一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统制造方法及图纸

一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，包括中深层地热能取热装置、热泵机组、储热水箱、储能装置、电加热辅助装置和用户端；通过管道连接，上述部件分别构成储热水箱储热回路Ⅰ、热源侧

【技术实现步骤摘要】
一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统


[0001]本专利技术属于建筑节能及可再生能源应用
，特别涉及一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，主要用于为建筑供暖和供生活热水。

技术介绍

[0002]相较常规火力发电高污染和高碳排放等缺点，风能和太阳能发电具有清洁、低碳排放等特点，近年来获得快速发展。然而风能和太阳能发电受天气因素影响较大，发电出力具有随机性、不确定性及不可控性，在一定程度上提高了电网动态调度成本。在部分风电和光电资源丰富的地区，电力系统出力与电网负荷需求不匹配甚至产生弃风弃光的现象。因此，进行用电需求侧响应对保障电网安全和电力系统高效运转具有重要意义。目前，峰谷电价是一种有效的电力需求侧响应电价策略，已有较为广泛的推广应用。如何能够在利用峰谷电价等需求响应电价策略促进电力供需平衡，维护电力系统可靠性的同时，构建可解决能源消纳问题的储能系统是一项具有广阔应用价值的研究方向。
[0003]此外，目前全球范围内建筑能耗占全社会终端能耗总量已接近30％，探索清洁可再生的建筑能源供给方案势在必行。地热能具有稳定、储量大和分布广泛等特点，在当今一次能源日趋紧缺的情况下，这一清洁能源的合理开发也愈来愈受到人们的青睐。当地热能被应用于热泵技术进行建筑采暖时，其性能系数高于空气源热泵系统，因此在建筑供热领域得到广泛关注和蓬勃发展。中深层地热能取热装置耦合地源热泵供热系统是近年来逐渐兴起的一种地热能供热技术。该技术是布置多根深至地下2～3km的中深层地热能取热装置，通过换热器套管内部流动介质的闭式循环抽取深部岩土内的赋存热量，并进一步通过热泵技术提升能量品位的新型供热技术。该技术具有取热量大、供热稳定、占地面积小和不影响地下水等优点，近年来得到了迅速发展。然而，目前中深层地热能供热技术还未与储能系统相结合以解决电网供需平衡问题。同时，由于中深层地埋管出水温度会受到系统运行状态的影响，目前该技术的应用只单独用于建筑采暖，未充分考虑中深层地埋管出水温度进行梯级利用，存在中深层地热能利用不充分，系统运行效率不高等问题。如何在满足建筑用户供热需求的前提下，充分考虑地埋管出水温度，最大程度利用中深层地热能是目前亟需解决的难题。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，将可再生的中深层地热能、电力需求侧管理技术和储能技术相结合，充分利用中深层地热能资源为建筑用户供暖及供生活热水，并基于电力需求响应电价提出该系统的运行控制策略，不仅能够实现对中深层地热能资源的高效梯级利用，而且能充分发挥储能技术特点，在保证用户供热需求的同时，对电网负荷进行“削峰移谷”以降低电网动态调度成本，达到高效节能及减少电网损耗的目的。该技术可为解决能源消纳问题以及提高建筑供热系统能效提供新思路，具有广阔的发展潜力。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，包括中深层地热能取热装置、热泵机组、储热水箱、储能装置、电加热辅助装置和用户端；
[0007]所述中深层地热能取热装置的热流管路分为两路，一路经由储热水箱，在其中释放热量后返回中深层地热能取热装置，构成储热水箱储热回路Ⅰ；另一路进入热泵机组的蒸发器释放热量后直接返回中深层地热能取热装置，构成热源侧
–
不混水回路Ⅱ；热流的所述另一路经过热泵机组的蒸发器释放热量后回送所述蒸发器，与新的热流混合，在蒸发器中再次释放热量后返回中深层地热能取热装置，构成热源侧
–
混水回路Ⅲ；
[0008]所述热泵机组的冷凝器与板式换热器的一次侧串联构成中间换热回路Ⅳ；
[0009]所述热泵机组的冷凝器与储能装置串联构成储能装置储热回路
Ⅴ
；
[0010]所述储能装置与板式换热器的一次侧串联构成储能装置放热回路
Ⅵ
；
[0011]所述板式换热器的二次侧与分水器、用户端的采暖管道和集水器串联构成用户侧供热回路
Ⅶ
；
[0012]所述储热水箱的出水管路分为两路，一路进入储能装置吸热,另一条路不经过储能装置，在储能装置出口汇合，并再次分为两路，一路直接送至用户端的热水管道，另一路经由电加热辅助装置加热后送至用户端的热水管道。
[0013]进一步地，各回路上均设置有用于控制回路通断的阀门，各处分路在分路之前以及分路之后均设置有阀门。
[0014]进一步地，所述中深层地热能取热装置的热流管路连接有高位水箱或定压补水装置一，所述储热水箱连接有高位水箱或定压补水装置二，所述热泵机组的蒸发器出口管路连接有高位水箱或定压补水装置三，所述板式换热器的二次侧入口连接有高位水箱或定压补水装置四。
[0015]进一步地，所述中深层地热能取热装置的热流管路经由储热水箱中的部分为盘管结构，所述储热水箱的出水管路在储能装置中的部分为盘管结构，所述中深层地热能取热装置为中深层地埋管或中深层地埋管管群。
[0016]进一步地，所述地热供热系统的管路上设有用于测定用户室内温度T1、中深层地热能取热装置出水温度T2、储能装置出口水温T3、储能装置材料温度T4、储能装置出口水温T5、板式换热器一次侧进水温度T6、储热水箱出口水温T7、电加热前生活热水供水温度T8以及电加热后生活热水供水温度T9的温度传感器。
[0017]进一步地，本专利技术还包括自动控制系统，所述自动控制系统获取需求响应电价以及温度T1、T2、T4、T7和T8，控制各回路的通断组合，实现不同模式的运行，并通过不同模式的切换为用户供暖和/或供生活热水。
[0018]其中，在为用户供暖时，不同模式的判断与控制逻辑如下：
[0019]1)判断供暖期的T1，如果T1小于a，为用户端的采暖管道供热，接着判断当前需求响应电价处于峰电还是谷电；
[0020]i)如果处于谷电，则进一步判断T2；当T2小于等于b时，接通热源侧
–
不混水回路Ⅱ、中间换热回路Ⅳ和用户侧供热回路
Ⅶ
，运行热泵机组供热
‑
热源侧不混水模式2，同时接通储能装置储热回路
Ⅴ
，运行储能装置储热模式4；当T2大于b时，接通热源侧
–
混水回路Ⅲ、中间换热回路Ⅳ和用户侧供热回路
Ⅶ
，运行热泵机组供热
‑
热源侧混水模式3；
[0021]ii)如果处于峰电，首先判断T4，如果T4大于等于c，则接通储能装置放热回路
Ⅵ
和用户侧供热回路
Ⅶ
，运行储能装置供热模式5；如果T4小于c，再判断T2，当T2小于等于b时，接通热源侧
–
不混水回路Ⅱ、中间换热回路Ⅳ和用户侧供热回路
Ⅶ
，运行热泵机组供热
‑
热源侧不混水模式2；当T2大于b时，接通热源侧
–
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，包括中深层地热能取热装置(1)、热泵机组(2)、储热水箱(3)、储能装置(4)、电加热辅助装置(12)和用户端(11)；所述中深层地热能取热装置(1)的热流管路分为两路，一路经由储热水箱(3)，在其中释放热量后返回中深层地热能取热装置(1)，构成储热水箱储热回路Ⅰ；另一路进入热泵机组(2)的蒸发器释放热量后直接返回中深层地热能取热装置(1)，构成热源侧
–
不混水回路Ⅱ；热流的所述另一路经过热泵机组(2)的蒸发器释放热量后回送所述蒸发器，与新的热流混合，在蒸发器中再次释放热量后返回中深层地热能取热装置(1)，构成热源侧
–
混水回路Ⅲ；所述热泵机组(2)的冷凝器与板式换热器(5)的一次侧串联构成中间换热回路Ⅳ；所述热泵机组(2)的冷凝器与储能装置(4)串联构成储能装置储热回路
Ⅴ
；所述储能装置(4)与板式换热器(5)的一次侧串联构成储能装置放热回路
Ⅵ
；所述板式换热器(5)的二次侧与分水器(6)、用户端(11)的采暖管道和集水器(7)串联构成用户侧供热回路
Ⅶ
；所述储热水箱(3)的出水管路分为两路，一路进入储能装置(4)吸热,另一条路不经过储能装置(4)，在储能装置(4)出口汇合，并再次分为两路，一路直接送至用户端(11)的热水管道，另一路经由电加热辅助装置(12)加热后送至用户端(11)的热水管道。2.根据权利要求1所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，各回路上均设置有用于控制回路通断的阀门，各处分路在分路之前以及分路之后均设置有阀门。3.根据权利要求1所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，所述中深层地热能取热装置(1)的热流管路连接有高位水箱或定压补水装置一(10
‑
1)，所述储热水箱(3)连接有高位水箱或定压补水装置二(10
‑
2)，所述热泵机组(2)的蒸发器出口管路连接有高位水箱或定压补水装置三(10
‑
3)，所述板式换热器(5)的二次侧入口连接有高位水箱或定压补水装置四(10
‑
4)。4.根据权利要求1所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，所述中深层地热能取热装置(1)的热流管路经由储热水箱(3)中的部分为盘管结构，所述储热水箱(3)的出水管路在储能装置(4)中的部分为盘管结构，所述中深层地热能取热装置(1)为中深层地埋管或中深层地埋管管群。5.根据权利要求1所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，所述地热供热系统的管路上设有用于测定用户室内温度T1、中深层地热能取热装置出水温度T2、储能装置出口水温T3、储能装置材料温度T4、储能装置出口水温T5、板式换热器一次侧进水温度T6、储热水箱出口水温T7、电加热前生活热水供水温度T8以及电加热后生活热水供水温度T9的温度传感器。6.根据权利要求5所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征在于，还包括自动控制系统，所述自动控制系统获取需求响应电价以及温度T1、T2、T4、T7和T8，控制各回路的通断组合，实现不同模式的运行，并通过不同模式的切换为用户供暖和/或供生活热水。7.根据权利要求6所述基于需求响应的中深层地热能耦合储能装置供热系统，其特征
在于，在为用户供暖时，不同模式的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王沣浩，王泽源，姜静华，李奕臻，蔡皖龙，刘俊，
申请(专利权)人：陕西省煤田地质集团有限公司，
类型：发明
国别省市：