[发明专利]一种基于土壤源热泵系统的天然气场站能源利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源利用方法，具体涉及一种基于土壤源热泵系统的天然气场站能源利用方法。

背景技术

目前，在天然气场站中，传统天然气加热、建筑的采暖与空调制冷以及生活热水供应的能源系统都是相互独立的，并且能源效率较低，具体如下：

在天然气场站中，通常设有天然气的调压功能，即通过调压器将高压天然气降压至中压或低压后供给下游用户。根据焦耳-汤姆逊效应，伴随着天然气的降压，天然气的温度也随之降低，有时降压后的天然气温度将达到0°以下。对于来气温度为0～5℃的天然气，由4MPa降至0.4MPa，天然气温度降低约20℃，如果不对调压前的天然气加热，调压后天然气温度过低，有可能在管道内生成天然气水合物(一种固态白色粉末)，造成管道阻塞，影响到管道的正常输气。另外，天然气管道温度过低，也会造成钢质管道的安全运行。如用作天然气管道的20#钢管，不能在低于-20℃的环境下运行。

为此，通常要在天然气调压前，对天然气进行升温加热，确保调压后的天然气温度不低于0℃。常用的天然气加热方法有两种：(1)利用电加热器对天然气进行加热；(2)利用燃气锅炉加热热水，然后利用管壳式换热器对天然气加热。利用电加热方法系统简单，但运行成本较高。同时，电加热时热功率较大，需要安装较大功率的变压器以及支付一笔不小的电力增容费。虽然相对电加热方法，利用燃气锅炉来加热天然气，运行成本有所降低。但锅炉系统的缺点也十分明显：锅炉热效率较低，同时需要配置燃气供应系统，还要设专用的燃气锅炉房，为防止燃气泄漏带来的安全问题，燃气锅炉房的电气设备都选用防爆产品。另外，锅炉属于压力容器，每年还要对锅炉进行年检，无论运行管理还是系统设计都十分复杂。对于城镇燃气场站，天然气加热大多发生在冬季，在其它季节，基本不需要加热。这样无论电加热还是利用燃气锅炉加热。只能在一年部分季节运行，其它时间停运，设备利用效率不高。

对于夏热冬冷地区的天然气场站，站内建筑通常配置分体式空调进行夏季制冷和冬季采暖。在北方地区(如北京地区)，冬季即使空调全负荷运行，由于室外气温较低，利用分体空调采暖的效果并不好。生活热水还需要配置电锅炉或燃气锅炉解决。也有燃气企业直接利用燃气锅炉解决场站内的采暖和生活热水需求。上述已提到，除燃气锅炉房的防爆以及系统复杂性外，锅炉的排烟也带来了环境污染问题。

天然气场站的传统供能系统效率低下、系统复杂，已是不争的事实，迫切需要采用新的供能技术解决这些问题。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种满足天然气场站在不同季节的各种冷热负荷需求的能源利用方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于土壤源热泵的天然气场站能源利用方法，具体技术方案如下：

利用一套土壤源热泵系统解决天然气场站内冬季和夏季各种冷热负荷需求；在冬季时土壤源热泵以土壤为吸热源，从土壤中吸收热量满足天然气场站的热需求；在夏季时土壤源热泵以土壤为排热源，将天然气场站多余的热量释放到土壤中。优选地，土壤源热泵系统包括至少两台土壤源热泵机组，根据热负荷的不同用途，将土壤源热泵机组分为两组。土壤源热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀，其中至少一台土壤源热泵机组还包括热回收器。

在夏季冷负荷与冬季热负荷相差不大地区的夏季，其中一组土壤源热泵机组用于向建筑供冷，另一组土壤源热泵机组作为备用。在夏季冷负荷与冬季热负荷相差较大地区的夏季，两组土壤源热泵机组同时工作用于向建筑供冷。经热回收器回收的热量用于生活热水供应。在夏季制冷时，土壤源热泵的冷媒在蒸发器中蒸发吸取建筑内的热量，再经压缩机压缩成高温高压的气体，然后进入冷凝器冷凝，把热量释放到地下土壤中。夏季冷负荷与冬季热负荷相差较大，是指夏季冷负荷是冬季热负荷的两倍以上，这些地区夏季炎热而冬季寒冷。不足两倍的，说明夏季和冬季的温差相对较小。

在冬季，其中一组土壤源热泵机组用于天然气加热，另一组土壤源热泵机组用于向建筑供暖和生活热水供应。当用于天然气加热的土壤源热泵机组出现故障时，用于建筑采暖和生活热水供应的土壤源热泵机组停止向建筑供暖和生活热水供应，切换为用于天然气加热。在冬季供暖时，土壤源热泵的冷媒在蒸发器中蒸发吸取地下土壤的热量，经压缩机压缩成高温高压的气体，然后进入冷凝器冷凝，加热系统循环水，制取热水送入建筑内达到供暖目的。

本发明的有益效果是：