[发明专利]基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统及实现方法

说明书

本发明公开一种基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统及实现方法。该系统包括高温热泵供热/制冷子系统和跨临界朗肯循环发电子系统,所述膨胀机(3)的一侧与所述发电机(4)同轴连接，另一侧通过可调联轴器(9)啮合驱动所述高温热泵供热/制冷子系统的压缩机(10)。本发明膨胀机与压缩机联动，实现朗肯正循环和热泵逆循环耦合和灵活切换，满足不同季节建筑冷热电负荷，同时有效的保持了浅层地热能的全年温度场的平衡。省略热泵系统的电动机及逆变器等设备，提高了系统的转化效率。

技术领域

本发明属于中低温地热能利用领域，尤其涉及一种基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统及实现方法。

背景技术

我国具有丰富的地热资源，且呈现以中低温为多的分布特征。随着能源危机和环境问题的日益加剧，浅层地热资源已经在我国有了较广泛的应用，浅层井下换热器、土壤源等地埋管换热技术已经得以推广应用。同时，深层地热利用也亦逐渐引起人们的重视，跨临界朗肯循环在深层地热的转化利用引起广泛关注。

地热跨临界朗肯循环中循环工质沸点低，可充分利用地下热水、油田废井等中低品位能源，系统结构简单，效率高。但目前普遍使用带中间介质回路的蒸发过程，循环段蒸发、换热损失大。同时，大量的冷凝放热通过冷却塔释放于大气，造成了热量的损失及热污染，同时降低了系统的效率。另外，传统的地源热泵浅层地热利用方面由于往往存在冬夏释放热的差异带来的浅层土壤热堆积、不平衡的问题，带来系统性能的恶化及环境的污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统及实现方法。

本发明的第一个技术方案是：基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统，包括高温热泵供热/制冷子系统和跨临界朗肯循环发电子系统，所述高温热泵供热/制冷子系统包括依次串接的换向阀、压缩机、冷凝器/蒸发器、节流阀、热泵用地埋管和换热器Ⅰ；所述跨临界朗肯循环发电子系统包括依次串接的膨胀机、换热器Ⅰ、发电用地埋管、工质泵、储液罐和换热器Ⅱ，还包括发电机，所述膨胀机的一侧与所述发电机同轴连接，另一侧通过可调联轴器啮合驱动所述高温热泵供热/制冷子系统的压缩机；

所述热泵用地埋管与发电用地埋管组成浅层地埋管阵列，保证冷热的平衡交换；

所述浅层地埋管阵列和换热器Ⅱ组成地热能获取系统；

所述换热器Ⅰ的第一连接管和第二连接管分别与所述膨胀机和发电用地埋管连接；所述换热器Ⅰ的第三连接管和第四连接管分别与所述热泵用地埋管和换向阀连接；

所述冷凝器/蒸发器的第Ⅰ连接管和第Ⅱ连接管分别与所述换向阀和节流阀连接；所述冷凝器/蒸发器的第Ⅲ连接管和第Ⅳ连接管分别与建筑用户和热/冷水泵连接。

所述换热器Ⅱ位于地热井内。

根据异常区地热梯度，所述换热器Ⅱ利用深层地热资源，设置于地下200-3000米。

所述发电用地埋管利用浅层地热资源，设置于地下0-200米。

所述浅层地埋管阵列为U型套管换热器结构，发电用介质和热泵用介质逆流布置，垂直或水平放置。

本发明的第二个技术方案是：一种基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统的实现方法：包括发电和供暖模式；

其中，发电模式采用朗肯循环，具体如下：

(a)、跨临界朗肯循环发电系统以二氧化碳为工质，由换热器Ⅱ向80℃以上的水热型深层地热热储取热，使液体二氧化碳吸热变为温度和压力均大于临界点31℃和7.4Mpa的高温高压二氧化碳气体；

(b)、高温高压的二氧化碳气体进入膨胀机，推动膨胀机转动，带动发电机发电；