【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及跨季节水体储热，具体为利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统。
技术介绍
1、随着能源绿色低碳转型的推进，高效、环保地利用自然能源已成为重要课题。然而，太阳能辐射在春、夏、秋季节过剩，冬季不足，导致太阳能集热系统在夏季产生的大量热量不能利用；风电、光电发展迅速，因其间断、不稳定性且与热能需求不同步的弊病限制了其发展，且电网消纳风电、光电等新能源的能力不足，弃风弃光现象严重。电厂在生产过程中有大量的余热排放到环境中，不仅造成了能源的浪费，还对环境造成了负面影响。热电联产电厂在非采暖季节没有供热需求，大量的热能无法消化；大量绿电的输入造成电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网需要大量的储热、储电能力实现热电解耦和深度调峰。储热技术可以有效解决上述问题,特别是跨季节储热技术,可将非供暖期收集的各种热能储存至供暖期使用,缓解供暖能量“冬季不足,夏季过剩”的矛盾, 为实现可再生能源的广泛利用和缓解不稳定以及能源供需不匹配的问题发挥着关键作用。
2、水体储热是一项相对成熟、可靠、安全、低成本的技术，具有单位体积储热容量大，换热强度便于控制等优点，国内外已经有大容量储热水体投入使用，但是大型储热水体占地面积较大，限制了水体型太阳能跨季节储热供热技术的发展。单位储热体的散热表面积与体积成反比，储热体体积越大，散热表面积越小，储热性能提高，经济性越好。钢罐储热适用的储热体积不大于7000立方米，限制了大容积水池储热的应用。因此，需要研发大容量的水体跨季节储热技术。
技术实现思
1、针对当前的技术现状和存在问题，本专利提出一种利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统。通过在海、湖、水库的水面下的空间利用大容量、超大容量水下储热（冷）罐（简称储罐）实施跨季节储热，在一定程度上突破了单个储热水体的容量限制，可以实现热电解耦，增加火电厂灵活性，同时可以将风电、光电、光热、热泵等多种能源有机耦合，实现能源的长期高效存储，达到优化低碳供热的目的。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统。由地面设施和水面（下）设施两部分组成。
4、所述的地面设施包括：储热（冷）调节罐、太阳能制热系统、电制热系统、余热制热系统、空气制冷系统、热转换输送系统、自动控制系统。
5、所述的水面（下）设施包括：水下储热（冷）罐、供（回）水管道阀门接口、储罐锚定装置、储罐比重调节装置、储罐移动牵引推进装置、水面安装检修平台。
6、所述储热（冷）调节罐为大型保温水罐，钢结构罐体，内外表面敷设保温材料，其功能是在罐内实施加热（降温）并短时间储存热（冷）水，热源根据不同情况分别是太阳能集热器产生的热水、电厂及工业余热回收的热水，利用低谷电、光电、风电等廉价电能的生产的热水、锅炉及窑炉烟气余热回收生产的热水、热电联产电厂非采暖季产生的热能转换的热水以及冬季严寒期利用环境的的低温空气产生的冷水。按照温度对口梯级利用的原则，不同的热源对应分别生产不同温度阶段的水温的水储存在储热（冷）调节罐中并继续加热。最终达到95℃以上后灌注到水下储热（冷）罐中跨季节储存。储热（冷）调节罐的数量、单体水容量根据电网调峰所需要单位时间储存的热量和单位时间内各种不同的热源产生的热量以及向水下储热（冷）罐中灌注的速率等因素综合考虑确定。储热（冷）调节罐中的水在加热过程中可能出现水垢析出和沉积，影响加热器和换热器的换热效果，需要采取不影响水质变化的物理处理方式，不能使用可能产生污染的化学水处理方式。
7、所述的太阳能制热系统是在非采暖季节采用平板式太阳能集热器、真空管式太阳能集热器、槽式太阳能集热器等太阳能集热装置循环或直热方式加热储热（冷）调节罐中的水，直至温度达到95℃以上。
8、所述的电制热系统是利用低谷电、光电、风电等廉价电能的电锅炉或电/热转换装置通过循环或直热方式将储热（冷）调节罐的水加热到95℃以上的装置。
9、所述的余热制热系统是利用工业余热、电厂余热、锅炉及窑炉烟气余热等热能通过热泵或换热器循环或直热方式将储热罐的水加热到一定温度的装置。适用于储热（冷）调节罐低温段升温以及热电厂在非采暖期通过大容量储热实现热电解耦的工况。
10、所述的空气制冷系统是在冬季气温低于-5℃时，通过空气-水换热器利用环境的的低温空气以及热泵制冷机直接或循环将储热（冷）调节罐中的水降温，直至温度低于1℃高于0℃。
11、所述的热转换输送系统是热能转换装置和长距离输送装置构成。所述的热转换装置由风机、水泵、换热器、管道及其附件组成。所述的长距离输送装置包括大功率水泵、长距离输送管道及附属设备。
12、所述的自动控制系统包括：储热（冷）调节罐和水下储热（冷）罐温控系统，太阳能制热、电制热、余热制热、空气制冷的温控及程序控制系统，热转换输送、储罐锚定、储罐比重调节、储罐移动牵引程序控制系统。
13、所述的水面（下）设施包括：水下储热（冷）罐、供（回）水管道阀门接口、储罐锚定装置、储罐比重调节装置、储罐移动牵引推进装置、水面安装检修平台。
14、所述的水下储热（冷）罐是实现跨季节储热的大体积的水容器，其储罐单体容量和数量决定于跨季节储热的低碳供热系统所承担电网调峰需要的储热量，以及海、湖、水库可利用水面下方的稳定水体可容纳的储罐的数量和体积。为降低储热过程产生的热损失，需根据储罐的容量与表面积的最佳比例和建造成本确定单个储罐的容积。储热（冷）罐的总容量由供暖面积及其供热保证率确定。为保证储热（冷）罐在储存过程中的安全运行，储罐的存放位置应在海、湖、水库可利用水面下方一定的深度的稳定水体处，不能有流速大的水流，存在小流速水流处可使用储罐锚定装置固定储罐。考虑到单个储罐的生产加工 能力所限，可在水面下一定深度设置固定的储罐平台，由单个储罐组装成超大体积的罐体，在其外表面加装保温层，增强保温效果，安装固定管道进行冷热水灌注和实施跨季节供热（冷）。
15、非采暖季储热调节罐中的水在通过各种热源加热到95℃后灌注到储热罐中，采暖季供热时从储热罐取出热水进入热网或通过换热器实现供热功能，同时从储冷调节罐中补充相同体积的冷水进入储热（冷）罐中，始终保持储热（冷）罐的形状和箱壁内外压力平衡，实现供暖和储存冷量功能。
16、采暖季冷水的制备，储冷调节罐中的水在利用低温环境的冷空气通过空气/水换热器降温到1℃后在供热的同时灌注到储冷罐中。夏季供冷时从储热（冷）罐取出冷水进入热网实现供冷功能，同时从储热调节罐中补充相同体积的热水进入储热（冷）罐中，保持储热（冷）罐的形状和壁内外的压力平衡，实现了供冷和储存热量的功能。
17、由于在较长时间的储热过程中要产生一定量的热能损失，在储热后期进入采暖期之前，需要对储罐中的水用低谷电或高温热源进行补充加热，使其保持高于95℃的高温工况，保证输热的效率和供热效果。
18、所述的水下储热（冷）罐包括框本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：由地面设施、水面（下）设施两部分构成；非采暖季节利用地面设施把太阳能、工业余热、锅炉及窑炉烟气余热以及低谷电、光电、风电等廉价电能转换成95℃以上热水，储存到水下设施的储热罐中，采暖季供热时从储热罐取出热水进入热网或通过换热器实现跨季节供热；
2.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的储热（冷）调节罐为大型保温水罐，其功能是在罐内实施加热（降温）并短时间储存热（冷）水；热（冷）源是太阳能集热器、电厂及工业余热，低谷电、光电、风电、锅炉及窑炉烟气余热、热电联产电厂的余热等的一种以上以及冬季低温空气；各种热源生产的热水储存在储热（冷）调节罐中达到95℃以上灌注到水下储热（冷）罐中跨季节储存；
3.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的水下储热（冷）罐是实现跨季节储热的大体积的水容器，利用海、湖、水库可利用水面下方一定的深度的稳定水体空间容纳储罐实现跨季节储热；非采暖季将储热（冷）调节罐中的
4.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的移动智能储热（冷）罐是自带动力在水中移动进行跨季节储热的大体积的水容器，可按照程序控制配合地面设施完成水平移动、上浮、下沉以及满足充热、放热等作业的位置需求；进行热（冷）水的灌注及取出，实现供暖（冷）功能。
5.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的储罐锚定装置由锚固桩和缆绳组成，锚固桩固定在水库、湖底、海底的河床上，锚固桩上安装滑轮，用缆绳通过滑轮把浮动的储热罐固定并调整缆绳长度改变储热罐下沉深度，供水工况时，储热罐上浮到水面上；
6.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的撬装模块式储热罐包括撬装模块式储热（冷）罐模块组，水下供（回）水管道及其接口，储罐基础及锚固装置；
...【技术特征摘要】
1.利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：由地面设施、水面（下）设施两部分构成；非采暖季节利用地面设施把太阳能、工业余热、锅炉及窑炉烟气余热以及低谷电、光电、风电等廉价电能转换成95℃以上热水，储存到水下设施的储热罐中，采暖季供热时从储热罐取出热水进入热网或通过换热器实现跨季节供热；
2.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的储热（冷）调节罐为大型保温水罐，其功能是在罐内实施加热（降温）并短时间储存热（冷）水；热（冷）源是太阳能集热器、电厂及工业余热，低谷电、光电、风电、锅炉及窑炉烟气余热、热电联产电厂的余热等的一种以上以及冬季低温空气；各种热源生产的热水储存在储热（冷）调节罐中达到95℃以上灌注到水下储热（冷）罐中跨季节储存；
3.根据权利要求1所述利用海、湖、水库水下空间跨季节水体储热的低碳供热系统，其特征在于：所述的水下储热（冷）罐是实现跨季节储热的大体积的水容器，利用海、湖、水库可利用水面下方一定的深度的稳定水体空间容纳储罐实现跨季节储热；非采暖季将储热（冷）调节罐中的水通过各种热源加热到95℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：李崇兴，王浩，李晋，何凡，王超，田雨，朱永楠，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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