一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统及方法与流程

1.本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统及方法。


背景技术：

2.煤炭、石油的大量使用和过度开采，造成了严重的环境污染和能源紧缺。环境污染和能源危机已严重威胁人类生存和发展，因此如何利用太阳能、高效利用太阳能成为了值得研究的课题。
3.目前存在一些利用太阳能的研究，例如申请号为cn202010221321.x的中国专利，其公开了一种太阳能空气源热泵三联供系统及使用方法，其系统包括空气源热泵机构、太阳能集热机构、第一换热器和第二换热器，所述空气源热泵机构包括压缩机、四通换向阀、室内机风冷换热器、干燥管、节流装置和室外机风冷换热器，所述太阳能集热机构包括低温水箱、第一阀门、高温恒温水箱、太阳能集热板、第二阀门、第三水泵和第四水泵，所述低温水箱内部通过第二水泵与第一换热器的内腔相连，所述高温恒温水箱内部通过第一水泵与第二换热器的内腔相连。该专利中的联供系统利用太阳能实现了供暖、供冷以及生活热水的三联供，但是该专利中的联供系统无法实现不同温度热水、不同参数蒸汽的供给，更无法实现发电，仍然未对太阳能进行更高效的梯级利用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统及方法，该系统可实现不同温度热水、不同参数蒸汽的供给，还可实现发电，可对太阳能进行高效的梯级利用。
5.本发明采用以下技术方案：一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统，包括第一热水供给子系统、换热子系统、第二热水供给子系统、蒸汽供给发电子系统、光伏发电子系统，光伏发电子系统分别与第一热水供给子系统、换热子系统、第二热水供给子系统、蒸汽供给发电子系统连接；所述第一热水供给子系统包括水源供给模块、太阳能集热器、低温热水储存模块、中温热水储存模块；太阳能集热器包括管路连接的太阳能初级加热子模块、太阳能次级加热子模块，水源供给模块与太阳能初级加热子模块管路连接，太阳能初级加热子模块还与低温热水储存模块管路连接，太阳能次级加热子模块还与中温热水储存模块管路连接；换热子系统包括聚光集热器、熔盐储罐、换热器，聚光集热器与熔盐储罐管路连接，聚光集热器还与换热器的热源端管路连接，换热器的换热端进口处与太阳能次级加热子模块管路连接，换热器的换热端出口处与第二热水供给子系统中的高温热水储存模块管路连接，换热器的换热端出口处还与蒸汽供给发电子系统管路连接；蒸汽供给发电子系统包括管路连接的蒸汽发生器、背压式汽轮机，还包括与背压
式汽轮机连接的发电机，其中蒸汽发生器与背压式汽轮机的管路连接处设有高压蒸汽输出管道，背压式汽轮机设有本体抽气口、汽轮机出口，本体抽气口与中压蒸汽输出管道连接，汽轮机出口与低压蒸汽输出管道连接。
6.作为优选方案，光伏发电子系统包括依次连接的光伏发电模块、储能模块、电力传输模块，电力传输模块与外部用电模块连接。
7.作为优选方案，电力传输模块还与外部取电模块连接。
8.作为优选方案，水源供给模块与太阳能初级加热子模块的连接管路处分支出一输出管路以及一输入管路，输出管路上设有第一阀门，输入管路上设有第二阀门，水源供给模块与太阳能初级加热子模块的连接管路处位于输出管路、输入管路之间处设有第三阀门，低温热泵分别与输出管路、输入管路连接，低温热泵还与光伏发电子系统以及发电机连接。
9.作为优选方案，太阳能次级加热子模块与热力除氧器第一进口管路连接，热力除氧器出口与换热器的换热端进口管路连接，热力除氧器第二进口与低压蒸汽输出管道管路连接。
10.作为优选方案，换热子系统还包括电极式熔盐锅炉，电极式熔盐锅炉与熔盐储罐通过管路连接，电极式熔盐锅炉与光伏发电子系统以及发电机连接。
11.作为优选方案，换热器的换热端出口处还与电蒸汽锅炉管路连接，电蒸汽锅炉还与高压蒸汽输出管道管路连接，电蒸汽锅炉还与光伏发电子系统以及发电机连接。
12.作为优选方案，低温热水储存模块包括相连的低温储热水箱、低温热水输出管道，低温热水输出管道上设有低温供水泵，低温供水泵与光伏发电子系统以及发电机连接；中温热水储存模块包括相连的中温储热水箱、中温热水输出管道，中温热水输出管道上设有中温供水泵，中温供水泵与光伏发电子系统以及发电机连接；高温热水储存模块包括相连的高温储热水箱、高温热水输出管道，高温热水输出管道上设有高温供水泵，高温供水泵与光伏发电子系统以及发电机连接。
13.还提供一种太阳能梯级利用的电热汽联供方法，基于上述的一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统，包括步骤：s1、水源供给模块供给水源至太阳能集热器中的太阳能初级加热子模块进行初步加热，以得到低温热水；s2、部分低温热水输送至低温热水储存模块中进行存储，其余低温热水输送至太阳能次级加热子模块进一步加热，以得到中温热水；s3、部分中温热水输送至中温热水储存模块中进行存储，其余中温热水输送至换热子系统中的换热器，并与经过聚光集热器加热的熔盐进行换热，以得到高温热水；s4、部分高温热水输送至高温热水储存模块中进行存储，其余高温热水输送至蒸汽发生器进行蒸发，以得到高参数蒸汽；s5、部分高参数蒸汽通过高参数蒸汽输出管道输出，其余高参数蒸汽输送至背压式汽轮机，背压式汽轮机的本体抽气口通过中参数蒸汽输出管道输出中参数蒸汽，背压式汽轮机的汽轮机出口通过低参数蒸汽输出管道输出低参数蒸汽，背压式汽轮机输出蒸汽的同时带动发电机进行发电。
14.作为优选方案，步骤s3中，其余中温热水输送至换热子系统中的换热器之前还经过热力除氧器进行热力除氧，且热力除氧器的热力来源为背压式汽轮机的汽轮机出口通过
低参数蒸汽输出管道输出的低参数蒸汽。
15.本发明的有益效果是：本发明可梯级利用太阳能，可利用太阳能梯度提供高、中、低温度的热水，还可以梯度提供高、中、低参数的蒸汽，并利用产生的蒸汽进行发电，充分利用了太阳能。
16.通过太阳能集热器中的太阳能初级加热子模块对水进行初步加热，进而得到低温热水，进一步通过太阳能集热器中的太阳能次级加热子模块对低温热水进行更进一步的加热，以得到中温热水。由于太阳能集热器对水的加热有温度限制，因此本发明中设置了换热子系统，通过聚光集热器对熔盐进行加热，并通过加热后的熔盐对中温热水进行热传递，以进一步提高水温，并且聚光集热器的运行成本比太阳能集热器的运行成本高，因此本发明中低温热水和中温热水的加热通过太阳能集热器执行，聚光集热器仅执行高温热水的加热，从而降低了系统的运行成本。
17.本发明通过蒸汽发生器、背压式汽轮机可生产高、中、低参数的蒸汽，并且中、低参数的蒸汽通过背压式汽轮机自身设置的本体抽气口、汽轮机出口输出即可，而且在背压式汽轮机生产中、低参数蒸汽的同时还可直接带动发电机进行发电，真正实现了能源的充分、梯级利用，且系统的投资少，成本低。
18.本发明中光伏发电子系统包括依次连接的光伏发电模块、储能模块、电力传输模块，电力传输模块与外部用电模块连接，电力传输模块还与外部取电模块连接。即本发明中光伏发电子系统可将光伏发电的电能存储在储能模块中以备用，还可输出至外部用电模块进行利用，当联供系统内电能不足时，还可通过外部取电模块进行取电。
19.本发明中设置了低温热泵，当太阳光照不够充足时通过控制第一阀门、第二阀门、第三阀门的开闭，以使低温热泵作为备用热源对水进行加热，由于低温热泵与光伏发电子系统连接，因此不论何时均可通过储能模块存储的电，或通过从外部取电模块获取的低谷电进行工作，保证了系统的正常运行。
20.本发明中设置了热力除氧器，以对热水中的氧气进行去除，为后续的蒸汽生产以及发电奠定了基础。并且热力除氧器的热力来源为背压式汽轮机输出的低参蒸汽，以实现更充分的利用能源。
21.本发明中换热子系统还设置了电极式熔盐锅炉，电极式熔盐锅炉与熔盐储罐通过管路连接，电极式熔盐锅炉与光伏发电子系统以及发电机连接，因此电极式熔盐锅炉也可在太阳光照不够充足时作为备用热源对熔盐进行加热，保证了系统的正常运行。
22.本发明中换热器的换热端出口处还与电蒸汽锅炉管路连接，电蒸汽锅炉还与高压蒸汽输出管道管路连接，电蒸汽锅炉还与光伏发电子系统以及发电机连接。当太阳光照不够充足时，水温不够高时（这里需要说明的是，此处考虑虽然太阳光照不够充足，但是电极式熔盐锅炉仍不运行的情况），由于蒸汽发生器功率有限，无法产生所需参数的蒸汽，因此此时通过功率更高的电蒸汽锅炉，生产高参的蒸汽，并通过高压蒸汽输出管道与蒸汽发生器生产的蒸汽进行汇聚并输出。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明所述一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统的结构示意图；图2是本发明所述一种太阳能梯级利用的电热汽联供方法的流程图；图中：1、软化水箱，2、低温给水泵，3、低温热泵，4-1、第一阀门，4-2、第三阀门，4-3、第二阀门，5、太阳能集热器，6、低温储热水箱，7、低温供水泵，8、中温储热水箱，9、中温供水泵，10、中温给水泵，11、热力除氧器，111、热力除氧器第一进口，112、热力除氧器出口，113、热力除氧器第二进口，12、热交换器，121、热交换器热源端进口，122、热交换器热源端出口，123、热交换器换热端出口，124、热交换器换热端进口，13、聚光集热器，14、电极式熔盐锅炉，15、熔盐储罐，16、低温熔盐泵，17、高温熔盐泵，18、高温储热水罐，19、高温供水泵，20、蒸汽发生器，21、电蒸汽锅炉，22、背压式汽轮机，221、背压式汽轮机进口，222、本体抽气口，223、汽轮机出口，23、发电机，24、光伏发电模块，25、储能模块，26、电力传输模块，a、软化水管道，b、低温回水管道，c、低温热水输出管道，d、中温回水管道，e、中温热水输出管道，f、高温回水管道，g、高参数蒸汽输出管道，h、中参数蒸汽输出管道，k、低参数蒸汽输出管道，l、高温热水输出管道。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.实施例一：参照图1，本实施例提供一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统，包括第一热水供给子系统、换热子系统、第二热水供给子系统、蒸汽供给发电子系统、光伏发电子系统，光伏发电子系统分别与第一热水供给子系统、换热子系统、第二热水供给子系统、蒸汽供给发电子系统连接，以提供电能，包括为各泵体提供电能，也包括为后述的低温热泵3、电极式熔盐锅炉14、电蒸汽锅炉21提供电能；所述第一热水供给子系统包括水源供给模块、太阳能集热器5、低温热水储存模块、中温热水储存模块；本实施例中，所述水源供给模块包括软化水管道a、软化水箱1、低温给水泵2。所述低温热水储存模块包括低温储热水箱6、低温热水输出管道c以及设于低温热水输出管道c上的低温供水泵7。所述中温热水储存模块包括中温储热水箱8、中温热水输出管道e以及设于中温热水输出管道e上的中温供水泵9。
27.太阳能集热器5包括管路连接的太阳能初级加热子模块、太阳能次级加热子模块，水源供给模块中的软化水箱1与太阳能初级加热子模块管路连接，且管路连接处设置低温给水泵2、低温回水管道b，太阳能初级加热子模块还与低温热水储存模块中的低温储热水箱6管路连接，太阳能次级加热子模块还与中温热水储存模块中的中温储热水箱8管路连接。
3，打开第三阀门4-2即可。
36.太阳能次级加热子模块与热力除氧器第一进口111管路连接，热力除氧器出口112与换热器的换热端进口124管路连接，热力除氧器第二进口113与低参数蒸汽输出管道k管路连接。
37.即，本发明中设置了热力除氧器11，以对热水中的氧气进行去除，为后续的蒸汽生产以及发电奠定了基础。并且热力除氧器11的热力来源为背压式汽轮机22输出的低参蒸汽，以实现更充分的利用能源。
38.换热子系统还包括电极式熔盐锅炉14，电极式熔盐锅炉14与熔盐储罐15通过管路连接，电极式熔盐锅炉14与光伏发电子系统以及发电机23连接。
39.即，本发明中换热子系统还设置了电极式熔盐锅炉14，电极式熔盐锅炉14与熔盐储罐15通过管路连接，电极式熔盐锅炉14与光伏发电子系统以及发电机23连接，因此电极式熔盐锅炉14也可在太阳光照不够充足时作为备用热源对熔盐进行加热，保证了系统的正常运行。
40.换热器的换热端出口123处还与电蒸汽锅炉21管路连接，电蒸汽锅炉21还与高参数蒸汽输出管道g管路连接，电蒸汽锅炉21还与光伏发电子系统以及发电机23连接。
41.即，本发明中换热器的换热端出口123处还与电蒸汽锅炉21管路连接，电蒸汽锅炉21还与高压蒸汽输出管道g管路连接，电蒸汽锅炉21还与光伏发电子系统以及发电机23连接。当太阳光照不够充足时，水温不够高时（这里需要说明的是，此处考虑虽然太阳光照不够充足，但是电极式熔盐锅炉14仍不运行的情况），由于蒸汽发生器20功率有限，无法产生所需参数的蒸汽，因此此时通过功率更高的电蒸汽锅炉21，生产高参的蒸汽，并通过高压蒸汽输出管道g与蒸汽发生器20生产的蒸汽进行汇聚并输出。
42.参照图1，图中低温回水管道b、中温回水管道d，高温回水管道f均起到回水作用。
43.实施例二：参照图2所示，本实施例提供一种太阳能梯级利用的电热汽联供方法，基于实施例一所述的一种太阳能梯级利用的电热汽联供系统，包括步骤：s1、水源供给模块供给水源至太阳能集热器中的太阳能初级加热子模块进行初步加热，以得到低温热水；s2、部分低温热水输送至低温热水储存模块中进行存储，其余低温热水输送至太阳能次级加热子模块进一步加热，以得到中温热水；s3、部分中温热水输送至中温热水储存模块中进行存储，其余中温热水输送至换热子系统中的换热器，并与经过聚光集热器加热的熔盐进行换热，以得到高温热水；s4、部分高温热水输送至高温热水储存模块中进行存储，其余高温热水输送至蒸汽发生器进行蒸发，以得到高参数蒸汽；s5、部分高参数蒸汽通过高参数蒸汽输出管道输出，其余高参数蒸汽输送至背压式汽轮机，背压式汽轮机的本体抽气口通过中参数蒸汽输出管道输出中参数蒸汽，背压式汽轮机的汽轮机出口通过低参数蒸汽输出管道输出低参数蒸汽，背压式汽轮机输出蒸汽的同时带动发电机进行发电。
44.步骤s3中，其余中温热水输送至换热子系统中的换热器之前还经过热力除氧器进行热力除氧，且热力除氧器的热力来源为背压式汽轮机的汽轮机出口通过低参数蒸汽输出
管道输出的低参数蒸汽。
45.需要说明的是，本实施例提供的一种太阳能梯级利用的电热汽联供方法，与实施例一类似，在此不多做赘述。
46.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。