CN120657814A - 太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，属于新能源综合利用技术领域。该系统集成光伏发电、空气源热泵与水源热泵复叠集热、巨型地埋式真空保温储能库、现代农业种植及智能集控等模块，构建多能互补、智能调控的综合能源系统。通过地下储能库实现跨季节储热，结合真空保温与自然分层设计降低热损；光伏电力优先驱动热泵，实现“自发自用+谷电下网”；冬供暖、夏供冷协同运行，并回收制冷废热；储能库顶部建设有机蔬菜植物园，实现“一地三用”。本发明有效解决光伏发电波动性、空气源热泵低温效率低、供暖碳排放高等问题，提升能源利用效率，降低储能成本，助力能源结构绿色低碳转型，为全球能源可持续发展提供中国方案。

Description

太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程

技术领域

本发明属于新能源综合利用技术领域，具体涉及一种太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，尤其是一种集光伏发电、空气源热泵与水源热泵协同制热制冷、巨型地埋式真空保温储能库建设、智能能源调度控制以及现代农业种植于一体的多能互补综合能源系统工程。

背景技术

为实现可再生能源的高效利用与能源系统的灵活调节，亟需发展一种能够实现长周期、大容量、低成本储能的技术方案，以解决以下关键问题：

1.如何有效平抑光伏发电的波动性，提升其就地消纳率和调峰能力。

2.如何突破空气源热泵在低温环境下的运行限制，提高其全年平均能效。

3.如何构建一个具备跨季节储能能力的综合能源系统，实现清洁能源的“夏储冬用+冬储夏用”。

4.如何通过多能互补与智能调度，实现供暖、制冷、农业种植与发电功能的一体化协同运行。

5.如何降低储能系统的建设与运维成本，使其具备大规模推广应用的经济可行性。

针对上述问题，近年来国内外学者围绕热储能技术进行了大量研究。热水储能作为一种物理储能方式，具有能量密度适中、成本低、安全性高等优点，尤其适用于区域集中供能场景。然而，现有热水储能系统普遍缺乏高效的保温结构设计与分层管理机制，导致热量损失较大、系统效率偏低，难以满足长周期、大容量储能需求。

因此，亟需开发一种集成光伏发电、空气能与水源热泵协同运行、地埋式真空保温储能库、智能集控系统和现代农业种植于一体的新型综合能源系统，对于推动清洁能源替代传统化石能源、实现低碳转型具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程；该系统工程集成太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统以及现代农业种植系统等多个相互协同的工程模块，构建了一个具备跨季节储能能力、多能互补、智能调控的综合能源系统。

该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程通过新能源储能技术创新，替代传统燃煤供暖方式，全面转向以太阳能、空气能等可再生能源为主的清洁供暖模式。通过系统的集成设计与高效运行，显著提升新能源的整体综合利用效率与可持续发展水平，同时提高储能系统的运行效率、降低储能成本，并打造一个更加智能化、高效化、可持续化的新型储能系统工程，助力实现区域能源结构优化与绿色低碳转型。

本发明采用的技术方案为：

太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，包括太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统；

所述巨型地埋式真空保温储能库系统包括巨型地埋式真空保温储能库，巨型地埋式真空保温储能库埋于地下，巨型地埋式真空保温储能库采用设有真空保温结构的钢混库壁，其内部存储液态储热介质，并且在巨型地埋式真空保温储能库内设有与空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、居民供暖系统、居民供冷系统连接的输水管路组件；

所述现代农业种植系统包括设置于巨型地埋式真空保温储能库地面以上的有机蔬菜植物园，有机蔬菜植物园为采用标准钢架配合太阳能光伏组件在钢混盖板上搭建的温室大棚结构；

所述太阳能光伏发电系统包括基于有机蔬菜植物园墙体和顶部搭建的太阳能光伏组件，太阳能光伏组件通过并网逆变器接入交流汇流柜，交流汇流柜和市电电网通过双向智能电表接入配电柜，配电柜对空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统供电，配电柜与智能集控中心远程控制连接；

所述空气源热泵与水源热泵复叠集热系统包括基于巨型地埋式真空保温储能库和有机蔬菜植物园搭建的空气源热泵系统和水源热泵系统，空气源热泵系统和水源热泵系统分别与巨型地埋式真空保温储能库系统的输水管路组件连接，同时与太阳能光伏发电系统和电网连接，与智能集控中心远程控制连接。

进一步，所述智能集控中心采用基于AI算法的能源管理系统EMS，结合气象预测模型、负荷需求曲线、电价波动曲线这些多维数据，对整个储能调峰电站系统进行动态优化调度；

智能集控中心根据当日太阳辐射强度预测，制定光伏组件的发电计划，并网逆变器将直流电转换为交流电后，优先供给空气源热泵系统、水源热泵系统及有机蔬菜植物园用电设备；

当光伏发电不足时，自动切换至市电电网供电，夜间谷电下网供电，确保系统连续运行。

进一步，所述巨型地埋式真空保温储能库的库体内部由上向下设置相通的上部储热区、中部储热区和沉井储热区，上部储热区、中部储热区和沉井储热区分别存储不同温度液态储热介质；

上部储热区由钢混盖板、内嵌真空保温层的钢混库壁A、钢混陶粒底板围合构成；中部储热区由钢混陶粒底板、内嵌真空保温层的钢混库壁B、钢混底板围合构成；沉井储热区由钢混底板、内嵌沉井真空保温层的沉井钢混壁、沉井钢混底板围合构成。

进一步，供暖季前，智能集控中心远程控制水源热泵系统和空气源热泵系统复叠运行对储热介质升温；供暖季即将结束时，智能集控中心远程控制水源热泵系统运行，对储热介质反向吸热降温；

升温过程中，高温储热介质向上流动，低温储热介质向下流动，使上部储热区储存60–80℃高温介质，中部储热区储存40–60℃中温介质，沉井储热区储存7–40℃低温介质；

供暖季即将结束，储热介质通过水源热泵系统反向吸热降温，沉井储热区存储7℃低温介质，夏热冬冷地区供冷系统提取沉井储热区的低温介质进行供冷，供冷废热回到上部储热区储存。

进一步，所述巨型地埋式真空保温储能库体内部还设有储能库挡墙，储能库挡墙的两侧与钢混库壁A、钢混陶粒底板以及钢混库壁B连接，通过储能库挡墙使库体内部分隔为较小库容的高品位供暖库和较大库容的储能库；供暖库的上部与储能库的上部储热区连通，供暖库的下部与储能库的中部储热区连通。

进一步，所述上部储热区、中部储热区和沉井储热区的输水管路组件分别设置于三个水平高度，且每组输水管路组件包括若干组输水管路和若干组回水管路；

与空气源热泵系统连接的输水管路延伸至储能库的沉井储热区底部，与空气源热泵系统连接的回水管路延伸至储能库的中部储热区；

与供冷系统连接的输水管路延伸至储能库的沉井储热区底部，与供冷系统连接的回水管路延伸至储能库的上部储热区；

与水源热泵系统连接的输水管路延伸至储能库的中部储热区，与水源热泵系统连接的回水管路延伸至储能库的上部储热区；

与供暖系统连接的输水管路延伸至供暖库的上部储热区，与供暖系统连接的回水管路延伸至储能库的中部储热区；

各输水管路和回水管路的端部均安装有布水器，通过布水器均布储热介质流速并减少扰动。

进一步，供暖季时，智能集控中心远程控制供暖系统、水源热泵系统和空气源热泵系统同时运行；

供暖系统运行时，与供暖系统连接的输水管路抽吸供暖库顶部的高温介质，同时储能库上部储热区的高温介质自动补充至供暖库；

水源热泵系统运行时，与水源热泵系统连接的输水管路抽吸储能库中部储热区的中温介质，同时供暖库底部的中温介质回流至储能库。

进一步，所述钢混陶粒底板45°倾角设置；所述沉井钢混壁的底部设有沉井刃脚；所述钢混库壁A上安装有钢混支座，钢混盖板通过钢混支座固定安装于钢混库壁A顶部。

进一步，所述巨型地埋式真空保温储能库的竖向截面为方形、矩形、梯形或圆形。

进一步，所述有机蔬菜植物园在冬季时，通过光伏组件背面散热结合巨型地埋式真空保温储能库钢混盖板散热对有机土壤的温度传递，使有机蔬菜植物园内形成温室效应；同时，智能集控中心远程控制空气源热泵系统，对有机蔬菜植物园内空气辅助加热，维持有机蔬菜植物园内恒温；

有机蔬菜植物园在夏季时，园内温度较高；智能集控中心远程控制空气源热泵系统，空气源热泵系统抽吸有机蔬菜植物园内部产生的热能存储至巨型地埋式真空保温储能库，空气源热泵系统对园内顶部吹风，降低光伏组件背温，增加发电量；智能集控中心精准控制维持有机蔬菜植物园内恒温。

本发明的有益效果是：

本发明提出的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，通过集成光伏发电、空气源热泵与水源热泵复叠集热、巨型地埋式真空保温储能库、现代农业种植及智能能源调度等多个功能工程模块，构建了一个多能互补、高效协同、智能调控的综合能源系统。该系统在提升新能源利用效率、实现清洁能源跨季节储能、推动低碳供暖转型等方面具有显著的技术优势和应用价值，具体体现在以下几个方面：

1实现能源闭环利用，提升整体系统能效。复叠热泵+自然分层设计，保障全年高效稳定运行；

2.构建跨季节储能体系，实现清洁能源暖/冷双向循环利用；

3.一地三用的复合开发模式，显著提升土地资源利用率；

4.智能集控平台支撑远程调度与精细化能源管理；

5.低成本物理储能路径，推动系统规模化推广应用；

6.清洁替代燃煤供暖，助力能源结构绿色低碳转型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程的构成框图；

图2为本发明巨型地埋式真空保温储能库结构的侧剖示意图；

图3为本发明巨型地埋式真空保温储能库结构的俯剖示意图；

图4为本发明动态循环机制的原理示意图；

图5为本发明设置储能库挡墙的自然循环流动形式示意图；

图中，1–上部储热区、2–中部储热区、3–沉井储热区、4–钢混盖板、5–钢混库壁A、6–钢混陶粒底板、7–钢混库壁B、8–钢混底板、9–沉井钢混壁、10–沉井钢混底板、11–储能库挡墙、12–供暖库、13–储能库、14–与空气源热泵系统连接的输水管路、15–与空气源热泵系统连接的回水管路、16–与水源热泵系统连接的输水管路、17–与水源热泵系统连接的回水管路、18–与供暖系统连接的输水管路、19–与供暖系统连接的回水管路、20–与供冷系统连接的输水管路、21–与供冷系统连接的回水管路、22–布水器、23–真空保温层A、24–真空保温层B、25–沉井真空保温层、26–抽真空管、27–沉井刃脚、28–钢混支座、29–有机蔬菜植物园、30–标准钢架、31–太阳能光伏组件。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有可再生能源系统中光伏发电波动性大、空气源热泵低温效率低、储能系统容量小且成本高、能源利用方式单一等问题；本实施例提供一种太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，如图1所示，该系统集成太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统以及现代农业种植系统等多个相互协同的工程模块，构建了一个具备跨季节储能能力、多能互补、智能调控的综合能源系统，以实现清洁能源的高效、稳定、低成本利用。

以下对该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程的各子系统进行详细具体的说明：

巨型地埋式真空保温储能库系统：

巨型地埋式真空保温储能库系统是该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程实现能源高效存储与循环利用的核心工程模块，其作用在于实现跨季节储能，满足：“夏储冬用+冬储夏用”的能源调节需求；通过真空保温层结构大幅降低热损失率，保障储热介质的长期稳定储存，构建集“储-供-调”的全过程的能量闭环，显著提高整体能源利用效率。

具体的，如图1、图2和图3所示，巨型地埋式真空保温储能库系统包括埋于地下的巨型地埋式真空保温储能库，库体内部由上向下设置相通的上部储热区1、中部储热区2和沉井储热区3，上部储热区1、中部储热区2和沉井储热区3分别存储不同温度液态储热介质。其中，上部储热区1由钢混盖板4、设有真空保温结构的钢混库壁A5、钢混陶粒底板6围合构成。钢混库壁A5采用钢筋混凝土结构；钢混库壁A5内嵌真空保温层A23，同时钢混库壁A5上设有抽真空管26，抽真空管26与真空保温层A23连通，用于维持真空度。钢混库壁A5上安装有钢混支座28，钢混盖板4通过钢混支座28固定安装于钢混库壁A5顶部。钢混陶粒底板6为45°倾角的钢筋混凝土结构，其内嵌陶粒材料，用于增强底板保温性能，45°倾角设置可消除中部储热区2水流死角。中部储热区2由钢混陶粒底板6、设有真空保温结构的钢混库壁B7、钢混底板8围合构成。钢混库壁B7、钢混底板8采用钢筋混凝土结构；钢混库壁B7内嵌真空保温层B24，同时钢混库壁B7上设有抽真空管26，抽真空管26与真空保温层B24连通，用于维持真空度。沉井储热区3由钢混底板8、设置真空保温结构的沉井钢混壁9、沉井钢混底板10围合构成。沉井钢混壁9、沉井钢混底板10采用钢筋混凝土结构；沉井钢混壁9内嵌沉井真空保温层25，同时沉井钢混壁9上设有抽真空管26，抽真空管26与沉井真空保温层25连通，用于维持真空度。沉井钢混壁9的底部设有沉井刃脚27，沉井刃脚27采用高强度钢筋混凝土结构。

如图1和图2所示，本实施例中，上部储热区1和中部储热区2采用正梯形结构；上部储热区1的顶部在地表处通过钢混盖板4封闭，底部与中部储热区2相通。中部储热区2下方的沉井储热区3，其为一圆形沉井结构，中部储热区2的底部与沉井储热区3相通，沉井储热区3的底部环向设置沉井刃脚27，依靠沉井钢混壁9的自重开挖切土下沉至沉井钢混底板10使巨型地埋式真空保温储能库整体封闭。当然，该巨型地埋式真空保温储能库也可根据实际工程、地质情况等需求，设计为竖向截面为方形、矩形、梯形、圆形等其他形状结构。

进一步的，如图2所示，本实施例中的巨型地埋式真空保温储能库内还设有储能库挡墙11，储能库挡墙11的两侧与钢混库壁A5、钢混陶粒底板6以及钢混库壁B7连接，通过储能库挡墙11使库体内部分隔为供暖库12和储能库13；供暖库12与储能库13的库容占比为：供暖库12占整体库容的30%，储能库13占整体库容的70%。供暖库12的上部与储能库13的上部储热区1连通，供暖库12的下部与储能库13的中部储热区2连通。

经以上巨型地埋式真空保温储能库的库体结构说明，该巨型地埋式真空保温储能库通过配备保温结构的钢混库壁及钢混陶粒底板，并结合真空系统利用抽真空管26对各真空保温层的真空度实时控制，以及钢混陶粒底板6的45°倾角设置消除水流死角，使得巨型地埋式真空保温储能库与传统储热库、储热水箱相比，能够实现较低的年均热损率，且更为节能。此外，该巨型地埋式真空保温储能库由于采用钢混结构内嵌真空保温层，其相较于传统储热库、储热水箱的保温层，库体寿命达更长，耐腐蚀性更好，同时维护成本也更低。

现代农业种植系统：

以单体库容为100万立方米的巨型地埋式真空保温储能库为例，其整体尺寸为长200米×宽200米×高40米。由于该巨型地埋式真空保温储能库主体结构埋设于地下，其地面上方留有约60亩土地的可用空间。为提升土地综合利用效率，本实施例在储能库的钢混盖板上方设置了有机蔬菜植物园。如图2所示，有机蔬菜植物园29采用标准钢架30结构支撑，并结合太阳能光伏组件31构建立体化温室系统。其中，温室屋顶及南立面采用单晶太阳能光伏组件铺设，东、西两侧则采用弱光型太阳能光伏组件作为墙体结构，北侧则以空气源热泵系统、配电设备等工程设施作为围护墙体，整体构成一个封闭式、集约化的零碳温室大棚系统。

该设计不仅实现了农业种植与能源设施的有机结合，还有效利用了太阳能光伏组件31背面的余热资源，为植物园提供稳定的生长环境，显著提升了土地利用率和能源利用效率。

空气源热泵与水源热泵复叠集热系统：

由于上述巨型地埋式真空保温储能库系统，其自身并无对储热介质进行加热的能力，需与空气源热泵与水源热泵复叠集热系统进行配合使用。本实施例中的空气源热泵与水源热泵复叠集热系统包括空气源热泵系统和水源热泵系统。同时，如图2所示，巨型地埋式真空保温储能库还设有输水管路分层输配系统，用于配合空气源热泵系统和水源热泵系统，实现供暖、供冷功能。

输水管路分层输配系统包括延伸至上部储热区1、中部储热区2和沉井储热区3的输水管路组件。上部储热区1、中部储热区2和沉井储热区3的输水管路组件分别设置于三个水平高度，且每组输水管路组件包括若干组输水管路和若干组回水管路。具体的，与供暖系统连接的输水管路18延伸至供暖库12的上部储热区，与供暖系统连接的回水管路19延伸至储能库13的中部储热区2；与供暖系统连接的输水管路18、与供暖系统连接的回水管路19穿过库体与供暖系统连接。与水源热泵系统连接的输水管路16延伸至储能库13的中部储热区2，与水源热泵系统连接的回水管路17延伸至储能库13的上部储热区1。与空气源热泵系统连接的输水管路14延伸至储能库13的沉井储热区3底部；与空气源热泵系统连接的回水管路15延伸至储能库13的中部储热区2。与供冷系统连接的输水管路20延伸至储能库13的沉井储热区3底部；与供冷系统连接的回水管路21延伸至储能库13的上部储热区1；与供冷系统连接的输水管路20、与供冷系统连接的回水管路21穿过库体与供冷系统连接。各输水管路和回水管路的端部均安装有布水器22，通过布水器22均布储热介质流速并减少扰动。

太阳能光伏发电系统：

进一步的，考虑到有机蔬菜植物园29以及空气源热泵系统和水源热泵系统的供电问题，本实施中还设置太阳能光伏发电系统。同时，为进一步提升土地综合利用效率，太阳能光伏发电系统包括上述的基于有机蔬菜植物园29墙体搭建的弱光型太阳能光伏组件和顶部单晶太阳能光伏组件，太阳能光伏组件31通过并网逆变器接入交流汇流柜，交流汇流柜和市电电网通过双向智能电表接入配电柜，配电柜对空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统供电，太阳能总装机容量为8.7MWP，年平均发电量约为1013.7万kWh。

此外，考虑到对太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统的远程控制，如图1所示，本实施例中还设有与太阳能光伏发电系统的配电柜、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统的空气源热泵系统和水源热泵系统通过互联网远程控制连接的智能集控中心。智能集控中心为若干计算机，其采用基于AI算法的能源管理系统EMS，结合气象预测模型、负荷需求曲线、电价波动曲线这些多维数据，对整个太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程进行动态优化调度。

智能集控中心根据当日太阳辐射强度预测，制定光伏组件的发电与电网下电计划。并网逆变器将直流电转换为交流电后，优先供给空气源热泵系统、水源热泵系统及有机蔬菜植物园29用电设备，剩余电力用于小型储能系统充电。当光伏发电不足时，自动切换至市电电网供电，确保系统连续运行。

该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程的各子系统之间的关联作用如下：

巨型地埋式真空保温储能库系统与空气源热泵与水源热泵复叠集热系统配合，可实现分层输配系统的动态循环机制。分层输配系统的动态循环机制：通过三个水平高度的多组输水管路与布水器22的协同作用，使得巨型地埋式真空保温储能库可实现储热介质的自然分层与高效循环。液态储热介质以成本低、技术成熟的水为例，与水源热泵系统连接的输水管路16配合水源热泵系统抽吸中部储热区2的水体加热至60–80℃后，通过与水源热泵系统连接的回水管路17回排至上部储热区1；与空气源热泵系统连接的输水管路14配合空气源热泵系统抽吸沉井区的水体加热至40–60℃后，通过与空气源热泵系统连接的回水管路15回排至中部储热区2。

此外，如图4中箭头所示，由于高温水密度较低，低温水密度较高，这种密度差异会引发浮力效应，使高温水因密度小而自然上浮，低温水因密度大而自然下沉，形成第一种自然循环流动形式；从而上部储热区1储存60–80℃高温介质，中部储热区2储存40–60℃中温介质，沉井储热区3储存7–40℃低温介质。

巨型地埋式真空保温储能库通过温度分区、45°倾角钢混陶粒底板6、布水器22等结构，避免热滞留与死区，最大化利用自然对流，实现储热介质的高效分层与稳定循环，解决了传统技术中能耗高、分层效率低等问题；同时，空气源热泵与水源热泵复叠集热系统基于巨型地埋式真空保温储能库的库体结构，解决了热泵能效差问题。这种因密度差异产生的被动式循环机制不仅节能降耗，还显著提升了跨季节供能稳定性与经济性。

进一步的，为保障供暖季高温介质稳定供应，如图5中箭头所示，该巨型地埋式真空保温储能库内的储能库挡墙11起到关键作用。供暖季时，供暖系统、水源热泵系统与空气源热泵系统同时运行；与供暖系统连接的输水管路18配合供暖系统抽吸供暖库12顶部的60–80℃高温水进行供暖，同时储能库13上部储热区1的高温介质自动补充至供暖库12。同时，与水源热泵系统连接的输水管路16配合水源热泵系统抽吸储能库13中部储热区2的40–60℃中温水时，供暖库12底部的中温介质回流至储能库13，从而形成第二种自然循环流动形式，保障供暖季高温介质稳定供应与回水补充。

冷热双储模式：供暖季前，巨型地埋式真空保温储能库通过水源热泵系统和空气源热泵系统复叠运行，使储热介质从7℃升温至80℃。供暖季过程中，供暖系统、水源热泵系统与空气源热泵系统同时运行，保障供暖季高温介质稳定供应。

供暖季即将结束时，与水源热泵系统连接的输水管路16抽吸储热介质，同时水源热泵系统反向运行使储热介质从80℃降温至7℃；此时，与供冷系统连接的输水管路20即可配合供冷系统抽吸沉井储热区的低温储热介质，为夏热冬冷地区夏季供冷。供冷储热介质通过与供冷系统连接的回水管路21回排至上部储热区1，低温储热介质吸热后密度发生变化自然上浮，从而达到回收供冷循环废热储能，形成全年循环利用。

空气源热泵与水源热泵复叠集热系统是太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程实现高效热能提升与全年稳定供能的核心工程模块。由于采用智能集控中心远程控制空气源热泵系统与水源热泵系统协同运行的方式，通过两级热泵的复叠运行模式，系统整体能效比COP可提升50%以上，显著提高能源利用效率。巨型地埋式真空保温储能库系统与空气源热泵与水源热泵复叠集热系统配合智能集控中心远程控制，不仅可在冬季为供暖系统提供稳定热源，在夏季也可配合供冷系统运行，具备全年高效、稳定、节能的运行特性，是实现清洁能源高效转化的关键技术支撑。

现代农业种植系统是太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程实现多功能融合与土地高效利用的核心工程模块。有机蔬菜植物园29在冬季时，通过光伏组件背面散热结合巨型地埋式真空保温储能库散热对有机土壤的温度传递，使有机蔬菜植物园29内形成温室效应；同时，智能集控中心基于有机蔬菜植物园内安装温湿度检测装置，可远程控制空气源热泵系统对有机蔬菜植物园29内空气辅助加热，维持有机蔬菜植物园29内恒温。有机蔬菜植物园29在夏季时，园内温度较高，智能集控中心远程控制空气源热泵系统，空气源热泵系统抽吸有机蔬菜植物园29内部产生的热能存储至巨型地埋式真空保温储能库，空气源热泵系统对园内顶部吹风，降低太阳能光伏组件31背温，增加发电量；智能集控中心精准控制维持有机蔬菜植物园29内恒温。

在冬季运行时，现代农业种植系统通过光伏组件背板散热与地下储能库的热传导协同作用，形成稳定的温室效应，为作物生长提供适宜的温度环境；在夏季运行时，系统通过空气源热泵系统对顶部进行吸热降温，并配合吹风措施有效降低光伏组件背面温度，避免高温对植物生长造成不利影响，同时保障光伏发电系统的稳定运行效率。整个种植过程无需额外供热或制冷能源输入，实现了真正的零碳温室种植模式，有力推动绿色农业发展。此外，该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程通过地下储能、地面农业、空中发电的立体化布局，显著提升土地综合利用效率，打造了一地三用的复合开发新模式，具有良好的生态效益与经济效益。

太阳能光伏发电系统是太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程实现清洁能源就地生产与高效利用的核心工程模块。太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳辐射转化为电能，所发电力优先供给系统负荷使用，包括空气源热泵系统、水源热泵系统及有机蔬菜植物园29的用电设备等，提升能源就地消纳率。在光照充足、发电富余时，剩余电力用于小型储能系统充电；当光照不足、光伏发电量无法满足负载需求时，智能集控中心远程控制配电柜可自动切换至市电供电，确保整体运行的连续性和稳定性。通过“自发自用+谷电下网”的运行模式，有效优化能源调度策略，降低用电成本，提升太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程的经济性与适用性。

综上所述，本实施例提出的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，通过集成太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统，构建了一个多能互补、高效协同、智能调控的综合能源系统工程。该太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程在提升新能源利用效率、实现清洁能源跨季节储能、推动低碳供暖转型等方面具有显著的技术优势和应用价值，具体体现在以下几个方面：

1.实现“发电—储热—供热—供冷”全链条闭环运行，提升能源综合利用效率：通过太阳能光伏组件31就地发电，优先供给空气源热泵系统与水源热泵系统运行，所发电力实现自发自用，富余电力充电储能，不足时自动下网补电，形成灵活的能源调配机制。同时，空气源热泵与水源热泵复叠集热系统与巨型地埋式真空保温储能库系统联动运行，将不同品位热源分级储存，实现了从发电到制热、制冷、再到回灌再利用的完整闭环能量流动路径，大幅提升能源转化效率和巨型地埋式真空保温储能库系统的COP值。

2.突破传统热泵系统运行限制，实现全年稳定高效运行：空气源热泵系统与水源热泵系统采用复叠运行模式，空气源热泵系统负责储热介质初步升温，水源热泵系统对储热介质进一步提温，避免了单一热泵在低温环境下的效率骤降问题。同时，巨型地埋式真空保温储能库内的自然对流分层结构确保供暖系统取水温度稳定，极大提升了空气源热泵与水源热泵复叠集热系统的运行稳定性与全年平均能效，为寒冷地区提供可持续、稳定的清洁供暖解决方案。

3.构建跨季节储能体系，实现清洁能源“夏储冬用+冬储夏用”：巨型地埋式真空保温储能库具备较大库容的储热能力，结合真空保温结构与分层布水设计，年均热损失率＜1%的超低能耗，可实现热量的长期稳定储存。供暖季前通过空气源热泵与水源热泵复叠集热系统将低温储热介质逐级提升并储存于上部储热区，供暖季给供暖系统使用；供暖即将结束时，水源热泵系统反向吸热降温，将冷水储存于沉井储热区，用于夏季供冷，同时回收制冷废热至中部储热区储存，真正实现“夏储冬用+冬储夏用”的双向能量循环。

4.创新性采用一地三用的土地复合利用模式，提高空间资源利用率：在地下建设巨型地埋式真空保温储能库，在地面建设有机蔬菜植物园29，在空中建设太阳能光伏发电系统，实现土地资源的立体化、多功能化利用。有机蔬菜植物园29的温室结构由钢混盖板与标准钢架30搭建，光伏组件作为屋顶和墙体，不仅实现零碳温室效应，还通过背板散热辅助冬季恒温种植。夏季通过空气源热泵系统吸热降温结合顶吹风，有效控制太阳能光伏组件31背面温度，保障植物生长环境稳定，实现农业增产与能源产出双赢。

5.构建智能集控平台，实现远程统一调度与精细化管理：智能集控中心基于AI算法的能源管理系统EMS，结合气象预测模型、负荷需求曲线与电价波动曲线等多维数据，实现对整个储能调峰电站的动态优化调度。智能集控中心远程部署，通过移动通信等互联网实现远程监控、故障诊断与设备启停控制，全面提升系统运维效率与响应能力，支持参与电力市场交易与电网辅助服务。

6.降低储能成本，提升系统经济性与推广可行性：相比化学储能、压缩空气储能等方式，本系统工程采用物理热水储能方式，技术成熟、安全性高、投资回报周期短。通过真空保温结构设计、自然对流分层运行、复叠热泵提热等关键技术手段，显著降低了运行能耗与维护成本。此外，“自发自用+谷电下网”的运行模式进一步提升经济效益，使系统具备大规模推广应用的经济基础和技术条件。

7.助力低碳转型，推动能源结构绿色转型：本系统工程全面替代燃煤锅炉供暖，实现供暖过程零碳排放，减少化石能源依赖，推动能源结构向清洁化、低碳化方向转变。同时，通过多能互补、智能调度与能源闭环利用，构建起可持续发展的新型能源生态体系，为实现低碳转型与气候治理提供了切实可行的技术路径和工程示范。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统、空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统；

所述巨型地埋式真空保温储能库系统包括巨型地埋式真空保温储能库，巨型地埋式真空保温储能库埋于地下，巨型地埋式真空保温储能库采用设有真空保温结构的钢混库壁，其内部存储液态储热介质，并且在巨型地埋式真空保温储能库内设有与空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、居民供暖系统、居民供冷系统连接的输水管路组件；

所述现代农业种植系统包括设置于巨型地埋式真空保温储能库地面以上的有机蔬菜植物园，有机蔬菜植物园为采用标准钢架配合太阳能光伏组件在钢混盖板上搭建的温室大棚结构；

所述太阳能光伏发电系统包括基于有机蔬菜植物园墙体和顶部搭建的太阳能光伏组件，太阳能光伏组件通过并网逆变器接入交流汇流柜，交流汇流柜和市电电网通过双向智能电表接入配电柜，配电柜对空气源热泵与水源热泵复叠集热系统、巨型地埋式真空保温储能库系统、以及现代农业种植系统供电，配电柜与智能集控中心远程控制连接；

所述空气源热泵与水源热泵复叠集热系统包括基于巨型地埋式真空保温储能库和有机蔬菜植物园搭建的空气源热泵系统和水源热泵系统，空气源热泵系统和水源热泵系统分别与巨型地埋式真空保温储能库系统的输水管路组件连接，同时与太阳能光伏发电系统和电网连接，与智能集控中心远程控制连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述智能集控中心采用基于AI算法的能源管理系统EMS，结合气象预测模型、负荷需求曲线、电价波动曲线这些多维数据，对整个储能调峰电站系统进行动态优化调度；

智能集控中心根据当日太阳辐射强度预测，制定光伏组件的发电计划，并网逆变器将直流电转换为交流电后，优先供给空气源热泵系统、水源热泵系统及有机蔬菜植物园用电设备；

当光伏发电不足时，自动切换至市电电网供电，夜间谷电下网供电，确保系统连续运行。

3.根据权利要求1所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述巨型地埋式真空保温储能库的库体内部由上向下设置相通的上部储热区、中部储热区和沉井储热区，上部储热区、中部储热区和沉井储热区分别存储不同温度液态储热介质；

上部储热区由钢混盖板、内嵌真空保温层的钢混库壁A、钢混陶粒底板围合构成；中部储热区由钢混陶粒底板、内嵌真空保温层的钢混库壁B、钢混底板围合构成；沉井储热区由钢混底板、内嵌沉井真空保温层的沉井钢混壁、沉井钢混底板围合构成。

4.根据权利要求3所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：供暖季前，智能集控中心远程控制水源热泵系统和空气源热泵系统复叠运行对储热介质升温；供暖季即将结束时，智能集控中心远程控制水源热泵系统运行，对储热介质反向吸热降温；

升温过程中，高温储热介质向上流动，低温储热介质向下流动，使上部储热区储存60–80℃高温介质，中部储热区储存40–60℃中温介质，沉井储热区储存7–40℃低温介质；

供暖季即将结束，储热介质通过水源热泵系统反向吸热降温，沉井储热区存储7℃低温介质，夏热冬冷地区供冷系统提取沉井储热区的低温介质进行供冷，供冷废热回到上部储热区储存。

5.根据权利要求3所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述巨型地埋式真空保温储能库体内部还设有储能库挡墙，储能库挡墙的两侧与钢混库壁A、钢混陶粒底板以及钢混库壁B连接，通过储能库挡墙使库体内部分隔为较小库容的高品位供暖库和较大库容的储能库；供暖库的上部与储能库的上部储热区连通，供暖库的下部与储能库的中部储热区连通。

6.根据权利要求5所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述上部储热区、中部储热区和沉井储热区的输水管路组件分别设置于三个水平高度，且每组输水管路组件包括若干组输水管路和若干组回水管路；

与空气源热泵系统连接的输水管路延伸至储能库的沉井储热区底部，与空气源热泵系统连接的回水管路延伸至储能库的中部储热区；

与供冷系统连接的输水管路延伸至储能库的沉井储热区底部，与供冷系统连接的回水管路延伸至储能库的上部储热区；

与水源热泵系统连接的输水管路延伸至储能库的中部储热区，与水源热泵系统连接的回水管路延伸至储能库的上部储热区；

与供暖系统连接的输水管路延伸至供暖库的上部储热区，与供暖系统连接的回水管路延伸至储能库的中部储热区；

各输水管路和回水管路的端部均安装有布水器，通过布水器均布储热介质流速并减少扰动。

7.根据权利要求5所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：供暖季时，智能集控中心远程控制供暖系统、水源热泵系统和空气源热泵系统同时运行；

供暖系统运行时，与供暖系统连接的输水管路抽吸供暖库顶部的高温介质，同时储能库上部储热区的高温介质自动补充至供暖库；

水源热泵系统运行时，与水源热泵系统连接的输水管路抽吸储能库中部储热区的中温介质，同时供暖库底部的中温介质回流至储能库。

8.根据权利要求3所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述钢混陶粒底板45°倾角设置；所述沉井钢混壁的底部设有沉井刃脚；所述钢混库壁A上安装有钢混支座，钢混盖板通过钢混支座固定安装于钢混库壁A顶部。

9.根据权利要求1所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述巨型地埋式真空保温储能库的竖向截面为方形、矩形、梯形或圆形。

10.根据权利要求1所述的太阳能空气能大容量长周期储能调峰电站系统工程，其特征在于：所述有机蔬菜植物园在冬季时，通过光伏组件背面散热结合巨型地埋式真空保温储能库钢混盖板散热对有机土壤的温度传递，使有机蔬菜植物园内形成温室效应；同时，智能集控中心远程控制空气源热泵系统，对有机蔬菜植物园内空气辅助加热，维持有机蔬菜植物园内恒温；

有机蔬菜植物园在夏季时，园内温度较高；智能集控中心远程控制空气源热泵系统，空气源热泵系统抽吸有机蔬菜植物园内部产生的热能存储至巨型地埋式真空保温储能库，空气源热泵系统对园内顶部吹风，降低光伏组件背温，增加发电量；智能集控中心精准控制维持有机蔬菜植物园内恒温。