一种变压器余热梯级利用方法技术

本发明专利技术一种变压器余热梯级利用方法，所述方法包括如下二级综合利用：1）通过热泵原理从变压器油冷却回路提取热量制高温热水；2）将步骤1）中的高温热水通过第二级利用将余热供给外部，其中第一级利用为温差发电，通过塞贝克效应从高温热水中取能，半导体温差发电进入变电站微网储能系统，将剩余的热量通过第二级利用，将高温热水变成中低温热水供给末端用热设备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器余热梯级利用方法


[0001]本专利技术涉及一种变压器余热梯级利用方法，属于余热利用


技术介绍

[0002]随着我国工业化、城镇化进程的加快，我国经济社会发展面临的资源约束矛盾和环境污染问题日益突出。“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。我国力争要在2030年前实现“碳达峰”， 2060年前实现“碳中和”，构建以新能源为主体的新型电力系统成为一项艰巨的任务。在电网升级和高质量发展的新阶段，如何深入挖掘电网节能减排潜力、促进输变电工程绿色低碳设计技术创新，是加强输变电工程绿色低碳建设、降低碳排放强度、构建清洁低碳新型电力系统、助力实现双碳目标的重要举措之一。
[0003]电力变压器是电力系统的重要设备,其损耗在电网损耗中占30％～40％。有关资料显示，我国硅钢铁芯变压器耗能占全国发电量的3％～10％，以一台符合国标和行业标准的典型变压器为例，110/10kV 50MVA三相双绕组电力变压器(阻抗电压值17％)，额定状态下空载损耗34.3kw，负载损耗184kw，总损耗218.3kw。这些功率损耗导致变压器铁芯和绕组发热，油浸式变压器铁芯和绕组位于油箱中被绝缘油浸没，绝缘油受热后通过油管进入片式散热器或冷却器中，经过油冷却循环后，变压器内部热量被带到外界中去。这种冷却方式不仅消耗大量的能源，不利于低碳减排，而且还造成大气热污染。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种变压器余热梯级利用方法，该方法实现了小号能源小，低碳减排、避免造成大气热污染等问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种变压器余热梯级利用方法，所述方法包括如下二级综合利用：
[0006]1)通过热泵原理从变压器油冷却回路提取热量制高温热水；
[0007]中热泵原理是一种依靠补偿或消耗机械功，使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，其工作原理和制冷机相同，都是按照热机的逆循环工作，热泵在运行时，借助于消耗机械功从低温物体中吸收热量，连同热泵本身所消耗的机械功一起转移到高温物体中去，从而有效地把难以直接应用的低品位热能利用起来，达到节能的目的；
[0008]2)将步骤1)中的高温热水通过第二级利用将余热供给外部，其中第一级利用为温差发电，通过塞贝克效应从高温热水中取能，半导体温差发电进入变电站微网储能系统，将剩余的热量通过第二级利用，将高温热水变成中低温热水供给末端用热设备；
[0009]作为优选：所述1)热泵原理具体表示为：
[0010]热泵的经济指标用制热系数Ψ表示：
[0011][0012]按照逆卡诺循环：
[0013][0014]式中：T1、T2为高低温位工质的热力学温度。
[0015]实际热泵循环存在不可逆损失，其有效制热系数为：
[0016]Ψ
′
＝η
·
Ψ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0017]式中：η为热泵有效系数，与热泵温差等有关，通常为0.4～0.75。
[0018]作为优选：所述2)半导体温差发电具体表示为：
[0019]根据塞贝克效应，可得出温差电偶产生的温差电势U为：
[0020]U＝α(T
h
‑
T
c
)，
[0021]产生的电流I为：
[0022]输出功率P为：
[0023]半导体温差发电具有无污染、无噪声、结构紧凑、免维护、性能稳定等诸多优势。早期的温差发电技术因成本较高而仅被用于航空航天、军事野外和海洋作业等特殊领域，随着温差发电材料的不断研发，目前此技术正进军太阳能、地热能、工业余热回收等低品位能源的应用领域。
附图说明
[0024]图1为本专利技术结构示意图；
[0025]图2为本专利技术热泵原理图；
[0026]图3为本专利技术温差发电基本原理图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例以及附图来对本专利技术进行更详细的描述，如图1所示：一种变压器余热梯级利用方法，所述方法包括如下二级综合利用：
[0028]1)通过热泵原理从变压器油冷却回路提取热量制高温热水；
[0029]中热泵原理是一种依靠补偿或消耗机械功，使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，其工作原理和制冷机相同，都是按照热机的逆循环工作，热泵在运行时，借助于消耗机械功从低温物体中吸收热量，连同热泵本身所消耗的机械功一起转移到高温物体中去，从而有效地把难以直接应用的低品位热能利用起来，达到节能的目的；
[0030]2)将步骤1)中的高温热水通过第二级利用将余热供给外部，其中第一级利用为温差发电，通过塞贝克效应从高温热水中取能，半导体温差发电进入变电站微网储能系统，将剩余的热量通过第二级利用，将高温热水变成中低温热水供给末端用热设备；
[0031]如图2所示：所述1)热泵原理具体表示为：
[0032]热泵的经济指标用制热系数Ψ表示：
[0033][0034]按照逆卡诺循环：
[0035][0036]式中：T1、T2为高低温位工质的热力学温度。
[0037]实际热泵循环存在不可逆损失，其有效制热系数为：
[0038]Ψ
′
＝η
·
Ψ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0039]式中：η为热泵有效系数，与热泵温差等有关，通常为0.4～0.75。
[0040]所述2)半导体温差发电具体表示为：
[0041]如图3所示：根据塞贝克效应，可得出温差电偶产生的温差电势U为：
[0042]U＝α(T
h
‑
T
c
)，
[0043]产生的电流I为：
[0044]输出功率P为：具体实施例
[0045]以某110KV变电站为例。
[0046]第一，对常规变压器油循环系统进行适当的改造，增加油水热交换器，用油泵提取变压器循环油至热泵的蒸发器，改进了变压器油的散热形式。与原有散热器形式相比，能有效降低变压器的运行温度，对于减缓变压器油老化、提高变压器的运行效率，增加变压器的使用寿命，减少变压器热事故的发生等都有积极的意义。
[0047]第二，计算供热需求配置热泵机组，热泵从低温热源(变压器油)吸热制取高温热水(例如95℃)，并送入温差发电单元(装置)。
[0048]第三，计算并配置温差发电单元(装置)，采用帕尔贴片构成温差发电模块，半导体热电器件的热端和热源(热水管路)相贴连接，冷端和散热外壳相贴连接。设计合理的散热器模型可以充分吸收废热，提高热量的利用率，进而增加温差发电量。经温差发电片发出的电能稳压储存在蓄电池中，经过逆变接入变电站微网及储能系统。
[0049]第四，高温热水经差发电单元(装置)取能后形成中低温热水(例如45℃)，其一部分对末端用热单外供热，另一部分回流热泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器余热梯级利用方法，其特征在于：所述方法包括如下二级综合利用：1)通过热泵原理从变压器油冷却回路提取热量制高温热水；中热泵原理是一种依靠补偿或消耗机械功，使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，其工作原理和制冷机相同，都是按照热机的逆循环工作，热泵在运行时，借助于消耗机械功从低温物体中吸收热量，连同热泵本身所消耗的机械功一起转移到高温物体中去，从而有效地把难以直接应用的低品位热能利用起来，达到节能的目的；2)将步骤1)中的高温热水通过第二级利用将余热供给外部，其中第一级利用为温差发电，通过塞贝克效应从高温热水中取能，半导体温差发电进入变电站微网储能系统，将剩余的热量通过第二级利用，将高温热水变成中低温热水供给末端用热设备。2.根据权利要求1所述的变压器余热梯级利用方...

【专利技术属性】
技术研发人员：况骄庭，李志统，杨卫星，周志超，钱锋，於妮飒，
申请(专利权)人：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：