一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统及其控制方法，属于中深层地热热管能源技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括冷工质罐、热工质罐、太阳能换热支路、中深层地热换热主路，太阳能换热支路设置在中深层地热换热主路位于地面部分的上端，其中冷工质罐与热工质罐之间连接管道分别与太阳能换热支路、中深层地热换热主路形成循环管路系统，所述冷工质罐与热工质罐之间还通过管道连接供热系统；本发明专利技术应用于中深层地热热管能源系统。系统。系统。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统及其控制方法


[0001]本专利技术提供了一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统及其控制方法，属于中深层地热热管能源


技术介绍

[0002]中深层地埋管热泵供热系统是一种新的地热能利用方式，其突出特点是钻孔埋深一般在1000m
‑
3000m，具有良好的冬季换热与蓄热性能，适合北方寒冷地区冬季供暖或地埋管空间狭小建筑的使用。
[0003]现有的中深层地热地埋管热泵系统存在以下缺陷：
①ꢀ
地埋管换热效率有待提高；
②ꢀ
无法合理利用免费的太阳能光热，无法进一步降低碳排放；
③ꢀ
系统工质的选型受限于逆卡诺循环，无法生成200℃以上的高温热能输出，无法扩展应用于蒸汽轮机发电；
④ꢀ
热电联产的调控保障设计有待完善，需要增加调峰储能、系统维修时运行不停歇、提高系统调控安全性和稳定性的技术设计。
[0004]因此，本专利技术提出一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统及其控制方法，同时解决上述四项问题，无需额外动力耗能，可充分利用免费的太阳能光热。本专利技术系统部件全部使用现有成熟技术和产品，技术可行性较强，产品功能的安全性和稳定性较好。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统硬件结构的改进。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，包括冷工质罐、热工质罐、太阳能换热支路、中深层地热换热主路，太阳能换热支路设置在中深层地热换热主路位于地面部分的上端，其中冷工质罐与热工质罐之间连接管道分别与太阳能换热支路、中深层地热换热主路形成循环管路系统，所述冷工质罐与热工质罐之间还通过管道连接供热系统。
[0007]所述中深层地热换热主路包括设置在中深层地层并延伸至地面上的地热热管、地热热管换热翅片、地热换热器、地热换热温度传感器，其中地热热管中间位于中深层地层设置有地热热管蒸发段，地热热管中间位于地面上设置有地热热管冷凝段，所述冷工质罐的总出口连接第一总管道，所述第一总管道通过第一分管道连接地热换热器的输入端，地热换热器的输出端通过第二总管道连接热工质罐的总进口，所述热工质罐的第一出口通过第三总管道连接冷工质罐的第一进口；其中第一总管道上设置有工质泵，所述第一分管道上设置有地热换热调节阀，所述第二总管道靠近地热换热器的地面输出端上设置有地热换热温度传感器，所述第三总管道上设置有工质旁通阀。
[0008]所述太阳能换热支路包括太阳能换热平台，所述太阳能换热平台放置在地热热管的地面部分上，太阳能换热平台上设置有太阳能热管换热器、太阳能热管、太阳能热管换热器温度传感器，所述第一总管道通过第二分管道连接太阳能热管的一端相连，太阳能热管的另一端通过第二总管道连接热工质罐，所述第二分管道上设置有太阳能换热调节阀。
[0009]所述供热系统包括蒸汽轮机发电机、供热相变储热模块、供热换热器，所述蒸汽轮机发电机设置在冷工质罐与热工质罐相连的第四总管上，所述第四总管通过第三分管连接供热相变储热模块，所述供热相变储热模块连接供热换热器，供热换热器连接换热管路；其中第四总管上靠近冷工质罐端设置有蒸汽轮机发电机动力调节阀，第三分管上靠近冷工质罐端设置有供热动力调节阀。
[0010]所述热工质罐内部设置有工质罐相变储热模块；所述工质罐相变储热模块与供热相变储热模块的材料均采用三元熔盐，即质量分数53%硝酸钾+40%亚硝酸钠+7%硝酸钠组成的混合硝酸盐，其熔点在142℃，气化点500℃。
[0011]所述地热热管与地面相接触的部分设置有抗压密封防护层和地面硬化防护层。
[0012]一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统的控制方法，采用太阳能辅助中深层地热热管能源系统，包括如下步骤：作为常规的热电联产控制步骤如下：通过工质泵驱动冷工质罐内的工质进行系统循环，地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的开度分别按照地热换热温度传感器、太阳能热管换热器温度传感器的参数比例调节，控制冷工质罐内工质流经太阳能换热支路和地热热管的流量；冷工质罐内工质经过加热后，进入热工质罐进行稳压和储存，之后一路进行蒸汽轮机发电机加热高压水蒸气驱动发电机发电，另一路进入供热相变储热模块作为辅助的流量参与热能调节，蒸汽轮机发电机动力调节阀和供热动力调节阀的开度按照蒸汽轮机发电机的输出功率比例调节；所述地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的控制逻辑如下：（1）首先保护工质泵的运行安全稳定，地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的总开度截面积始终等于工质泵的出口管道截面积，地热换热调节阀的初始开度为Φ1为工质泵的出口管道截面积，太阳能换热调节阀初始全闭；（2）地热换热调节阀的开度Φ3=a(T
s
‑
T
11
)2+b(T
s
‑
T
11
)+c，其中，T
s
为设定的地热换热器出口的工质的温度，T
11
为实测的地热换热器出口的工质的温度，每隔一段时间反馈一次，a、b、c为比例常数，因设备型号和地热温度区间而异；（3）太阳能换热调节阀的开度Φ4=Φ1‑
Φ3，其中，Φ1为工质泵的出口管道截面积，保证Φ1≥Φ3；蒸汽轮机发电机动力调节阀和供热动力调节阀的控制逻辑如下：（1）蒸汽轮机发电机动力调节阀初始开度为Φ2，供热动力调节阀初始全闭；（2）蒸汽轮机发电机动力调节阀的开度Φ
21
=e(P
s
‑
P
22
)2+f(P
s
‑
P
22
)+g，其中，P
s
为发电机额定输出功率，P
22
为实测的发电机输出功率，每隔一段时间反馈一次，e、f、g为比例常数，因设备型号和地热温度区间而异；（3）供热动力调节阀的开度Φ
23
=Φ2‑
Φ
21
，其中，Φ2为热工质罐的出口管道截面积，保证Φ2≥Φ
21
。
[0013]所述地热热管和冷工质罐内的工质采用萘，化学式为C
10
H8，在一个大气压下熔点：80~82℃，沸点：217.9℃，临界温度：475.2℃；所述太阳能热管的工质采用甲醇，化学式为CH3OH，在一个大气压下熔点：
‑
97.8℃，沸点：64.7℃，临界温度：240℃；所述太阳能热管的结构由外到内依次为高透光树脂护套、石墨烯太阳能吸收涂层+铜制热管，所述太阳能热管换热器的结构由外到内依次为高透光树脂护套、石墨烯太阳能吸收涂层+铜制换热器，管道输送的萘在太阳能热管换热器内既吸收太阳能热管的冷凝段放热，又吸收太阳能热管换热器的壳体吸收的太阳能光热。
[0014]一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统的控制方法，采用太阳能辅助中深层地热热管能源系统，包括如下步骤：作为热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：包括冷工质罐、热工质罐、太阳能换热支路、中深层地热换热主路，太阳能换热支路设置在中深层地热换热主路位于地面部分的上端，其中冷工质罐与热工质罐之间连接管道分别与太阳能换热支路、中深层地热换热主路形成循环管路系统，所述冷工质罐与热工质罐之间还通过管道连接供热系统。2.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：所述中深层地热换热主路包括设置在中深层地层并延伸至地面上的地热热管、地热热管换热翅片、地热换热器，其中地热热管中间位于中深层地层设置有地热热管蒸发段，地热热管中间位于地面上设置有地热热管冷凝段，所述冷工质罐的总出口连接第一总管道，所述第一总管道通过第一分管道连接地热换热器的输入端，地热换热器的输出端通过第二总管道连接热工质罐的总进口，所述热工质罐的第一出口通过第三总管道连接冷工质罐的第一进口；其中第一总管道上设置有工质泵，所述第一分管道上设置有地热换热调节阀，所述第二总管道靠近地热换热器的地面输出端上设置有地热换热温度传感器，所述第三总管道上设置有工质旁通阀。3.根据权利要求2所述的一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：所述太阳能换热支路包括太阳能换热平台，所述太阳能换热平台放置在地热热管的地面部分上，太阳能换热平台上设置有太阳能热管换热器、太阳能热管、太阳能热管换热器温度传感器，所述第一总管道通过第二分管道连接太阳能热管的一端相连，太阳能热管的另一端通过第二总管道连接热工质罐，所述第二分管道上设置有太阳能换热调节阀。4.根据权利要求3所述的一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：所述供热系统包括蒸汽轮机发电机、供热相变储热模块、供热换热器，所述蒸汽轮机发电机设置在冷工质罐与热工质罐相连的第四总管上，所述第四总管通过第三分管连接供热相变储热模块，所述供热相变储热模块连接供热换热器，供热换热器连接换热管路；其中第四总管上靠近冷工质罐端设置有蒸汽轮机发电机动力调节阀，第三分管上靠近冷工质罐端设置有供热动力调节阀。5.根据权利要求4所述的一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：所述热工质罐内部设置有工质罐相变储热模块；所述工质罐相变储热模块与供热相变储热模块的材料均采用三元熔盐，即质量分数53%硝酸钾+40%亚硝酸钠+7%硝酸钠组成的混合硝酸盐，其熔点在142℃，气化点500℃。6.根据权利要求5所述的一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：所述地热热管与地面相接触的部分设置有抗压密封防护层和地面硬化防护层。7.一种太阳能辅助中深层地热热管能源系统的控制方法，采用如权利要求4或6任一项所述的太阳能辅助中深层地热热管能源系统，其特征在于：包括如下步骤：作为常规的热电联产控制步骤如下：通过工质泵驱动冷工质罐内的工质进行系统循环，地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的开度分别按照地热换热温度传感器、太阳能热管换热器温度传感器的参数比例调节，控制冷工质罐内工质流经太阳能换热支路和地热热管的流量；冷工质罐内工质经过加热后，进入热工质罐进行稳压和储存，之后一路进行蒸汽轮机发电机加热高压水蒸气驱动发电机发电，另一路进入供热相变储热模块作为辅助的流量参
与热能调节，蒸汽轮机发电机动力调节阀和供热动力调节阀的开度按照蒸汽轮机发电机的输出功率比例调节；所述地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的控制逻辑如下：（1）首先保护工质泵的运行安全稳定，地热换热调节阀和太阳能换热调节阀的总开度截面积始终等于工质泵的出口管道截面积，地热换热调节阀的初始开度为Φ1为工质泵的出口管道截面积，太阳能换热调节阀初始全闭；（2）地热换热调节阀的开度Φ3=a(T
s
‑
T
11
)2+b(T
s
‑
T
11
)+c，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯瑞峰，冯转玲，贠利民，高红波，杨泽进，冯彦福，杜霞，
申请(专利权)人：煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：