一种地热能等多能源综合利用系统及方法与流程

本发明属于新能源综合利用领域，涉及一种地热能等多能源综合利用系统及方法。

背景技术：

地热能是一种新的洁净能源，是由地壳抽取的天然热能，这种热量来自地球内部的熔岩，并以热能形式存在，并且地热能的储量相当大，由于地热是储存在地下的，因此，不会受到任何天气状况影响，并且地热资源同时具有清洁、环保、稳定性强等特点。

地源热泵是浅层地热能通过输入少量高品位能源实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。近年来，地源热泵的应用范围逐步推广。

目前我国地热资源开发利用已初具规模，年利用地热能为100亿千瓦时，并且地热开发利用量以每年约10％的速度增长。以天津和西安为代表的地热供暖，将地埋管埋入地下，利用地层温度对地埋管中的水进行加热，再将加热后的水输送到用户中，向用户提供热水，但地热能单独使用时，加热温度不高，不能完全满足用户供暖的供应需要，并且容易受到季节影响。同时，国内外现有风能、太阳能大力发展，且容易受到天气的影响，供应不稳定，急需调峰。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种地热能等多能源综合利用系统及方法，将多种能源进行结合，实现综合利用，从而提高换热效率，降低供热成本，降低碳排放，实现稳定高效供热和供电。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种地热能等多能源综合利用系统，包括风力发电站、太阳能电站、蓄电站、换热系统、地埋管、地源热泵站和用户；

风力发电站和太阳能电站的输出连接蓄电站输入，风力发电站、太阳能电站和蓄电站的输出均与换热系统的输入、地源热泵站的输入和用户的输入采用电缆线连接，换热系统的输出与地埋管连接；地埋管与地源热泵站连接形成回路；地源热泵站与用户采用管道连接形成回路。

优选的，换热系统包括储水箱和换热器，储水箱内设置有电加热装置，风力发电站、太阳能电站和蓄电站输出均与电加热装置输入连接，储水箱包括进水口和出水口，换热器左右两侧各有一个进水口和出水口，储水箱出水口通过管道经过换热器左侧后与储水箱进水口连接；换热器右侧的进水口连接地埋管，换热器右侧的出水口连接地源热泵站。

进一步，储水箱出水口依次连接有第一阀、第一泵、第一温度计与换热器左侧进水口；在第一温度计与换热器之间设有支路，通过管线将第五阀、用户依次相连；换热器左侧出水口依次连接有第一单向阀、第一压力表、第二温度计和储水箱进水口。

进一步，换热器的右侧进水口依次连接有第二压力表、地埋管、第二阀、第三温度计和地源热泵站的加热端出水口；换热器右侧出水口依次连接有第四温度计、第三阀、第二泵、第二单向阀和地源热泵站的加热端进水口。

进一步，换热器采用浮头式换热器、固定管板式换热器、u形管板换热器或板式换热器。

优选的，地埋管采用垂直式布设或水平式布设。

优选的，地源热泵站的输热端出水口依次连接有第四阀、第三泵、第六温度计、第三压力表和用户；地源热泵站输热端进水口依次连接有第三单向阀、第五温度计和用户。

一种基于上述任意一项所述系统的地热能等多能源综合利用方法，将风力发电站和太阳能电站产生的电能输配到蓄电站、换热系统、地源热泵站和用户，用于储能和供电；换热系统对地埋管内的水进行加热；输配到地源热泵站的电能对地源热泵站的水加热和/或向地源热泵站供电；通过地埋管加热后的水，经地源热泵站后输送到用户，进行供热或供水，用户使用后再回流进入地源热泵站。

优选的，通过风力发电站、太阳能电站和蓄电站对电加热装置供电，电加热装置对储水箱中的水加热，加热后的水循环流动经过换热器，通过换热器换热后回流回储水箱中，地埋管中的水利用地层温度加热后，通过换热器再次加热进入地源热泵站，再由地源热泵站完成输送，使用后的水通过地源热泵站回流并补充，之后再次进入换热器升温。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过将风力发电站、太阳能电站和蓄电站均与换热系统、地源热泵站和用户连接，利用风能、太阳能和储能对换热系统、地源热泵站和用户供电，换热系统对地埋管中的水加热，地源热泵站能够将热水输送到用户；还可回收用户使用后的水，将风能、太阳能、地热等新能源与储能相结合，实现综合利用，从而提高换热效率，降低供热成本，降低碳排放，实现稳定高效供热，供电，实现碳中和。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

其中：1-风力发电站；2-太阳能电站；3-蓄电站；4-储水箱；5-第一阀；6-第一泵；7-第一温度计；8-第二温度计；9-第一压力表；10-第一单向阀；11-换热器；12-第二压力表；13-地埋管；14-第二阀；15-第三温度计；16-第四温度计；17-第三阀；18-第二泵；19-第二单向阀；20-地源热泵站；21-第三单向阀；22-第五温度计；23-第四阀；24-第三泵；25-第六温度计；26-第三压力表；27-用户；28-第五阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的地热能等多能源综合利用系统，包括：风力发电站1、太阳能电站2、蓄电站3、储水箱4、第一阀5、第一泵6、第一温度计7、第二温度计8、第一压力表9、第一单向阀10、换热器11、第二压力表12、地埋管13、第二阀14、第三温度计15、第四温度计16、第三阀17、第二泵18、第二单向阀19、地源热泵站20、第三单向阀21、第五温度计22、第四阀23、第三泵24、第六温度计25、第三压力表26、用户27和第五阀28。

换热系统采用储水箱4和换热器11。

所述能源综合利用系统中，通过电线将风能发电站1及太阳能发电站2与蓄电站3相连，从而将风能发电站1和太阳能发电站2产生的电能储存在蓄电站3。储水箱4内设置有电加热装置，通过电线将风力发电站1和太阳能发电站2与电加热装置相连，电加热装置可以对储水箱4中水加热。通过电线将蓄电站3分别与储水箱4、地源热泵站20和用户27相连，便于蓄电站3为他们供电。

如图1所示，通过管线将储水箱4底部出水口与第一阀5、第一泵6、第一温度计7与换热器11左侧进水口依次相连；在第一温度计7与换热器11之间设有支路，通过管线将第五阀28、用户27依次相连；通过管线将换热器11左侧出水口与第一单向阀10、第一压力表9、第二温度计8和储水箱4依次相连。

通过管线将换热器11的右侧进水口、第二压力表12、地埋管13、第二阀14、第三温度计15、地源热泵站20相连。

通过管线将换热器11右侧出水口与第四温度计16、第三阀17、第二泵18、第二单向阀19、地源热泵站20相连。

通过管线将地源热泵站20与第四阀23、第三泵24、第六温度计25、第三压力表26、用户27相连。

通过管线将地源热泵站20与第三单向阀21、第五温度计22、用户27相连。

所述地源热泵站20可以对第二泵18输送来的热水，进行综合配给，然后通过管线输送到用户27；还可回收用户27使用后的水，并且根据需要对回水进行灵活适量补充，同时调节输送到用户27的水温。

所述储水箱4设有下端设有出水口，上端设有进水口。

所述换热器11左右两侧各有一个进水口和出水口，可根据需要灵活选用浮头式换热器、固定管板式换热器、u形管板换热器、板式换热器等。

所述地埋管13可采用垂直式布设或者水平式布设，各种布设形式可以根据生产需要设定。

所述风力发电站1，太阳能电站2，蓄电站3，根据需要灵活选择规模、功率和型号等。储水箱4可根据需要灵活选择尺寸、型号等。

所述能源综合利用系统使用的传热介质可以为水、也可以换用co2等其他有利于传热的介质。

所述风能发电站1和太阳能电站2均可将产生的电能储存在蓄电站3中，也可以对储水箱4中的水进行加热，亦可对地源热泵站20中的水加热、供电，同时可以为用户27供电。

所述储水箱4出水口，经过第一阀5、第一泵6、第一温度计7、换热器11、第一单向阀10、第一压力表9、第二温度计8到达储水箱4进水口，形成闭合回路，在换热器11处换热。

所述第一温度计7用于计量储水箱4的出水温度，第二温度计8用于计量通过换热器11回流水的温度。

所述换热器11右侧出水口，水经过第四温度计16、第三阀17、第二泵18、第二单向阀19、地源热泵站20进水口、地源热泵站20出水口、第三温度计15、第二阀14、地埋管13、第二压力表12、到达换热器11右侧进水口。在换热器11换热，在20根据需要向用户配水，供水、供暖。

所述第三温度计15用于计量地源热泵20出水口温度。第四温度计16用于计量换热器11右侧出水口温度。

所述地源热泵站20出水口，经过第四阀23、第三泵24、第六温度计25、第三压力表26、用户27、第五温度计22、第三单向阀21、回流到地源热泵20进水口。

所述第五温度计22用于计量用户27使用后的排水温度，第六温度计25用于计量用户27进水的温度。

所述地源热泵站20主要对通过地埋管13、换热器11输送来的热水进行综合配给，然后，根据需要通过管线输送到千家万户；还可回收用户使用后的水再次加热循环利用，并且根据需要对回水进行灵活适量补充，同时调节输送到用户的水温。

所述地埋管13通过利用地层温度对流动经过的管内水进行加热，从而提高管内水温度，其规模和长度、样式可以灵活设定。

所述能源综合利用系统使用的传热介质可以为水、也可以换用co2等其他有利于传热的介质。

本发明具体实施过程介绍如下：

将系统连接完毕后，检查系统各部件及管线密封性，向储水箱4中注满水，打开第一阀5、第一泵6将水连通换热器11，形成闭合回路。同时，向地源热泵站20注入传热介质，介质可以为水、co2等传热效率高的介质，可以根据需要灵活设定。

所述风力发电站1、太阳能电站2产生的电能，通过电线直接输配到储水箱4、地源热泵站20、用户27用于供电。

储水箱4中的水通过电能加热后，循环流动经过换热器11，通过换热器11换热后回流到储水箱4中。

地埋管13中的水经过地层加热后，通过换热器11再次加热后进入地源热泵站20，再由地源热泵站20完成向用户27的输送，使用后的水通过地源热泵站20回流并补充，之后再次进入换热器11升温。

打开第三阀17、第二泵18、第二单向阀19、第二阀14，将地源热泵站20中的介质循环至换热器11循环流动。换热完成后，打开第四阀23、第三泵24，输送热水供用户27使用，使用后的水经过第三单向阀21，回流到地源热泵站20。

通过地埋管13和换热器11加热两次后的水，经地源热泵站20后输送到用户家中，实现供热或供水，用户使用后再通过管线回流进入地源热泵站20。

储水箱4中的水也可通过第五阀28直接向用户27输送热水。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。