[发明专利]一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统

说明书

本发明公开了一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统，该冷热电三联供系统包括生物质气化子系统、生物质与天然气共燃的燃气透平发电子系统、烟气余热利用子系统和地源热泵子系统，主要设备包括第一空气压缩机、气化炉、第一换热器、第一水泵、第二换热器、第三换热器、净化除尘器、气体混合器、燃烧室、燃气透平、第二空气压缩机、回热器、烟气吸收式制冷机、第四换热器、第二水泵、地下换热器、蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀。本发明综合利用生物质、浅层地热能和天然气，通过三联供系统互补集成，实现了可再生能源与化石能源的高效利用。该系统总能效率高达65％以上，有利于进一步降低对化石能源的依赖，优化能源供应系统结构，实现环境可持续发展。

技术领域

本发明涉及生物质、地热能及天然气利用技术领域，特别是一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统。

背景技术

众所周知，随着我国社会经济的持续快速发展，能源需求量不断增大，诸如煤炭、石油、天然气等化石能源不断消耗。考虑到我国人口基数大，人均能源资源相对不足，以及煤炭、石油利用带来的一系列环境污染问题，有必要对现有能源利用技术进一步改进，主要集中在两个方面：一是能源系统集成方式的创新；二是引入可在能能源资源，开展多能源互补利用的研究工作，从而提高能源利用效率，降低对环境的污染。

冷热电三联产系统直接面向用户，为用户提供冷量、热量或电力等产品。通过采用不同原动机和余热利用装置实现燃料的化学能和物理能的综合梯级利用。该系统就近布置，降低了输送损失，减少初投资，同时系统之间的独立性提高了能源供应的可靠性和安全性。根据国家能源发展战略行动计划指出，通过优化能源结构，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达15％。因此，通过采用可再生能源的冷热电三联产系统有利于进一步提高能源利用效率，减少对化石燃料的依赖。

与其它能源相比，生物质具有如下优势：资源丰富、分布广泛、碳中性，可再生等优点。然而也存在生物质资源分布分散、能量密度低等缺点。因此通过采用不同的生物质利用技术实现生物质从低能量向高能量转化，对生物质能源资源更加高效利用。其中，生物质气化将固体生物质转化为洁净方便利用的生物质合成气，将生物质化学能转移至合成气中，进一步提高合成气利用效率。除此之外，浅层地热能储量丰富、不受季节天气的影响，易于稳定利用，通过采用地源热泵一方面提高热泵能效，另一方面提高其节能率。同时考虑到地源热泵单独应用取热量过大，容易造成地下土壤热不平衡，因此通过考虑将地源热泵与分布式能源系统结合，进一步提高分布式能源系统烟气余热利用效率。

目前对现有设计理念和实施方案的生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统研究存在的主要问题有：1)单独天然气基分布式能源系统或单独生物质基分布式能源系统稳定性较差；2)地源热泵单独运行取热量过大，造成土壤热不平衡；3)既有地源热泵烟气余热利用COP偏低，烟气余热利用能量损失较大。因此，通过生物质、天然气与浅层地热能互补利用，实现可再生能源与化石燃料之间不同品位能量的综合梯级利用是需要解决的关键问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了实现化石燃料与可再生能源之间的互补集成利用，提高能源系统效率，满足用户不同能量产品的需求，本发明提出了一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供系统，其特征在于，该系统包括：