余熱經熱交換器，用于驅動吸收式除濕裝置，其燃氣輪機連接于余熱型雙效溴化鋰吸收式機組，余熱型雙效溴化鋰吸收式機組連接于熱交換器，熱交換器連接于吸收式除濕裝置，壓縮式機組連接于蓄冷裝置。
一種多功能分布式冷熱電聯產系統，由燃氣輪機、中溫余熱鍋爐、低溫余熱鍋爐、蒸汽型雙效溴化鋰吸收式機組、吸收式除濕裝置、蓄冷裝置和壓縮式機組，壓縮式熱泵，蓄熱裝置組成，其中，燃料進入燃氣輪機的透平做功發電，中溫余熱鍋爐驅動蒸汽型雙效溴化鋰吸收式機組用于制冷或制熱，低溫余熱鍋爐用于提供部分制冷或制熱，其燃氣輪機連接于中溫余熱鍋爐，中溫余熱鍋爐連接于蒸汽型雙效溴化鋰吸收式機組、蓄熱裝置和低溫余熱鍋爐，低溫余熱鍋爐連接于吸收式除濕裝置，壓縮式機組連接于蓄冷裝置。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其制熱時，吸收式機組工作時的低溫熱源由兩部分組成一部分來自太陽能，另一部分來自壓縮式機組從中水和地熱中提取的熱量。
所述的多功能分布式冷熱電聯產系統，其制熱時，吸收式機組工作時的低溫熱源由兩部分組成一部分來自太陽能，另一部分來自縮式機組從中水和地熱中提取的熱量，壓縮式熱泵直接將中水熱量供暖，低溫余熱鍋爐所產生的熱水用于供暖。
本實用新型的有益效果是，利用系統集成的原理提高了能量的利用水平；解決了可再生能源(太陽能)冬季利用困難的難題；提出了分布式能源系統與建筑物功能相結合的方法；進一步挖掘了吸收式機組本身的節能潛力；通過以上的改進使系統與目前其他冷熱電聯產系統相比具有明顯節能效果。
圖1是本實用新型的多功能分布式冷熱電聯產系統第一實施例；圖2是本實用新型的多功能分布式冷熱電聯產系統第二實施例。
具體實施方式
本實用新型提出了兩種具體的技術方案，這兩種技術方案都有以上提出的特點。方案1為燃氣輪機與余熱型吸收式機組分布式冷熱電聯產系統，方案2為燃氣輪機與蒸汽型吸收式機組分布式冷熱電聯產系統，下面將對這兩種方案進行詳細說明。
方案1系統是由小型燃氣輪機，余熱型雙效溴化鋰吸收式制冷/熱泵機組，熱交換器，吸收式除濕裝置和壓縮式制冷/熱泵機組，蓄冷裝置組成的。該系統的運行可以分為兩種方式，分別為制冷工況下運行方式和供熱工況下運行方式。制冷工況運行時，燃料先進入燃氣輪機燃燒室燃燒，產生高溫高壓的燃氣進入透平做功發電。燃氣輪機(或內燃機)排煙直接驅動余熱型雙效溴化鋰吸收式機組制冷，同時回收利用冷凝器中的部分排熱生產生活熱水，其余廢熱由城市中水帶走排入環境。離開吸收式機組的煙氣，進入熱交換器，產生95℃的熱水用以驅動吸收式除濕裝置，從而可以分擔部分制冷負荷。壓縮式制冷機組的主要作用是利用低谷電和系統多余電力蓄冷。當系統的電冷比大于負荷的電冷比時，壓縮式制冷系統開始工作，把多余的電轉化為冷存儲起來。當系統的電冷比小于負荷的電冷比時，將蓄冷裝置所存儲的冷量釋放出來。在制熱工況下運行時，燃氣輪機排煙直接驅動雙效溴化鋰吸收式機組，吸收式機組和壓縮式機組均作熱泵方式運行。熱泵運行的低溫熱源由兩部分組成一部分來自太陽能的低溫熱，另一部分來自壓縮式機組從中水和地熱中提取的熱量。另外，系統還包括一組壓縮式熱泵，直接將城市中水溫度提升用于供暖，該熱泵也起到調節電熱比的作用。此時低溫余熱鍋爐所產生的熱水直接用于供暖和提供生活熱水。
方案2的系統主體與方案1基本相同，區別在于用中溫余熱鍋爐和蒸汽型溴化鋰雙效吸收式機組代替燃氣型溴化鋰吸收式機組。與方案1相同，該方案也可以分為兩種運行方式。在制冷工況下，燃料進入燃氣輪機發電，透平排氣首先進入中溫余熱鍋爐生產蒸汽。蒸汽可以通過蒸汽母管分配到多臺并聯的雙效溴化鋰吸收式機組中制冷，同時采用與方案1相同的方法回收吸收機組冷凝器的排熱。中溫余熱鍋爐的排煙進入低溫余熱鍋爐，生產驅動吸收式除濕裝置95℃的熱水。壓縮式制冷機組的作用同方案1。在制熱工況下運行時，中溫余熱鍋爐產生的蒸汽驅動雙效溴化鋰吸收式機組供熱，其余部分與方案1相同。
以上兩個方案在能量梯級利用方面的具體思路是高溫段煙氣的熱量用于發電；中溫段熱量在冬季時驅動熱泵，從可再生能源或城市中水資源中提取更多低溫的熱量用于供熱，能量利用水平高于常規冷熱電系統的直接供熱方式，而中溫段的熱量夏季用于驅動吸收式機組制冷與常規方式沒有區別；低溫段熱量直接滿足一般的用熱和除濕需求，盡量降低排放溫度，使排煙溫度降低到100℃左右，減少排放損失和環境污染。系統在正常工況下沒有補燃，不足的制冷量由壓縮式制冷和蓄冷裝置提供，但是仍然保持吸收式制冷占制冷負荷的主體地位。壓縮式機組和蓄冷裝置一起完成調節冷熱電系統電冷比的功能。方案中可再生能源和水資源與冷熱電聯產系統互補是目前其他系統中所沒有的。本實用新型提出的兩個方案都考慮了在冷熱電聯產系統中使用太陽能、地熱能和中水資源。眾所周知，太陽能在冬季隨輻射強度的減弱，集熱溫度急劇下降，這是太陽能在冬季利用的難點。在夏季，太陽能產生的高溫水參與吸收式除濕，低溫水用于供應生活熱水；在冬季，太陽能作為雙效吸收式熱泵低溫熱源的一部分(25℃左右)，可以實現太陽能熱利用冬夏兩季的穩定運行。利用地熱溫度隨環境溫度變化不大的特點，夏季將地表水或淺層地下水作為系統制冷機的冷卻水，冬季則可作為系統熱泵機組的低溫熱源。方案中夏季將城市中水作為制冷機組的冷卻水，大大降低了冷卻水的消耗，甚至無需冷卻水塔，從而產生良好的經濟效益和景觀效益。冬季可以利用中水與太陽能熱水、地熱等一起，作為吸收式熱泵的低溫熱源，也可以經過壓縮式機組提溫后，間接作為吸收式熱泵低溫熱源。吸收式機組冷凝器中有大量的低溫熱排入環境，經過研究表明其中大約有10％的熱量可以回收，用于生產生活熱水。具體做法是在冷凝器前增置一個換熱器用于生產生活熱水，該方法相對于目前用燃氣鍋爐或電加熱生產生活熱水的方法具有明顯的節能效益。冷凝器中剩余90％的熱量溫度在40℃左右，可以考慮與建筑物的功能相結合。例如可以與游泳館相結合，游泳館池水通常要維持在25℃，冷凝器的低溫排熱足以加熱游泳池池水，這樣不僅節省了常規用天然氣鍋爐或電加熱池水的巨額費用，還使得吸收式機組冷凝器工作條件得以改善，提高了吸收式機組的能源利用效率，可謂一箭雙雕，有非常明顯的節能效果。
圖1的第一實施例制冷工況下，燃料S1先進入燃氣輪機1燃燒室燃燒，燃氣進入燃氣透平做功發電。燃氣輪機排煙S2直接驅動余熱型雙效溴化鋰吸收式機組2制冷S4；還考慮將雙效溴化鋰吸收式機組冷凝器的排熱回收，用于生產生活熱水S3和加熱游泳池水。離開吸收式機組的170℃的煙氣S5，進入熱交換器3，產生約95℃熱水S7、S9，用于驅動吸收式除濕裝置4，產生冷量S10。電冷比和冷負荷的變化決定壓縮式制冷機組5的運行方式。當系統的電冷比大于負荷的電冷比時，壓縮式制冷系統開始工作，把多余的電轉化為冷量存儲于蓄冷裝置6，如在夜間利用低峰電制冷S21，存儲于蓄冷裝置6中，在白天蓄冷裝置6釋放夜間存儲的冷量S22。而當吸收式制冷機組5和蓄冷裝置6不能滿足建筑冷負荷需求時，壓縮式機組5啟動對外供冷S20。建筑物冷負荷由吸收式制冷機組2，壓縮式機組5，蓄冷裝置6和吸收式除濕裝置4共同提供。太陽能S11用于生產部分生活熱水S14。地熱和中水S15作為吸收式機組2和壓縮式機組5的低溫熱源S6、S18。
圖1的第一實施例供熱工況下，發電與煙氣的余熱利用過程與制冷工況相同，只是此時的余熱型雙效溴化鋰吸收式機組2和壓縮式機組5均作熱泵使用。吸收式熱泵2工作時的低溫熱源由兩部分組成一部分來自太陽能S12，另一部分來自壓縮式機組5從中水和地熱S18中提取的熱量S19、S13。吸收式機組2的排煙余熱S5被熱交換器3回收，生產的95℃熱水S7、S8用于供暖。另外，該系統還包括一組壓縮式熱泵7，直接將中水S16溫度提高到50℃供暖S17，該熱泵7也起到調節電熱比的作用。
圖2的第二實施例制冷工況下，燃料S1進入燃氣輪機1發電。燃氣輪機排煙S2首先進入中溫余熱鍋爐9生產表壓為6bar的飽和蒸汽S3。蒸汽S3、S5進入雙效溴化鋰吸收式機組11中制冷S7。還考慮將雙效溴化鋰吸收式機組冷凝器的排熱回收，用于生產生活熱水S10和加熱游泳池水。蒸汽型吸收式制冷機組11的其余排熱利用城市中水和地熱S18、S19、S8冷卻。中溫余熱鍋爐9的170℃排煙S4進入低溫余熱鍋爐10，生產95℃的熱水S13、S14，驅動吸收式除濕裝置4，產生冷量S16。壓縮式機組5的工作原理與方案1中的相同，詳見方案1。太陽能S29用于生產生活熱水S31、S11。
圖2的第二實施例供熱工況下，發電與煙氣的余熱利用過程與制冷工況相同，只是此時的雙效溴化鋰吸收式機組11和壓縮式機組5均作熱泵。熱泵11工作時的低溫熱源由兩部分組成一部分來自太陽能S30，另一部分來于經壓縮式機組5從中水和地熱S21、S23中提取的熱量S9。另外，該系統還包括一組壓縮式熱泵7，直接將中水溫度S22提高到50℃狀態S28供暖，該熱泵也起到調節電熱比的作用。此時低溫余熱鍋10所產生的熱水S13、S15用于供暖S17。當系統產熱量大于建筑熱負荷時，可以先用蓄熱裝置8將高溫蒸汽的熱量存儲起來S3、S6，保證燃氣輪機滿負荷運行，避免了燃氣輪機部分負荷導致系統性能下降。蓄熱裝置8蓄存的熱量可以在建筑物熱負荷增大時釋放出來S12。
權利要求1.一種多功能分布式冷熱電聯產系統，由燃氣輪機(1)，余熱型雙效溴化鋰吸收式機組(2)，熱交換器(3)，吸收式除濕裝置(4)，蓄冷裝置(6)，壓縮式機組(5)，壓縮式熱泵(7)組成，其中，燃料進入燃氣輪機(1)的透平做功發電，燃氣輪機驅動雙效溴化鋰吸收式機組(2)制冷或制熱，余熱經交換器(3)，用于驅動吸收式除濕裝置(4)，其特征在于，燃氣輪機(1)連接于雙效溴化鋰吸收式機組(2)，雙效溴化鋰吸收式機組(2)連接于交換器(3)，熱交換器(3)連接于吸收式除濕裝置(4)，壓縮式機組(5)連接于蓄冷裝置(6)。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能分布式冷熱電聯產系統，由燃氣輪機(1)、余熱型雙效溴化鋰吸收式機組(2)、熱交換器(3)、吸收式除濕裝置(4)、蓄冷裝置(6)、壓縮式機組(5)、壓縮式熱泵(7)組成，其中，燃料進入燃氣輪機的透平做功發電，燃氣輪機驅動雙效溴化鋰吸收式機組制冷或制熱，余熱經交換器(3)，用于驅動吸收式除濕裝置，燃氣輪機(1)連接于余熱型雙效溴化鋰吸收式機組，余熱型雙效溴化鋰吸收式機組連接于交換器，熱交換器連接于吸收式除濕裝置，壓縮式機組連接于蓄冷裝置。與現有技術相比，該裝置能源利用率有較大提高。
文檔編號F03G7/00GK2687355SQ20042000121
公開日2005年3月23日 申請日期2004年1月19日 優先權日2004年1月19日
發明者金紅光, 鄭丹星, 馮志兵, 韓巍, 隋軍, 王志峰, 徐建中, 崔平 申請人:中國科學院工程熱物理研究所