一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺及系统技术方案

本发明专利技术提出一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺及系统，较低温工质进入地下吸收中深层地热后经地上发生热量交换后循环进入地下；经地上发生热量交换后产生的较高温工质输送至末端用户；同时，经过一次换热后的低温工质还可以根据需求，进入热泵机组进行二次换热再次进行供热，被再次利用降温后的低温工质返回地下取热器中吸收中深层地热，扩大供热能力，实现中深层地热的梯级利用；末端用户的冷量通过双工况热泵主机和冷却设备提供；双工况热泵机组的多余热量或冷量进行储存，供给末端用户；中深层地热和储能技术进行耦合，在低负荷时制取热量并进行存储，削减峰值装机量。

【技术实现步骤摘要】
一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺及系统
本专利技术涉及地下热能利用技术，具体涉及一种地下换热器以及一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺及系统。
技术介绍
中深层地热供能，是指通过提取地下2000m左右高温岩体所蕴含的热量进行供能，是一种新型的清洁高效的供能方式，正在逐渐的被推广应用。如何更加高效的利用地热资源，降低投资及运营成本，是目前急需要解决的重要课题，也是破解中深层地热推广应用的关键。现有技术方案采用的原理如图1，地下取热器一般采用双层石油套管，外管1a中的冷水通过与地下岩体换热之后，温度升高，在通过内管2a输出到换热器(或热泵机组)3a中进行能量交换，温度降低后再返回地热井中循环。热量通过3a传递给二次管网后，输送到末端用户4a进行供热。单一采用中深层地热供暖，供暖总负荷需要覆盖最大热需求量，则所需要的地热井数为建筑最大热需求Q1除以单井取热量。存在的问题在于：1、系统配置不合理，投资巨大，虽然也有专利提出中深层地热和燃气锅炉耦合，虽能降低初投资，但提高了运营成本；2、地热井取热器效率不高；3、系统主要解决供热，制冷系统单另设计，制冷机组单独购置；4、热泵机组为主要能耗单元，运营成本有待进一步降低。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺及系统，解决地下换热井的取热效率低、中深层地热系统的投资大、运行费用高的问题，为实现上述目的，本专利技术拟采取如下技术手段：一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺，较低温工质进入地下吸收中深层地热后经地上发生热量交换后循环进入地下；经地上发生热量交换后产生的较高温工质输送至末端用户；同时，低温工质的热量进行提升后，部分返回地下吸收中深层地热，另外一部分为末端用户供能，实现中深层地热的梯级利用；末端用户的冷量通过双工况热泵主机和冷却设备提供；双工况热泵机组的多余热量或冷量进行储存，供给末端用户。本专利技术还提供一种地下取热器，包括本体结构，该本体结构内设置有升温传热层和恒温层，在升温传热层和恒温层之间设置有水平的隔板；在该本体结构中心穿过隔板设置有热水产水管，热水产水管两侧连通有回水换热管；在恒温层内，热水产水管和回水换热管之间设置有隔热填料。尤其是，该本体结构位于地下，包括外护管。在此基础上，本专利技术还提供一种中深层地热耦合储能多源供热制冷系统，较低温工质进入上述地下取热器中吸收热量后经地上的换热器发生热量交换后循环进入地下取热器；经换热器的较高温工质输送至末端用户；在地下取热器的回水换热管至换热器的管路之间设置有第一旁路管道，低温工质通过旁通管道进入双工况热泵机组对低温工质的热量进行提升后，联合换热器为末端用户供能，实现中深层地热的梯级利用；双工况热泵主机的冷凝器进出水管路和冷却塔连通，为末端用户提供冷量；在双工况热泵机组和末端用户之间的管路上设置有第二旁路管道，双工况热泵机组的多余热量或冷量通过第二旁路管道储存在储能装置中，储能装置释放热量或冷量供给末端用户。此外，还包括光伏发电系统，为双工况热泵机组以及整个系统提供电力补充。此外，还包括释能换热器，储能装置通过释能换热器释放热量或冷量。优选的，末端用户采用毛细管网系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术在降低中深层地热初投资的同时降低了运行的费用，本专利技术采用Q2负荷进行配置系统，节约地热井造价：[(Q1-Q2)/单井供热量]*单井造价，同时Q2以上负荷用低谷电价提前制取并储存，在峰值电价时释放，降低运行成本，同时耦合光伏发电，进一步降低外购电力，降低运营成本。具体来说：1)本专利技术的地下取热器，解决了目前常用换热器结构中低温回水对高温出水的影响的问题，提高了中深层地热利用的取热效率。该换热器特点在于结构简单，便于实施。解决了其他换热器结构复杂，在中深层孔中布置困难的问题。2)本专利技术系统，通过储能装置的削峰填谷作用，在不用锅炉等其他供热设备分担供热负荷的基础上，降低了中深层地热的最大装机规模，节约了系统的投资造价，同时通过不同末端冷热负荷的需求情况，提供了不同的运行策略，降低运行成本。3)该系统改善了中深层地热系统不能制冷的情况，通过管路的切换，使得中深层地热热泵主机，转化为制冷机组，解决用户的冷需求。4)本专利技术不仅提供了中深层地热与储能技术的耦合，同时也实现了与光电技术的耦合，进一步降低了系统对外购电力的消耗和运营成本。5)本专利技术供热制冷系统末端采用毛细管网技术，将毛细管网和中深层地热技术结合，将供暖供水温度降至25-35℃，提高了地热供热效率，降低了热泵机组的消耗，同时可以提供一种舒适、高效、安静的供能条件。附图说明图1为现有技术原理图(a)及用户负荷曲线示意图(b)。图2为中深层地热耦合储能供热制冷系统图。图3为地下取热器结构示意图。其中：1地下取热器，2循环泵I，3截止阀a，4截止阀b，5截止阀c，6换热器，7冷却塔，8光伏发电装置，9截止阀d，10循环泵II，11截止阀e，12循环泵III,13毛细管网末端热用户，14，截止阀f，15截止阀g，16循环泵IV,17双效热泵机组，18释能换热器，19储能循环泵V,20释能循环泵VI,21储能装置，22截止阀h，23截止阀i，24截止阀j，25截止阀k，26隔板，27回水换热管，28隔热填料，29外护管，30热水产水管。以下结合附图以及实施例对本专利技术的方案进一步进行说明。具体实施方式本专利技术所述的低温工质是指随着外界气温的降低，热负荷需求量增加，经过换热后的工质温度降低至30-40℃左右的工质。本专利技术所述的较低温工质是相对于低温工质而言，其温度略高于低温工质，通常发生在在用户热负荷较小时期(如供暖初期及外界环境温度较高时)。本专利技术所述的较高温工质，是相对用户端未进入换热器前的工质而言的，经换热器的较高温工质输送至末端用户，一般温度在50℃左右，可以根据工程地实际地下状况调整。因此，本专利技术所述的较低温工质，是指在进入地下吸收中深层地热前的工质，经地上发生热量交换后产生的是较高温工质，如果较高温工质进入热泵机组进行二次换热后被再次利用，利用后降温再次产生低温工质，本专利技术的较低温工质、较高温工质以及低温工质可以实同一种工质，只是温度不同。本专利技术所述中深层地热，是指地下2000m左右高温岩体所蕴含的热量，利用中深层地热进行供能，是指通过提取地下2000m左右高温岩体所蕴含的热量进行供能。循环返回地下吸收中深层地热扩大供热能力，实现中深层地热的梯级利用；实施例1：本实施例提供一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺，较低温工质进入地下吸收中深层地热后经地上发生热量交换后循环进入地下；经地上发生热量交换后产生较高温工质，用于输送至末端用户；同时，经地上发生热量交换后产生的较高温工质，部分进入热泵机组进行二次换热被再次利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺，其特征在于，较低温工质进入地下吸收中深层地热后经地上发生热量交换后循环进入地下；经地上发生热量交换后产生较高温工质，用于输送至末端用户；/n同时，经地上发生热量交换后产生的较高温工质，部分进入热泵机组进行二次换热被再次利用，之后循环返回地下吸收中深层地热扩大供热能力，实现中深层地热的梯级利用；/n末端用户的冷量通过双工况热泵主机和冷却设备提供；双工况热泵机组的多余热量或冷量进行储存，供给末端用户。/n

【技术特征摘要】
1.一种中深层地热耦合储能多源供热制冷工艺，其特征在于，较低温工质进入地下吸收中深层地热后经地上发生热量交换后循环进入地下；经地上发生热量交换后产生较高温工质，用于输送至末端用户；
同时，经地上发生热量交换后产生的较高温工质，部分进入热泵机组进行二次换热被再次利用，之后循环返回地下吸收中深层地热扩大供热能力，实现中深层地热的梯级利用；
末端用户的冷量通过双工况热泵主机和冷却设备提供；双工况热泵机组的多余热量或冷量进行储存，供给末端用户。


2.一种地下取热器，包括本体结构，其特征在于，该本体结构内设置有升温传热层和恒温层，在升温传热层和恒温层之间设置有水平的隔板；在该本体结构中心穿过隔板设置有热水产水管，热水产水管两侧连通有回水换热管；在恒温层内，热水产水管和回水换热管之间设置有隔热填料。


3.如权利要求2所述地下取热器，其特征在于，该本体结构位于地下，本体结构采用外护管形式，在外户管内设置升温传热层和恒温层。


4.一种中深层地热耦合储能多源供热制冷系统，其特征在于，较低温工质进入权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹龙，张瑾，蒋荣辉，种蕊，艾腾飞，王珊珊，胡波，
申请(专利权)人：西安联创分布式可再生能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61