[发明专利]具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法，并提出相应的系统定容优化方法，该系统包括低温供热堆、换热器、日内储热热水储热罐、跨季节储热地埋管装置、吸收式制冷机、燃气锅炉和烟气型地源吸收式热泵等。在用户侧日内冷/热负荷较低的时刻以及非供热供冷时期，分别利用热水储热罐以及跨季节储热地埋管装置储存低温供热堆输出的多余热量，然后在日内冷/热负荷较高的时刻以及供热供冷期冷/热负荷较高的时期进行释放，同时兼顾了冷热负荷在不同季节和日内不同时刻的变化特性，实现了日内以及跨季节的储热调峰。本发明实现了热源供给侧与冷热负荷需求侧的精确匹配，不仅保证了机组的高效灵活运行，还降低了系统的初始投资。

技术领域

本发明涉及核能综合利用领域，特别涉及一种具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，我国城市集中供热面积大幅增加。目前我国城市冬季供暖大多采用燃煤热电联产、区域燃煤锅炉的方式，而燃烧煤炭产生大量的二氧化碳、氮硫化物、粉尘颗粒物，使得北方地区冬季深受雾霾困扰，严重危害人民出行安全和身体健康。

力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，是党中央作出的重大战略决策。在碳达峰、碳中和目标下，我国能源系统将继续加快清洁低碳转型。核能具有生产过程不排放温室气体、全寿期碳排放量小、能量密度高、无间歇性等优点，在双碳目标下，核能综合利用将有更多的发展机遇。相比于其他供暖方式，核能供热具有清洁低碳、运行稳定、经济可行等多重优势，是当前不可多得、可实现替代一次能源，满足大规模集中供暖基本负荷需求的重要供热形式。低温供热堆作为一种核能供热形式，具有可靠性高、技术成熟、系统简单、运行稳定、占地面积小等优点，将其用于居民供热，可有效降低碳排放，改善我国能源结构。

由于居民采暖热负荷存在季节波动性和日夜周期性变化的现象，即在采暖季的不同时期以及同一天的不同时刻，采暖热负荷都存在较大的差异。鉴于采暖热负荷存在周期性变化的时变特性，需要热负荷供给侧频繁调节出力大小，而低温供热堆为了保证运行的安全稳定，不宜频繁调节堆芯输出功率。为了有效解决供热堆与热负荷供需之间的矛盾，需要增加日内储热调峰装置以及跨季节储热调峰装置，分别实现日内调峰以及跨季节调峰。

此外，供热堆若只用于供热，其设备年利用小时数有限，而且需要考虑非供热季的余热排出问题，可考虑在夏季使用供热堆的热水驱动吸收式制冷机进行供冷，从而实现供热堆的综合运用。由于用户侧的冷负荷需求也具有时变特性，也可以通过相应的储热装置进行供冷调峰。

在设计供热堆冷热联供系统时，由于供热堆初始投资费用较高，且冷热负荷存在峰谷值，要根据所在区域的冷热负荷情况来为机组各设备选取合适的容量，从而获得经济性最佳的系统配置，所以对供热堆冷热联供系统进行定容优化十分必要。

发明内容

本发明针对供热堆年利用时长低、需求侧冷热负荷具有时变特性的问题，提供一种具备储热调峰功能的供热堆冷热联供系统及其运行方法，并提出相应的系统定容优化方法。在非供暖季以及非供冷季，供热堆三回路输出的热量通过地埋管装置进行跨季节储热。在夏季供冷初末期，供冷负荷较低时，供热堆部分功率运行即可满足用户端的冷负荷需求，此时只需要进行日内调峰供冷；在夏季供冷高峰期，供热堆满负荷运行都满足不了用户端冷负荷需求的时候，还需要根据用户不同时期的冷负荷需求，同时进行跨季节调峰以及日内调峰。在冬季供热初末期，供热负荷较低时，供热堆部分功率运行即可满足用户端的热负荷需求，此时只需要进行日内调峰供热；在冬季供热高峰期，供热堆满负荷运行满足不了用户端冷负荷需求的时候，需要根据用户实际热负荷需求，同时进行跨季节调峰以及日内调峰。为了保证系统能够满足极端工况的供热供冷需求，同时增加备用热源，系统同时配备了燃气锅炉参与调峰，燃气锅炉的烟气余热仍然可用于驱动地源吸收式热泵，为用户供给热水，实现能量梯级利用。本发明提出的储热调峰冷热联供系统，不仅可以降低系统初始投资，还可实现供热堆的高效综合利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：