一種以二氧化碳為工質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以二氧化碳為工質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)，主要包括：二氧化碳供應(yīng)器，升壓泵，二氧化碳存儲器，預(yù)熱器，加熱器，透平機(jī)，發(fā)電機(jī)，預(yù)冷器，冷卻器，電動機(jī)，壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹機(jī)，蒸發(fā)器，儲熱裝置，儲冷裝置等。該系統(tǒng)以朗肯循環(huán)和電壓縮制冷循環(huán)為基礎(chǔ)，可以有效利用富余電能實(shí)現(xiàn)能量存儲，在用戶存在能量需求時(shí)提供電能、冷能和熱能。根據(jù)用戶對電能、熱能和冷能需求的不同，該系統(tǒng)可靈活調(diào)節(jié)能量的輸出，實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)與需求的平衡。該系統(tǒng)也可以可再生能源為能量來源，在運(yùn)行過程中無燃料消耗、不產(chǎn)生污染物，具有較好的環(huán)保效益和節(jié)能效益。
【專利說明】一種以二氧化碳為工質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲能技術(shù)和分布式供能【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，是一種以朗肯循環(huán)和電壓縮制冷循環(huán)為基礎(chǔ)，以二氧化碳為工作介質(zhì)，以富余電能或富余風(fēng)能、太陽能為主要能量來源，利用儲能技術(shù)完成能量存儲，可實(shí)現(xiàn)電、冷、熱同時(shí)供應(yīng)的分布式供能系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]分布式供能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源有效利用的一種重要途徑，電、熱、冷則是分布式供能系統(tǒng)供應(yīng)能量的主要形式。隨著社會的發(fā)展進(jìn)步、人口數(shù)量的增多，人們對于電、熱、冷的需求越來越高，電、熱、冷的需求量隨時(shí)間的變化越來越復(fù)雜。如何利用分布式供能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供能量與用戶對能量的需求量之間的平衡，提高能源的利用率，減少能量的浪費(fèi)，是分布式供能系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。
[0003]近些年，儲能技術(shù)飛速發(fā)展。儲能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)能量的有效存儲，并在需要時(shí)完成能量的高效率釋放。利用儲能技術(shù)，分布式供能系統(tǒng)可以隨時(shí)將富余能源(如用電低谷時(shí)的電力、風(fēng)能、太陽能等)轉(zhuǎn)化為電、熱和冷等形式進(jìn)行存儲，從而有效減少了能源的浪費(fèi)。
[0004]對于目前可知的分布式供能系統(tǒng)而言，以二氧化碳為工作介質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)較為少見。二氧化碳是一種無毒、不易燃、密度高、臨界點(diǎn)適宜(臨界溫度1^=31.1^^界壓力P。= 7.38*10 6Pa)的流體，具有較好的流動性和傳輸特性，常被用于制冷、化工等領(lǐng)域。但從總體上來看，目前對于二氧化碳的開發(fā)和利用還不夠。因此，有必要進(jìn)一步提高二氧化碳的應(yīng)用價(jià)值，拓寬二氧化碳的利用潛力。
[0005]綜上，本發(fā)明提出了一種以二氧化碳為工作介質(zhì)的新型分布式供能系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)電、熱、冷的選擇性供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)與用戶需求的平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明旨在提供一種分布式供能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)，以朗肯循環(huán)和電壓縮制冷循環(huán)為基礎(chǔ)，可以有效利用富余電能實(shí)現(xiàn)能量存儲，并在釋能階段根據(jù)用戶需求，輸出電能、熱能和冷能。該系統(tǒng)可靈活調(diào)節(jié)能量的輸出，并可以富余風(fēng)能、太陽能為能量來源，具有良好的環(huán)保效益和節(jié)能效益。
[0007]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種以二氧化碳為介質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)，包括二氧化碳儲能單元、儲熱單元、儲冷單元和膨脹壓縮單元，其特征在于，
[0008]一所述二氧化碳儲能單元包括通過管路依次連接的二氧化碳供應(yīng)器、二氧化碳供應(yīng)端開關(guān)閥、升壓泵、二氧化碳存儲器、二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥、加熱器前端開關(guān)閥、加熱器、透平機(jī)、透平機(jī)出口端開關(guān)閥、冷卻器前端開關(guān)閥、冷卻器，其中:所述冷卻器的二氧化碳出口端與二氧化碳供應(yīng)器的進(jìn)口端連通，二者之間的連通管路上設(shè)有二氧化碳回收端開關(guān)閥；所述二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥和加熱器前端開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的無預(yù)熱工況管路和預(yù)熱工況管路連通，所述無預(yù)熱工況管路上設(shè)置有無預(yù)熱工況開關(guān)閥，所述預(yù)熱工況管路上設(shè)置有預(yù)熱器前端開關(guān)閥和預(yù)熱器；所述透平機(jī)出口端開關(guān)閥和冷卻器前端開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的無預(yù)冷工況管路和預(yù)冷工況管路連通，所述無預(yù)冷工況管路上設(shè)置有無預(yù)冷工況開關(guān)閥，所述預(yù)冷工況管路上設(shè)置有預(yù)冷器前端開關(guān)閥和預(yù)冷器；
[0009]一所述膨脹壓縮單元包括通過管路依次連接的壓氣機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器;
[0010]--所述儲熱單元包括儲熱換熱器，其中:所述儲熱換熱器的儲熱側(cè)進(jìn)口與所述壓氣機(jī)出口連通，儲熱側(cè)出口與所述膨脹機(jī)進(jìn)口連通；所述儲熱換熱器的用熱側(cè)出口設(shè)用熱端進(jìn)口開關(guān)閥，儲熱換熱器的用熱側(cè)進(jìn)口設(shè)用熱端出口開關(guān)閥，所述用熱端進(jìn)口開關(guān)閥和用熱端出口開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的帶熱用戶管路和不帶熱用戶管路連通，所述帶熱用戶管路上設(shè)有熱用戶用熱進(jìn)口端開關(guān)閥和熱用戶單元，所述不帶熱用戶管路依次通過加熱器供熱端入口開關(guān)閥、所述加熱器的供熱側(cè)、加熱器供熱端出口開關(guān)閥后與所述用熱端出口開關(guān)閥連通；
[0011]--所述儲冷單元包括儲冷換熱器，其中:所述儲冷換熱器的儲冷側(cè)進(jìn)口與所述膨脹機(jī)出口連通，儲冷側(cè)出口與所述壓氣機(jī)進(jìn)口連通；所述儲冷換熱器的用冷側(cè)出口設(shè)用冷端進(jìn)口開關(guān)閥，儲冷換熱器的用冷側(cè)進(jìn)口設(shè)用冷端出口開關(guān)閥，所述用冷端進(jìn)口開關(guān)閥和用冷端出口開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的帶冷用戶管路和不帶冷用戶管路連通，所述帶冷用戶管路上設(shè)有冷用戶用冷進(jìn)口端開關(guān)閥和冷用戶單元，所述不帶冷用戶管路依次通過冷卻器供冷端入口開關(guān)閥、所述冷卻器的供冷側(cè)、冷卻器供冷端出口開關(guān)閥后與所述用冷端出口開關(guān)閥連通。
[0012]優(yōu)選地，所述二氧化碳供應(yīng)器和升壓泵之間的連通管路上還設(shè)置有二氧化碳供應(yīng)端過濾器、二氧化碳供應(yīng)端止回閥和二氧化碳供應(yīng)端穩(wěn)壓器。
[0013]優(yōu)選地，所述升壓泵和二氧化碳存儲器之間的連通管路上設(shè)置有二氧化碳儲能單元過濾器和二氧化碳儲能單元止回閥。
[0014]優(yōu)選地，所述冷卻器和二氧化碳供應(yīng)器之間的連通管路上還設(shè)置有二氧化碳回收端過濾器和二氧化碳回收端止回閥。
[0015]優(yōu)選地，所述熱用戶單元的出口分為兩路，一路經(jīng)熱用戶用熱出口端開關(guān)閥與所述用熱端出口開關(guān)閥連通，另一路依次經(jīng)預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥、所述預(yù)熱器的供熱側(cè)、預(yù)熱器供熱端出口開關(guān)閥后與所述用熱端出口開關(guān)閥連通。
[0016]優(yōu)選地，所述冷用戶單元的出口分為兩路，一路經(jīng)冷用戶用冷出口端開關(guān)閥與所述用冷端出口開關(guān)閥連通，另一路依次經(jīng)預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥、所述預(yù)冷器的供冷側(cè)、預(yù)冷器供冷端出口開關(guān)閥后與所述用冷端出口開關(guān)閥連通。
[0017]優(yōu)選地，所述升壓泵、透平機(jī)、壓氣機(jī)均驅(qū)動連接有電動機(jī)。
[0018]由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0019]1、本發(fā)明以二氧化碳為工作介質(zhì)，利用其密度高、易液化的特點(diǎn)，有效減小了系統(tǒng)核心部件如透平機(jī)械、換熱器的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也可以減小存儲容器的規(guī)模和成本，進(jìn)而從總體上增強(qiáng)了系統(tǒng)的緊湊性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，縮小了系統(tǒng)的規(guī)模。
[0020]2、本發(fā)明以朗肯循環(huán)和電壓縮制冷循環(huán)為基礎(chǔ)，根據(jù)兩循環(huán)產(chǎn)能和用能的特點(diǎn)，從能的優(yōu)化利用角度實(shí)現(xiàn)了兩循環(huán)的合理匹配和耦合，減少了能量的損失，從整體上提高了系統(tǒng)的能量利用效率。
[0021]3、本發(fā)明可根據(jù)用戶對于電、熱、冷的需求情況，合理分配和供應(yīng)能量；同時(shí)，利用儲能技術(shù)，該系統(tǒng)可以有效地存儲能量，減少了能量的浪費(fèi)，并保證了電、熱、冷的及時(shí)供應(yīng)。
[0022]4、本發(fā)明可以富余電力為能量來源，也可以利用風(fēng)能等可再生能源為系統(tǒng)的電力來源，并結(jié)合太陽能實(shí)現(xiàn)輔助供熱，保證系統(tǒng)供應(yīng)電、熱、冷時(shí)的靈活性和高效性。整個系統(tǒng)在能量存儲和釋放的過程中不產(chǎn)生任何污染物，可與熱電廠聯(lián)合使用，也可用于孤島、獨(dú)立建筑或小區(qū)，是一種環(huán)保、節(jié)能型系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的以二氧化碳為工作介質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的以二氧化碳為工作介質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)，由二氧化碳供應(yīng)器1，二氧化碳供應(yīng)端開關(guān)閥2，二氧化碳供應(yīng)端過濾器3，二氧化碳供應(yīng)端止回閥4，二氧化碳供應(yīng)端穩(wěn)壓器5，二氧化碳儲能單元電動機(jī)6，升壓泵7，二氧化碳儲能單元過濾器8，二氧化碳儲能單元止回閥9，二氧化碳存儲器10，二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥11，無預(yù)熱工況開關(guān)閥12，預(yù)熱器前端開關(guān)閥13，預(yù)熱器14，加熱器前端開關(guān)閥15，加熱器16，透平機(jī)17，二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18，透平機(jī)出口端開關(guān)閥19，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20，預(yù)冷器前端開關(guān)閥21，預(yù)冷器22，冷卻器前端開關(guān)閥23，冷卻器24，二氧化碳回收端開關(guān)閥25，二氧化碳回收端過濾器26，二氧化碳回收端止回閥27，二氧化碳儲熱儲冷單元電動機(jī)28，壓氣機(jī)29，冷凝器30，膨脹機(jī)31，蒸發(fā)器32，儲熱裝置儲熱端進(jìn)口開關(guān)閥33，儲熱換熱器34，儲熱裝置儲熱端出口開關(guān)閥35，儲冷裝置儲冷端進(jìn)口開關(guān)閥36，儲冷換熱器37，儲冷裝置儲冷端出口開關(guān)閥38，儲熱裝置用熱端進(jìn)口開關(guān)閥39，熱用戶單元用熱進(jìn)口端開關(guān)閥40，熱用戶單元41，用熱單元控制系統(tǒng)42，預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥43，熱用戶單元用熱出口端開關(guān)閥44，預(yù)熱器供熱端出口開關(guān)閥45，加熱器供熱端入口開關(guān)閥46，加熱器供熱端出口開關(guān)閥47，儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48，儲冷裝置用冷端進(jìn)口開關(guān)閥49，冷用戶單元用冷進(jìn)口端開關(guān)閥50，冷用戶單元51，用冷單元控制系統(tǒng)52，預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥53，冷用戶單元用冷出口端開關(guān)閥54，預(yù)冷器供冷端出口開關(guān)閥55，冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56，冷卻器供冷端出口開關(guān)閥57，儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58等組成，具體操作過程為:
[0026]二氧化碳供應(yīng)器I中存儲的低溫低壓狀態(tài)的液相二氧化碳，由二氧化碳供應(yīng)端開關(guān)閥2控制二氧化碳供應(yīng)量。二氧化碳供應(yīng)端開關(guān)閥2打開，二氧化碳供應(yīng)器I供應(yīng)液相二氧化碳，依次經(jīng)二氧化碳供應(yīng)端過濾器3、二氧化碳供應(yīng)端止回閥4、二氧化碳供應(yīng)端穩(wěn)壓器5進(jìn)入升壓泵7進(jìn)行升壓。其中，二氧化碳供應(yīng)端過濾器3過濾二氧化碳流體中的雜質(zhì)，二氧化碳供應(yīng)端止回閥4防止二氧化碳回流，二氧化碳供應(yīng)端穩(wěn)壓器5保證升壓泵7進(jìn)口壓力的穩(wěn)定；升壓泵7由二氧化碳儲能單元電動機(jī)6帶動，二氧化碳儲能單元電動機(jī)6電力來源為富余電能或風(fēng)能。
[0027]經(jīng)升壓泵7升壓后，二氧化碳經(jīng)過二氧化碳儲能單元過濾器8的過濾，并利用二氧化碳儲能單元止回閥9防止二氧化碳回流，進(jìn)入二氧化碳存儲器10存儲。此時(shí)在二氧化碳存儲器10中存儲的為低溫高壓的液相二氧化碳。
[0028]與此同時(shí)，二氧化碳儲熱儲冷單元電動機(jī)28工作，帶動壓氣機(jī)29壓縮二氧化碳升壓，升壓后的二氧化碳進(jìn)入冷凝器30，與來自儲熱換熱器34中的載熱介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，溫度降低。在該階段，儲熱裝置儲熱端進(jìn)口開關(guān)閥33和儲熱裝置儲熱端出口開關(guān)閥35均處于打開狀態(tài)，保證冷凝器30中換熱的順利進(jìn)行。當(dāng)完成熱量收集之后，儲熱裝置儲熱端進(jìn)口開關(guān)閥33和儲熱裝置儲熱端出口開關(guān)閥35均關(guān)閉，熱量存儲于儲熱換熱器34中。
[0029]冷凝器30出口二氧化碳溫度降低，進(jìn)入膨脹機(jī)31做功。膨脹機(jī)的做功可對外供應(yīng)，或供應(yīng)給壓氣機(jī)29。經(jīng)膨脹之后，二氧化碳壓力降低，進(jìn)入蒸發(fā)器32。在蒸發(fā)器32中，二氧化碳與來自儲冷換熱器37中的載冷介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，溫度升高。在該階段，儲冷裝置儲冷端進(jìn)口開關(guān)閥36和儲冷裝置儲冷端出口開關(guān)閥38均處于打開狀態(tài)，保證蒸發(fā)器32中換熱的順利進(jìn)行。當(dāng)完成冷量收集之后，儲冷裝置儲冷端進(jìn)口開關(guān)閥36和儲冷裝置儲冷端出口開關(guān)閥38均關(guān)閉，冷量存儲于儲冷換熱器37中。
[0030]在完成上述儲能過程后，下面對用戶單元端存在不同能量需求時(shí)的系統(tǒng)供能情況進(jìn)行說明。
[0031]當(dāng)用戶單元端僅有電量需求時(shí)，二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥11打開，無預(yù)熱工況開關(guān)閥12打開，預(yù)熱器前端開關(guān)閥13關(guān)閉，加熱器前端開關(guān)閥15打開，二氧化碳存儲器10供應(yīng)的二氧化碳直接進(jìn)入加熱器16。在加熱器16中，儲熱換熱器34根據(jù)用戶單元端對電量的需求量提供相應(yīng)的熱量值，此時(shí)，儲熱裝置用熱端進(jìn)口開關(guān)閥39打開，熱用戶單元用熱進(jìn)口端開關(guān)閥40關(guān)閉，加熱器供熱端入口開關(guān)閥46打開，儲熱換熱器34提供的溫度較高的載熱介質(zhì)通過管道進(jìn)入加熱器16中，與二氧化碳完成熱量交換。載熱介質(zhì)溫度降低后，加熱器供熱端出口開關(guān)閥47打開，儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48打開，載熱介質(zhì)回到儲熱換熱器34中。升溫后的二氧化碳進(jìn)入透平機(jī)17膨脹做功，透平機(jī)17帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18完成電力供應(yīng)。
[0032]完成電力供應(yīng)后的二氧化碳離開透平機(jī)17，此時(shí)透平機(jī)出口端開關(guān)閥19打開，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20打開，冷卻器前端開關(guān)閥23打開，二氧化碳進(jìn)入二氧化碳冷卻器24。若二氧化碳已變?yōu)橐合嗲覝囟群线m，那么可直接由二氧化碳供應(yīng)器I回收，此時(shí)二氧化碳冷卻器24對二氧化碳無冷卻效果，二氧化碳回收端開關(guān)閥25打開。液相二氧化碳依次經(jīng)過二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27回到二氧化碳供應(yīng)器I中。若二氧化碳進(jìn)入二氧化碳冷卻器24時(shí)仍為氣相或超臨界相且溫度較高，那么需要利用儲冷裝置中的冷量完成二氧化碳的降溫相變過程。此時(shí)，儲冷裝置用冷端進(jìn)口開關(guān)閥49打開，用冷單元控制系統(tǒng)52控制冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56打開，儲冷換熱器37供應(yīng)溫度較低的載冷介質(zhì)進(jìn)入二氧化碳冷卻器24中，與二氧化碳進(jìn)行熱量交換。冷卻器供冷端出口開關(guān)閥57和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58打開，保證升溫后的載冷介質(zhì)回到儲冷換熱器37中。二氧化碳經(jīng)降溫相變后，二氧化碳回收端開關(guān)閥25打開，二氧化碳依次經(jīng)過二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27后由二氧化碳供應(yīng)器I回收。
[0033]當(dāng)用戶單元端存在熱量需求時(shí)，儲熱裝置用熱端進(jìn)口開關(guān)閥39打開，儲熱換熱器34供應(yīng)溫度較高的載熱介質(zhì)。
[0034]當(dāng)用戶單元端僅有熱量需求時(shí)，用熱單元控制系統(tǒng)42控制熱用戶單元用熱進(jìn)口端開關(guān)閥40打開，加熱器供熱端入口開關(guān)閥46關(guān)閉，載熱介質(zhì)進(jìn)入熱用戶單元41完成熱量供應(yīng)。供熱完成后，預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥43關(guān)閉，熱用戶單元用熱出口端開關(guān)閥44打開，儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48打開，載熱介質(zhì)回到儲熱換熱器34中。
[0035]當(dāng)用戶單元端同時(shí)有熱量需求和電量需求時(shí)，熱量仍由儲熱換熱器34供給，電量則利用透平機(jī)17帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18提供。根據(jù)用戶單元對電量需求的多少，二氧化碳將在進(jìn)入透平機(jī)17之前經(jīng)歷不同的換熱過程。
[0036]若用戶單元端對電量的需求較少、僅利用熱用戶單元41出口載熱介質(zhì)的剩余熱量即可滿足二氧化碳的升溫時(shí)，此時(shí)，二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥11打開，無預(yù)熱工況開關(guān)閥12關(guān)閉，預(yù)熱器前端開關(guān)閥13打開，由二氧化碳存儲器10提供的二氧化碳流體進(jìn)入預(yù)熱器14中。同時(shí)，預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥43打開，熱用戶單元用熱出口端開關(guān)閥44關(guān)閉，供熱完成后載熱介質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器14，將剩余熱量傳遞給二氧化碳流體。隨后，預(yù)熱器供熱端出口開關(guān)閥45打開，儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48打開，換熱后的載熱介質(zhì)返回儲熱換熱器34中。對于二氧化碳流體，加熱器前端開關(guān)閥15打開，二氧化碳進(jìn)入二氧化碳加熱器16。由于此時(shí)不需要儲熱換熱器34供應(yīng)額外熱量，因此用熱單元控制系統(tǒng)42控制加熱器供熱端入口開關(guān)閥46關(guān)閉，此時(shí)二氧化碳加熱器16對二氧化碳流體無升溫作用，二氧化碳隨后進(jìn)入透平機(jī)17對外做功，帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18完成電力供應(yīng)。
[0037]若用戶單元端對電量的需求適中、需要利用儲熱換熱器34提供較多的熱量實(shí)現(xiàn)二氧化碳的升溫時(shí)，此時(shí)，二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥11打開，無預(yù)熱工況開關(guān)閥12打開，預(yù)熱器前端開關(guān)閥13關(guān)閉，加熱器前端開關(guān)閥15打開，由二氧化碳存儲器10提供的二氧化碳流體直接進(jìn)入加熱器16。由于用戶單元對電量的需求適中、需要利用儲熱換熱器34提供熱量實(shí)現(xiàn)二氧化碳的升溫，此時(shí)加熱器供熱端入口開關(guān)閥46打開，加熱器供熱端出口開關(guān)閥47打開，儲熱換熱器34供應(yīng)適量的載熱介質(zhì)，進(jìn)入加熱器16中與二氧化碳進(jìn)行熱量交換。二氧化碳升溫之后進(jìn)入透平機(jī)17對外做功，帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18完成電力供應(yīng)；供熱之后的載熱介質(zhì)經(jīng)過打開的加熱器供熱端出口開關(guān)閥47和儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48回到儲熱換熱器34中。
[0038]若用戶單元端對電量的需求較多、需要同時(shí)利用熱用戶單元41出口載熱介質(zhì)的剩余熱量和儲熱換熱器34提供較多的熱量實(shí)現(xiàn)二氧化碳的升溫時(shí)，此時(shí)，二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥11打開，無預(yù)熱工況開關(guān)閥12關(guān)閉，預(yù)熱器前端開關(guān)閥13打開，由二氧化碳存儲器10提供的二氧化碳流體進(jìn)入預(yù)熱器14中。同時(shí)，預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥43打開，熱用戶單元用熱出口端開關(guān)閥44關(guān)閉，供熱完成后載熱介質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器14，將剩余熱量傳遞給二氧化碳流體。隨后，預(yù)熱器供熱端出口開關(guān)閥45打開，儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48打開，換熱后的載熱介質(zhì)返回儲熱換熱器34中。對于二氧化碳流體，加熱器前端開關(guān)閥15打開，二氧化碳進(jìn)入二氧化碳加熱器16。根據(jù)電量需求，在二氧化碳加熱器16中需要再次對二氧化碳進(jìn)行加熱升溫。此時(shí)，加熱器供熱端入口開關(guān)閥46打開，加熱器供熱端出口開關(guān)閥47打開，儲熱換熱器34供應(yīng)適量的載熱介質(zhì)，進(jìn)入加熱器16中與二氧化碳進(jìn)行熱量交換。二氧化碳升溫之后進(jìn)入透平機(jī)17對外做功，帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18完成電力供應(yīng)；供熱之后的載熱介質(zhì)經(jīng)過打開的加熱器供熱端出口開關(guān)閥47和儲熱裝置用熱端出口開關(guān)閥48回到儲熱換熱器34中。
[0039]完成電力供應(yīng)后的二氧化碳離開透平機(jī)17，此時(shí)透平機(jī)出口端開關(guān)閥19打開，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20打開，冷卻器前端開關(guān)閥23打開，二氧化碳進(jìn)入二氧化碳冷卻器24。若二氧化碳已變?yōu)橐合嗲覝囟群线m，那么可直接由二氧化碳供應(yīng)器I回收，此時(shí)二氧化碳冷卻器24對二氧化碳無冷卻效果，二氧化碳回收端開關(guān)閥25打開。液相二氧化碳依次經(jīng)過二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27回到二氧化碳供應(yīng)器I中。若二氧化碳進(jìn)入二氧化碳冷卻器24時(shí)仍為氣相或超臨界相且溫度較高，那么需要利用儲冷裝置中的冷量完成二氧化碳的降溫相變過程。此時(shí)，儲冷裝置用冷端進(jìn)口開關(guān)閥49打開，用冷單元控制系統(tǒng)52控制冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56打開，儲冷換熱器37供應(yīng)溫度較低的載冷介質(zhì)進(jìn)入二氧化碳冷卻器24中，與二氧化碳進(jìn)行熱量交換。冷卻器供冷端出口開關(guān)閥57和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58打開，保證升溫后的載冷介質(zhì)回到儲冷換熱器37中。二氧化碳經(jīng)降溫相變后，二氧化碳回收端開關(guān)閥25打開，二氧化碳依次經(jīng)過二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27后由二氧化碳供應(yīng)器I回收。
[0040]當(dāng)用戶單元端存在冷量需求時(shí)，儲冷裝置用冷端進(jìn)口開關(guān)閥49打開，儲冷換熱器37供應(yīng)溫度較低的載冷介質(zhì)。
[0041]當(dāng)用戶單元端僅有冷量需求時(shí)，用冷單元控制系統(tǒng)52控制冷用戶單元用冷進(jìn)口端開關(guān)閥50打開，冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56關(guān)閉，載冷介質(zhì)進(jìn)入冷用戶單元51完成冷量供應(yīng)。供冷完成后，預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥53關(guān)閉，冷用戶單元用冷出口端開關(guān)閥54打開，儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58打開，載冷介質(zhì)回到儲冷換熱器37中。
[0042]當(dāng)用戶單元端同時(shí)有冷量需求和電量需求時(shí)，冷量仍由儲冷換熱器37供給，電量則利用透平機(jī)17帶動二氧化碳釋能單元發(fā)電機(jī)18提供。根據(jù)透平機(jī)17出口二氧化碳的狀態(tài)，二氧化碳將在離開透平機(jī)17之后經(jīng)歷不同的換熱過程。
[0043]當(dāng)二氧化碳對冷量的需求較少、僅利用冷用戶單元51出口載冷介質(zhì)的剩余冷量即可完成二氧化碳的降溫相變時(shí)，預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥53打開，冷用戶單元用冷出口端開關(guān)閥54關(guān)閉，載冷介質(zhì)進(jìn)入預(yù)冷器22中，同時(shí)，透平機(jī)出口端開關(guān)閥19打開，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20關(guān)閉，預(yù)冷器前端開關(guān)閥21打開，溫度較高的二氧化碳進(jìn)入預(yù)冷器22，與載冷介質(zhì)進(jìn)行熱量交換。換熱后，冷卻器前端開關(guān)閥23打開，低溫液相二氧化碳依次經(jīng)過冷卻器24、二氧化碳回收端開關(guān)閥25、二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27進(jìn)入二氧化碳供應(yīng)器1，升溫后的載冷介質(zhì)經(jīng)由打開的預(yù)冷器供冷端出口開關(guān)閥55和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58回到儲冷換熱器37。
[0044]當(dāng)二氧化碳對冷量的需求適中、僅利用冷卻器24即可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的降溫相變過程時(shí)，此時(shí)，預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥53關(guān)閉，冷用戶單元用冷出口端開關(guān)閥54打開，離開冷用戶單元51的載冷介質(zhì)直接由儲冷換熱器37回收。用冷單元控制系統(tǒng)52控制冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56打開，儲冷換熱器37供應(yīng)一定量的載冷介質(zhì)進(jìn)入冷卻器24中，同時(shí)，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20打開，預(yù)冷器前端開關(guān)閥21關(guān)閉，冷卻器前端開關(guān)閥23打開，溫度較高的二氧化碳直接進(jìn)入冷卻器24，吸收冷量后溫度降低，依次經(jīng)過二氧化碳回收端開關(guān)閥25、二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27回到二氧化碳供應(yīng)器I ;升溫后的載冷介質(zhì)經(jīng)過冷卻器供冷端出口開關(guān)閥57和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58回到儲冷換熱器37中。
[0045]當(dāng)二氧化碳對冷量的需求較多、需要利用冷用戶單元51出口載冷介質(zhì)的剩余冷量以及冷卻器24才可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的降溫相變過程時(shí)，此時(shí)，預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥53打開，冷用戶單元用冷出口端開關(guān)閥54關(guān)閉，載冷介質(zhì)進(jìn)入預(yù)冷器22中，同時(shí)，透平機(jī)出口端開關(guān)閥19打開，無預(yù)冷工況開關(guān)閥20關(guān)閉，預(yù)冷器前端開關(guān)閥21打開，溫度較高的二氧化碳進(jìn)入預(yù)冷器22，與載冷介質(zhì)進(jìn)行熱量交換。換熱后的載冷介質(zhì)經(jīng)由打開的預(yù)冷器供冷端出口開關(guān)閥55和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58回到儲冷換熱器37。隨后，二氧化碳需要進(jìn)入冷卻器24中進(jìn)行再次換熱。此時(shí)，冷卻器前端開關(guān)閥23打開，用冷單元控制系統(tǒng)52控制冷卻器供冷端入口開關(guān)閥56打開，儲冷換熱器37供應(yīng)一定量的載冷介質(zhì)進(jìn)入冷卻器24中。于是，二氧化碳與溫度較低的載冷介質(zhì)在冷卻器24中完成熱量交換，升溫后的載冷介質(zhì)經(jīng)過冷卻器供冷端出口開關(guān)閥57和儲冷裝置用冷端出口開關(guān)閥58回到儲冷換熱器37中，降溫后的二氧化碳依次經(jīng)過二氧化碳回收端開關(guān)閥25、二氧化碳回收端過濾器26和二氧化碳回收端止回閥27回到二氧化碳供應(yīng)器I中。
[0046]參考上述系統(tǒng)供能實(shí)施方式，該系統(tǒng)亦可實(shí)現(xiàn)電、熱、冷同時(shí)輸出的供能模式，并且可以根據(jù)用戶單元對電、熱、冷需求量的不同對系統(tǒng)供能情況進(jìn)行調(diào)控，即利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儲熱換熱器34和儲冷換熱器37中熱能和冷能的優(yōu)化利用，從而實(shí)現(xiàn)能量需求與供給的平衡。
[0047]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種以二氧化碳為介質(zhì)的分布式供能系統(tǒng)，包括二氧化碳儲能單元、儲熱單元、儲冷單元和膨脹壓縮單元，其特征在于， --所述二氧化碳儲能單元包括通過管路依次連接的二氧化碳供應(yīng)器、二氧化碳供應(yīng)端開關(guān)閥、升壓泵、二氧化碳存儲器、二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥、加熱器前端開關(guān)閥、加熱器、透平機(jī)、透平機(jī)出口端開關(guān)閥、冷卻器前端開關(guān)閥、冷卻器，其中:所述冷卻器的二氧化碳出口端與二氧化碳供應(yīng)器的進(jìn)口端連通，二者之間的連通管路上設(shè)有二氧化碳回收端開關(guān)閥；所述二氧化碳存儲器出口端開關(guān)閥和加熱器前端開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的無預(yù)熱工況管路和預(yù)熱工況管路連通，所述無預(yù)熱工況管路上設(shè)置有無預(yù)熱工況開關(guān)閥，所述預(yù)熱工況管路上設(shè)置有預(yù)熱器前端開關(guān)閥和預(yù)熱器；所述透平機(jī)出口端開關(guān)閥和冷卻器前端開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的無預(yù)冷工況管路和預(yù)冷工況管路連通，所述無預(yù)冷工況管路上設(shè)置有無預(yù)冷工況開關(guān)閥，所述預(yù)冷工況管路上設(shè)置有預(yù)冷器前端開關(guān)閥和預(yù)冷器； -所述膨脹壓縮單元包括通過管路依次連接的壓氣機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器； --所述儲熱單元包括儲熱換熱器，其中:所述儲熱換熱器的儲熱側(cè)進(jìn)口與所述壓氣機(jī)出口連通，儲熱側(cè)出口與所述膨脹機(jī)進(jìn)口連通；所述儲熱換熱器的用熱側(cè)出口設(shè)用熱端進(jìn)口開關(guān)閥，儲熱換熱器的用熱側(cè)進(jìn)口設(shè)用熱端出口開關(guān)閥，所述用熱端進(jìn)口開關(guān)閥和用熱端出口開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的帶熱用戶管路和不帶熱用戶管路連通，所述帶熱用戶管路上設(shè)有熱用戶用熱進(jìn)口端開關(guān)閥和熱用戶單元，所述不帶熱用戶管路依次通過加熱器供熱端入口開關(guān)閥、所述加熱器的供熱側(cè)、加熱器供熱端出口開關(guān)閥后與所述用熱端出口開關(guān)閥連通； --所述儲冷單元包括儲冷換熱器，其中:所述儲冷換熱器的儲冷側(cè)進(jìn)口與所述膨脹機(jī)出口連通，儲冷側(cè)出口與所述壓氣機(jī)進(jìn)口連通；所述儲冷換熱器的用冷側(cè)出口設(shè)用冷端進(jìn)口開關(guān)閥，儲冷換熱器的用冷側(cè)進(jìn)口設(shè)用冷端出口開關(guān)閥，所述用冷端進(jìn)口開關(guān)閥和用冷端出口開關(guān)閥之間通過并聯(lián)的帶冷用戶管路和不帶冷用戶管路連通，所述帶冷用戶管路上設(shè)有冷用戶用冷進(jìn)口端開關(guān)閥和冷用戶單元，所述不帶冷用戶管路依次通過冷卻器供冷端入口開關(guān)閥、所述冷卻器的供冷側(cè)、冷卻器供冷端出口開關(guān)閥后與所述用冷端出口開關(guān)閥連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳供應(yīng)器和升壓泵之間的連通管路上還設(shè)置有二氧化碳供應(yīng)端過濾器、二氧化碳供應(yīng)端止回閥和二氧化碳供應(yīng)端穩(wěn)壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓泵和二氧化碳存儲器之間的連通管路上設(shè)置有二氧化碳儲能單元過濾器和二氧化碳儲能單元止回閥。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻器和二氧化碳供應(yīng)器之間的連通管路上還設(shè)置有二氧化碳回收端過濾器和二氧化碳回收端止回閥。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述熱用戶單元的出口分為兩路，一路經(jīng)熱用戶用熱出口端開關(guān)閥與所述用熱端出口開關(guān)閥連通，另一路依次經(jīng)預(yù)熱器供熱端入口開關(guān)閥、所述預(yù)熱器的供熱側(cè)、預(yù)熱器供熱端出口開關(guān)閥后與所述用熱端出口開關(guān)閥連通。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述冷用戶單元的出口分為兩路，一路經(jīng)冷用戶用冷出口端開關(guān)閥與所述用冷端出口開關(guān)閥連通，另一路依次經(jīng)預(yù)冷器供冷端入口開關(guān)閥、所述預(yù)冷器的供冷側(cè)、預(yù)冷器供冷端出口開關(guān)閥后與所述用冷端出口開關(guān)閥連通。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的分布式供能系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓泵、透平機(jī)、壓氣機(jī)均驅(qū)動連接有電動機(jī)。
【文檔編號】F01K23/02GK104481614SQ201410752805
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】張遠(yuǎn), 洪慧, 楊科, 李雪梅, 徐建中 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所