CN113531630A - 低成本运行的地热供暖-储能一体化***及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本运行的地热供暖‑储能一体化***，包括地热直接供暖单元、热泵升温单元、储能单元及热用户单元，直接供暖单元和热泵升温单元通过集水器一同为热用户单元供暖，且同时为储能单元储能，从热用户单元出来的循环水通过分水器分别连接至地热直接供暖单元及热泵升温单元进行循环供暖；储能单元的出口端连接地热直接供暖单元和热泵升温单元，在不供暖时为直接供暖单元和热泵升温单元供能，储能单元还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流形成储能单元的释能供暖回路，在直接供暖单元和热泵升温单元不工作时为热用户单元供暖。本***采用了分、集水器来调整用户供回水压力，利用地热直接供暖、热泵***供暖以及储能供暖三种供暖方式，平衡各部分的压力，使得供暖储能高效运行。

Description

低成本运行的地热供暖-储能一体化***及应用
技术领域
本发明属于地热资源利用领域，涉及地热供暖-储能技术，尤其是一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***及应用。
背景技术
随着全球能源需求的不断增加，环境污染问题越来越严重，因此可再生能源的开发利用已经成为了当今能源发展的主要方向。而地热能因其储量大、稳定可靠等优点被广泛的应用于发电以及供暖等各个领域中。
但我国的地热资源以中低温地热为主，适合发电的地热资源较少，大部分地热资源适用于供暖等有热需求的领域。目前大部分地热供暖为开采地热水直供模式，此模式的地热回水温度较高，造成了地热资源的浪费，同时国家已出台了相关政策，要求降低地热回水温度，提高地热资源的利用效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种实现地热能的高效利用，解决现有供暖***回水温度过高以及***运行成本高等问题的低成本运行地热供暖-储能一体化***，该***能够实现地热温度的分段利用，同时利用峰谷电价，实现***低成本运行。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，包括地热直接供暖单元、热泵升温单元、储能单元及热用户单元，直接供暖单元和热泵升温单元通过集水器一同为热用户单元供暖，且同时为储能单元储能，从热用户单元出来的循环水通过分水器分别连接至地热直接供暖单元及热泵升温单元进行循环供暖；储能单元的出口端连接地热直接供暖单元和热泵升温单元，在不供暖时为直接供暖单元和热泵升温单元供能；储能单元还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流形成储能单元的释能供暖回路，在直接供暖单元和热泵升温单元不工作时为热用户单元供暖。
而且，所述的直接供暖单元包括热水井，热水井出口端连接高温板式换热器的夹层入口端，高温板式换热器的换热出口端一支连接集水器入口端，另一支连接储能单元的储能装置入口端，所述集水器的出口端连接至热用户单元的用户入口端，在用户出口端设置有分水器，该分水器的出口端一支连接至高温板式换热器的换热入口端，一支连接至热泵升温单元的热泵机组入口端，热泵机组出口端一支与高温板式换热器的换热出口端汇合连接至集水器入口端，另一支连接至储能装置的入口端，为储能单元储能，储能单元储能装置的出口端一支连接至高温板式换热器入口端，一支连接至热泵机组入口端，该储能单元还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流至储能装置形成储能装置的释能供暖回路。
而且，在热泵机组一侧设置有低温板式换热器，高温板式换热器的夹层出口端连接至低温板式换热器的夹层入口端，低温板式换热器的夹层出口端回流连接至回灌井。
而且，所述的储能装置为卧式储能水箱，在储能装置与集水器之间设置有供热泵，在储能装置与热泵机组之间设置有供热泵。
而且，在分水器出口端与热泵机组入口端之间设置有供热泵，在低温板式换热器与热泵机组之间设置有循环水泵，在热水井的出口端与高温板式换热器之间设置有抽水泵。
一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，包括在供暖阶段、储能阶段及在释能阶段。
而且，供暖阶段，阀门V1，V3，V4，V5，V7，V8，V9打开，阀门V2，V6，V10，V11关闭，高温地热水从地热井出口被抽出后流经高温板式换热器，将热量传递给供热水后流至低温板式换热器，供热水在高温板式换热器吸热后，根据电动阀调节再流经集水器，后经泵输送至用户供暖，然后流至分水器后回到高温板式换热器完成循环，流经高温板式换热器放热后的地热水流经低温板式换热器将热量传递给循环水，然后被输送回地热井入口，完成回灌，循环水在低温板式换热器吸热后流至热泵***蒸发器，将热量传递给热泵***工质，工质在吸热后蒸发，在经工质泵压缩后进入热泵***冷凝器放热，后经节流阀节流后进入再次蒸发器完成循环，供暖水在热泵***的冷凝器中吸热后流至集水器，然后被泵输送至用户供暖，然后流至分水器后流至热泵***的冷凝器完成循环。
而且，储能阶段，阀门V4，V6，V7，V8，V9，V10打开，阀门V1，V2，V3，V5，V11关闭，在用户无供暖需求时，在高温板式换热器吸热的供暖水给储能装置储能，在热泵冷凝器中吸热的供热水给储能装置储能。
而且，在释能阶段，阀门V1，V2，V11打开，阀门V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10关闭，在用户有热需求时，储能装置将供暖水输送至集水器，再由泵输送至用户，后输送至分水器，最后回到储能装置完成循环。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明提供的低成本运行的地热供暖-储能一体化***采用了两种热源给储能装置储能的方式：第一种热源是高温地热水，在经过高温板式换热器换热后直接给储能装置储能。第二种热源是热泵***，高温地热水在经过高温板式换热器换热后温度降低，再经过热泵***升温后给储能装置储能。
2、本发明提供的低成本运行的地热供暖-储能一体化***采用了电动阀自动控制***，通过自动控制使***在直接供暖、热泵***供暖、储能装置储能以及储能装置释能的运行模式之间自动切换。
3、本发明提供的低成本运行的地热供暖-储能一体化***采用了分、集水器来调整用户供回水压力，采用了地热直接供暖、热泵***供暖以及储能装置供暖三种供暖方式，由于三种供暖方式存在不同的压力，本***采用了分、集水器可平衡各部分的压力，使得供暖储能高效运行。
4、本发明提供的低成本运行的地热供暖-储能一体化***采用了卧式储能水箱作为储能装置，该***解决了现有技术中选址困难、占地面积大、水压过高等问题，可有效降低储能装置的建设成本。
5、本发明提供的低成本运行的地热供暖-储能一体化***采用了利用峰谷电价的运行策略，在晚上谷电价时运行***，通过地热直接供暖***和热泵***对储能装置进行储能，在白天峰电价时首先运行储能装置释放热能给用户供暖，待储能装置中热能释放完成后采用地热直接供暖及热泵***供暖，该运行策略有效的减少了***在峰电价时的运行时间，降低了***的运行费用。
6、本发明设计科学合理，提供一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，实现地热能的高效利用，解决现有供暖***回水温度过高以及***运行成本高等技术问题，本***采用了分、集水器来调整用户供回水压力，采用了地热直接供暖、热泵***供暖以及储能装置供暖三种供暖方式，平衡各部分的压力，使得供暖储能高效运行，且能够实现地热温度的分段利用，同时利用峰谷电价，实现***低成本运行。
附图说明
图1为本发明***示意图；
图2为本发明地热直接供暖-热泵***供暖流向示意图；
图3为本发明地热直接储能-热泵***储能流向示意图；
图4为本发明储能装置释能供暖流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，如图1所示，包括地热直接供暖单元、热泵升温单元、储能单元及热用户单元，所述的直接供暖单元包括热水井，热水井出口端连接高温板式换热器的夹层入口端，高温板式换热器的换热出口端一支连接集水器入口端，另一支连接储能单元的储能装置入口端，所述集水器的出口端连接至热用户单元的用户入口端，在用户出口端设置有分水器，该分水器的出口端一支连接至高温板式换热器的换热入口端，一支连接至热泵升温单元的热泵机组入口端，热泵机组出口端一支与高温板式换热器的换热出口端汇合连接至集水器入口端，为热用户单元供暖，另一支连接至储能装置的入口端，为储能单元储能，储能单元储能装置的出口端一支连接至高温板式换热器入口端，一支连接至热泵机组入口端，在不供暖时为直接供暖单元和热泵升温单元供能，还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流至储能装置形成储能装置的释能供暖回路，在直接供暖单元和热泵升温单元不工作时为热用户单元供暖。
在热泵机组一侧设置有低温板式换热器11，高温板式换热器的夹层出口端连接至低温板式换热器的夹层入口端，低温板式换热器的夹层出口端回流连接至回灌井10。
所述的储能装置为卧式储能水箱，在储能装置与集水器之间设置有供热泵2，在储能装置与热泵机组之间设置有供热泵5。
在分水器出口端与热泵机组入口端之间设置有供热泵5。
在低温板式换热器与热泵机组之间设置有循环水泵9。
在热水井的出口端与高温板式换热器之间设置有抽水泵13。
一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，包括在供暖阶段、储能阶段及在释能阶段。
如图2所示，在供暖阶段，阀门V1，V3，V4，V5，V7，V8，V9打开，阀门V2，V6，V10，V11关闭。
同时，高温地热水从地热井出口被抽出后流经高温板式换热器，将热量传递给供热水后流至低温板式换热器。供热水在高温板式换热器吸热后，根据电动阀调节再流经集水器，后经泵输送至用户供暖，然后流至分水器后回到高温板式换热器完成循环。
同时，流经高温板式换热器放热后的地热水流经低温板式换热器将热量传递给循环水，然后被输送回地热井入口，完成回灌。
热泵机组包括冷凝器6和蒸发器8，循环水在低温板式换热器吸热后流至热泵***蒸发器，将热量传递给热泵***工质，工质在吸热后蒸发，在经工质泵压缩后进入热泵***冷凝器放热，后经节流阀节流后进入再次蒸发器完成循环。供暖水在热泵***的冷凝器中吸热后流至集水器，然后被泵输送至用户供暖，然后流至分水器后流至热泵***的冷凝器完成循环。
如图3所示，在储能阶段，阀门V4，V6，V7，V8，V9，V10打开，阀门V1，V2，V3，V5，V11关闭。
同时，在用户无供暖需求时，在高温板式换热器吸热的供暖水给储能装置储能。同时，在热泵冷凝器中吸热的供热水给储能装置储能。
如图4所示，在释能阶段，阀门V1，V2，V11打开，阀门V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10关闭。
同时，在用户有热需求时，储能装置将供暖水输送至集水器，再由泵输送至用户，后输送至分水器，最后回到储能装置完成循环。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，其特征在于：包括地热直接供暖单元、热泵升温单元、储能单元及热用户单元，直接供暖单元和热泵升温单元通过集水器一同为热用户单元供暖，且同时为储能单元储能，从热用户单元出来的循环水通过分水器分别连接至地热直接供暖单元及热泵升温单元进行循环供暖；储能单元的出口端连接地热直接供暖单元和热泵升温单元，在不供暖时为直接供暖单元和热泵升温单元供能；储能单元还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流形成储能单元的释能供暖回路，在直接供暖单元和热泵升温单元不工作时为热用户单元供暖。
2.一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，其特征在于：所述的直接供暖单元包括热水井，热水井出口端连接高温板式换热器的夹层入口端，高温板式换热器的换热出口端一支连接集水器入口端，另一支连接储能单元的储能装置入口端，所述集水器的出口端连接至热用户单元的用户入口端，在用户出口端设置有分水器，该分水器的出口端一支连接至高温板式换热器的换热入口端，一支连接至热泵升温单元的热泵机组入口端，热泵机组出口端一支与高温板式换热器的换热出口端汇合连接至集水器入口端，另一支连接至储能装置的入口端，为储能单元储能，储能单元储能装置的出口端一支连接至高温板式换热器入口端，一支连接至热泵机组入口端，该储能单元还有一支与集水器入口连接通过分水器的一支回流至储能装置形成储能装置的释能供暖回路。
3.根据权利要求2所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，其特征在于：在热泵机组一侧设置有低温板式换热器，高温板式换热器的夹层出口端连接至低温板式换热器的夹层入口端，低温板式换热器的夹层出口端回流连接至回灌井。
4.根据权利要求2所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，其特征在于：所述的储能装置为卧式储能水箱，在储能装置与集水器之间设置有供热泵，在储能装置与热泵机组之间设置有供热泵。
5.根据权利要求2所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***，其特征在于：在分水器出口端与热泵机组入口端之间设置有供热泵，在低温板式换热器与热泵机组之间设置有循环水泵，在热水井的出口端与高温板式换热器之间设置有抽水泵。
6.一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，其特征在于：包括在供暖阶段、储能阶段及在释能阶段。
7.根据权利要求6所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，其特征在于：供暖阶段，阀门V1，V3，V4，V5，V7，V8，V9打开，阀门V2，V6，V10，V11关闭，高温地热水从地热井出口被抽出后流经高温板式换热器，将热量传递给供热水后流至低温板式换热器，供热水在高温板式换热器吸热后，根据电动阀调节再流经集水器，后经泵输送至用户供暖，然后流至分水器后回到高温板式换热器完成循环，流经高温板式换热器放热后的地热水流经低温板式换热器将热量传递给循环水，然后被输送回地热井入口，完成回灌，循环水在低温板式换热器吸热后流至热泵***蒸发器，将热量传递给热泵***工质，工质在吸热后蒸发，在经工质泵压缩后进入热泵***冷凝器放热，后经节流阀节流后进入再次蒸发器完成循环，供暖水在热泵***的冷凝器中吸热后流至集水器，然后被泵输送至用户供暖，然后流至分水器后流至热泵***的冷凝器完成循环。
8.根据权利要求6所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，其特征在于：储能阶段，阀门V4，V6，V7，V8，V9，V10打开，阀门V1，V2，V3，V5，V11关闭，在用户无供暖需求时，在高温板式换热器吸热的供暖水给储能装置储能，在热泵冷凝器中吸热的供热水给储能装置储能。
9.根据权利要求6所述的一种低成本运行的地热供暖-储能一体化***的应用，其特征在于：在释能阶段，阀门V1，V2，V11打开，阀门V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10关闭，在用户有热需求时，储能装置将供暖水输送至集水器，再由泵输送至用户，后输送至分水器，最后回到储能装置完成循环。
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