[发明专利]基于跨季节分级蓄热的复合热源柔性清洁供热方法与系统

说明书

基于跨季节分级蓄热的复合热源柔性清洁供热方法与系统，由土壤源分级蓄热系统、太阳能系统、超高效热泵、室内末端及管路系统组成，其中土壤源蓄热分为内圈高温区、中圈中温区和外圈低温区三部分，非采暖期可分别接受来自工业企业的高温、中温和低温余热源进行蓄热，太阳能可对中温区蓄热。采暖期高温区蓄热及高温余热源可联合对室内高温末端供暖；中温区蓄热及中温余热源可联合对中温末端供暖；低温区蓄热及低温余热源可联合对低温末端供暖；热泵机组可吸收低温区蓄热及低温余热源制热并对高、中温末端供暖；太阳能可直接对中温末端供暖。该专利可实现基于工业余热及太阳能的清洁能源跨季节供热，与传统供热方式相比可节能80%～90%以上。

技术领域

本专利涉及基于跨季节分级蓄热的复合热源柔性清洁供热方法与系统，属于双碳清洁供热技术领域。

背景技术

充分利用高耗能工业企业的各类余热资源，和太阳能、地热能等自然能源，成为大幅降低化石能源供热的主要替代形式之一。

根据有关研究和报道，估算主要的余热资源来源及其规模如下。

核电余热：我国未来将在东部沿海地区建成2亿kW的核电，其中至少有1亿kW建设于从连云港到大连的北方沿海地区。发电量预计为7500-8000亿kWh。按照热电比1.2计算，全年可产生热量约为32亿GJ。

火电余热：为了保证大规模可再生能源接入条件下的电网稳定性，预计未来我国将保留6亿kW的火电，年发电量1.5万亿kWh，考虑到其中一半位于北方地区，冬季提供余热量约为18亿GJ。

工业余热：未来我国保留的冶金、化工、建材生产过程中产生的工业余热约为15亿GJ。

对上述热量进行利用，考虑能够回收其中70%，则可用于城镇供热的热量约为45亿GJ（其中16亿GJ是在非采暖季进行储存，供暖季提取进行供热）。结合垃圾焚烧，中水水源热泵等技术，能够实现55亿GJ的总供热量。其余部分的供热量缺口可考虑以各种类型的热泵为主的分散式采暖方式提供。

另一方面，高耗能工业企业往往全年生产，或者主要集中在非采暖期投产、冬季降低产量乃至停产；太阳能也是非采暖期热量更足、冬季则大幅降低。如此之大的更高品位的能源可否转用于冬季供暖，一直是一个悬而未决的问题，其关键问题是解决跨季节大规模蓄能的方法问题，其中特别突出的问题是合适的蓄能介质及系统初投资、运行费用的有效降低。

目前已有科研院所和地方政府部门及企业进行各种跨季节储热技术方案的探讨和试验研究，主要包括：大型储热水箱跨季节储热、地下含水层跨季节储热、地埋管跨季节储热、岩石类跨季节储热、人工含水层跨季节储热等，各类技术方案都有一定的可实施性，但均需要综合考虑实施的技术条件、能源价格等，需要改善其技术经济效果。

室内供热末端的形式及运行参数也随着节能建筑的推广而变化，例如地板采暖方式占比越来越大，更有利于利用低品位余热供热、或热泵供热，更有利于减少和取代化石能源供热。同时，许多工业车间、地下室等辅助用房、乃至一些原本不供暖的农村住房、蔬菜花卉大棚温室、放假后的学校等有关单位等，往往只需要将室温控制在不低于5～10℃的值班采暖水平即可满足需求，此时其供水温度只要达到20～30℃即可满足需求。另外，如果采用清华大学正在开发的主动控温式节能建筑结构，即墙体、窗体等建筑围护结构的内部设置嵌管式换热结构，只需10～20℃的低温热源水即可满足保温供暖需求。如墙体内壁面或顶板采用低温辐射末端供暖，则其供水温度只要达到20～30℃即可满足需求。

发明内容

本专利的目的和任务是，设计一种新型的基于跨季节分级蓄热的复合热源柔性清洁供热方法与系统，结合跨季节蓄能和建筑节能及供热技术，构建一套碳中和背景下的全新的复合热源的柔性清洁供热方法和技术体系，将有望助力供热领域的碳中和目标的实现。