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CN112856563A - 一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统 - Google Patents

一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，包括闪蒸双工质联合地热发电系统、太阳能空气源热泵系统以及沼气热电联产系统，所述的闪蒸双工质联合地热发电系统包括闪蒸系统及双工质系统；所述的太阳能空气源热泵系统包括太阳能集热器和空气源热泵系统，所述的太阳能集热器将闪蒸双工质联合地热发电系统中排出的冷水作为原料进行二次利用，所述的沼气热电联产系统通过热电联产机组进行发电供暖。本发明能够实现多种新型清洁能源的有效利用，考虑到各能源受环境影响的局限性，将三种能源相互结合能够实现不间断的发电供暖，最大限度的提高了新型清洁能源的使用率。

Description

一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统
技术领域
本发明涉及清洁能源发电供暖系统，具体涉及一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，属于能源利用技术领域。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高，我国居民对于用电量以及冬季取暖的需求也日益增加。据统计，2019年我国全社会用电量7.23万亿千瓦时，同比增长4.5％。
中国现阶段主要电力及供暖来源仍然以煤炭为主，煤炭消费量约占全球煤炭消耗总量的一半，这不仅使得煤炭等化石燃料的储量持续减少，而且煤炭等的燃烧对环境造成的巨大污染也是不可逆转的。
21世纪太阳能成为全球主要能源之一，是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能，太阳能发电是通过水或其他工质和装置将太阳能辐射转换为电能的发电方式，这种发电方式不仅安全可靠、寿命长，而且安装维护简便。
地热能是一种新型清洁能源，蕴藏丰富并且在使用过程中不会产生温室气体，对地球环境不产生危害，在当今人们环保意识日趋增长的情况下，对于地热资源合理的开发利用越来越受到人们的青睐。根据地热资源不同，可分为蒸汽发电系统、双工质发电系统以及干热岩发电系统，闪蒸双工质联合发电系统以其稳定的化学性能成为地热发电的重要方式。
目前所研究的沼气发电系统，主要是利用工业、农业或城镇生活中大量有机废弃物经厌氧发酵处理生产的沼气，驱动沼气发电机组进行发电。用沼气发电，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗大量废弃物、保护了环境，而且变废为宝，产生了大量的电能和热能，同时也带来巨大的经济效益。
基于上述现状，本发明提出一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，有效利用多种清洁能源进行发电供暖，各系统之间相互协调，可以高效的利用资源，减轻环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，包括闪蒸双工质联合发电系统、太阳能空气源热泵系统和沼气热电联产系统；
所述的闪蒸双工质联合发电系统包括深井泵、节流阀、闪蒸器、汽轮发电机(a)、蒸发器、汽轮发电机(b)、冷凝器(a)、预热器、工质泵、冷凝器(b)、冷却泵和冷却塔；所述的太阳能空气源热泵系统包括太阳能集热器、回流阀(a)、蓄热水箱、回流阀(b)、空气源热泵、太阳能供暖循环泵和热泵供暖循环泵；所述的沼气热电联产系统包括发酵罐、进料池、沼气供暖循环泵、沼气预处理设备、双膜储气柜、沼气火炬、沼气增压风机、热电联机组和余热回收锅炉。
其中汽轮发电机(a)为背压式汽轮机，汽轮发电机(b)为凝汽式汽轮机。
其中节流阀分别连接深井泵的出口和闪蒸器的入口，闪蒸器设有饱和蒸汽出口和饱和水出口；汽轮发电机(a)连接闪蒸器的饱和蒸汽出口和冷凝器(a)；汽轮发电机(b)连接蒸发器的出口和冷凝器(b)；冷却塔接冷凝器(a)、冷凝器(b)的出口，另一端接冷却泵的入口。
其中太阳能集热器接预热器的入口和太阳能供暖循环泵；蓄热水箱两端出口分别接太阳能集热器的回流阀(a)和空气源热泵的回流阀(b)，蓄热水箱两端入口分别接太阳能供暖循环泵和热泵供暖循环泵。
其中发酵罐的入口接进料池和沼气供暖循环泵，发酵罐的出口接沼气预处理设备。
本发明中，所述深井泵与闪蒸器之间设有节流阀；所述预热器与冷凝器(b)之间设有工质泵；冷却塔与冷凝器(b)之间设有冷却泵。
本发明中，所述太阳能集热器与蓄热水箱出口之间设有回流阀(a)；所述空气源热泵与蓄热水箱出口之间设有回流阀(b)；所述太阳能集热器出口与蓄热水箱之间设有太阳能供暖循环泵；所述空气源热泵出口与蓄热水箱之间设有热泵供暖循环泵。
本发明中，所述的发酵罐与蓄热水箱的出口之间设有沼气供暖循环泵。
有益效果：1、地热水直接作为发电循环工质，采用闪蒸器和蒸发器使得汽轮发电机的做工能力大大增强，能够有效提高系统的整体工作效率和发电量，闪蒸双工质联合发电系统中的液体作为下阶段太阳能空气源热泵系统的循环原料，使得资源能够合理利用。2、太阳能空气源热泵系统中的蓄热水箱将太阳能供暖循环泵与空气源热泵的热水存储起来，在一定程度上消除太阳能不太稳定的弊端，通过蓄热水箱的作用能够保证供暖的稳定性和可靠性。3、沼气热电联产系统中的发酵罐可以利用蓄热水箱中提供的热量进行高效快速的发酵；沼气热电联产系统中的热电联机组可以将沼气作为发动机的燃料，在发电的同时，将发动机的尾气余热进行回收来产生热水或蒸汽，通过余热回收锅炉将热水或蒸汽回收至蓄热水箱中。4、在整个发明系统中闪蒸双工质联合发电系统与沼气热电联产系统用于发电，太阳能空气源热泵系统与沼气热电联产系统用于供暖。在冬季太阳能集热器工作效果不理想时使用空气源热泵以满足供暖需求，整个系统可以不间断的发电供暖。
附图说明
图1是整体系统示意图。
图2是闪蒸双工质联合地热发电系统示意图。
图3是太阳能空气源热泵系统示意图。
图4是沼气热电联产系统示意图。
图中：1.深井泵；2.节流阀；3.闪蒸器；4.汽轮发电机(a)；5.蒸发器；6.汽轮发电机(b)；7.冷凝器(a)；8.预热器；9.工质泵；10.冷凝器(b)；11.冷却泵；12.冷却塔；13.太阳能集热器；14.回流阀(a)；15.蓄热水箱；16.回流阀(b)；17.空气源热泵；18.太阳能供暖循环泵；19.热泵供暖循环泵；20.发酵罐；21.进料池；22.沼气供暖循环系统；23.沼气预处理设备；24.双膜储气柜；25.沼气火炬；26.沼气增压风机；27.热电联机组；28.余热回收锅炉。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细说明。
如图1～图4所示，本发明包括三个系统，分别是闪蒸双工质联合发电系统、太阳能空气源热泵系统和沼气热电联产系统，三个系统之间相互协调用于发电供暖。
其中深井泵1有进口1a和出口1b，深井泵1将高温流体从地热井中提取出来，经节流阀2调节流体流量后得到进入闪蒸器3的合适流量大小，节流阀2的一端接闪蒸器3的入口3a，闪蒸器3设有饱和蒸汽出口3c和饱和水出口3b，饱和蒸汽出口3c连通汽轮发电机4(a)的进气口4a，饱和水出口4b连通冷凝器7的入口7a，饱和蒸汽进入汽轮发电机4(a)推动汽轮发电机做功发电，得到的电量并入电网。饱和水出口3b输出的饱和水经蒸发器入口5a进入蒸发器，蒸发后产生的饱和蒸汽从进口6a进入汽轮发电机6(b),饱和水出口6b连通冷凝器10，蒸发后的热蒸汽进入汽轮发电机6(b)进行发电，得到的电量并入电网。蒸发器5中流出的饱和水从蒸发器出口5b经预热器进口8a进入预热器8中。有机工质经冷凝器7(a)、10(b)处理后输入到冷却塔12中，预热器8中预热处理后的液体进入下一系统的运作。
系统中的太阳能集热器为液体集热器。
太阳能集热器吸收太阳辐射并将产生的热能传递到上一系统输送的传热介质中，经加热后的传热介质经太阳能供暖循环泵储存在蓄热水箱中；当光照较弱时，空气源热泵启动，吸收空气中的热量，经加热后的传热介质经热泵供暖循环泵储存在蓄热水箱中。
蓄热水箱两端出口分别接太阳能集热器的回流阀(a)和空气源热泵的回流阀(b)，当某一端停止工作时，开启相应的回流阀门，防止低温流体流入蓄热水箱中，使管道中存储的低温流体重新回到太阳能集热器或空气源热泵中，等再次工作时再对低温流体重新进行加热。
进料池中的原料通入发酵罐中，蓄热水箱中一部分高温流体经沼气供暖循环泵后在发酵罐中经过微生物发酵作用后生成沼气。
沼气经沼气预处理设备后脱硫脱硝进入双膜储气柜中进行抗紫外线和微生物处理，经处理后的沼气进入沼气火炬。
沼气增压风机用于沼气系统的稳压及热电联机组的增压，沼气经热电联机组可以用于发电和供暖，得到的电量并入电网，热量在余热回收锅炉中进行余热回收，最后通入蓄热水箱中进行存储。
蓄热水箱将太阳能集热器、空气源热泵及余热回收锅炉中存储的热量进行存储后用于供暖。
本发明提供了一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，具体实现该技术方案的方法和途径有很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，需要说明的是，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对其进行修正，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，其特征在于，包括深井泵1、节流阀2、闪蒸器3、汽轮发电机(a)4、蒸发器5、汽轮发电机(b)6、冷凝器(a)7、预热器8、工质泵9、冷凝器(b)10、冷却泵11、冷却塔12，所述的1-12组成闪蒸双工质联合发电系统。
2.根据权利要求1所述的闪蒸双工质联合发电系统，其中深井泵1有进口1a和出口1b，节流阀2的一端接闪蒸器3的入口3a，闪蒸器3设有饱和蒸汽出口3c和饱和水出口3b，饱和蒸汽出口3c连通汽轮发电机4(a)的进气口4a，饱和水出口4b连通冷凝器7的入口7a，饱和水出口3b输出的饱和水经蒸发器入口5a进入蒸发器，蒸发后产生的饱和蒸汽从进口6a进入汽轮发电机6(b),饱和水出口6b连通冷凝器10，蒸发器5中流出的饱和水从蒸发器出口5b经预热器进口8a进入预热器8中。
3.一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，其特征在于，包括太阳能集热器13、回流阀(a)14、蓄热水箱15、回流阀(b)16、空气源热泵17、太阳能供暖循环泵18、热泵供暖循环泵19，所述的13-19组成太阳能空气源热泵系统。
4.根据权利要求3所述的太阳能空气源热泵系统，其特征在于，太阳能集热器13、空气源热泵17与蓄热水箱15之间分别设置有回流阀(a)14和回流阀(b)16。
5.一种地热、太阳能与沼气联合的发电供暖系统，其特征在于，包括发酵罐20、进料池21、沼气供暖循环系统22、沼气预处理设备23、双膜储气柜24、沼气火炬25、沼气增压风机26、热电联机组27、余热回收锅炉28，所述的20-28组成沼气热电联产系统。
6.根据权利要求5所述的沼气热电联产系统，其特征在于，太阳能空气源热泵系统中的蓄热水箱15与发酵罐20之间设置有沼气供暖循环系统22。
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