储热供热系统

本发明涉及储热，具体为一种储热供热系统。

背景技术：

1、预计电能替代规模6000亿千瓦时，占新增用电规模近30％。过去已经在北方供暖区域实施了大规模电能替代，实施电能替代的重点应该在工商业供汽领域，尤其是沿海工业园区的化工、印染、食品烘干，医院商场等公共建筑方面，电能替代潜力巨大。利用规模化储热供汽技术，可以实现电力需求侧管理，推动电力供需协调优化。

2、对此，现有技术中提出了多种储热供热方式，例如熔盐储热供汽、热水储热供热技术，其中热水储热技术成本较低，可以满足大规模应用，但是常见的热水储热技术一般为，直接利用发电厂的余热作为热源加热供热回路中的流动的水工质，但由于发电厂的余热的热能品位较低，导致储热供热系统的加热性能系数(cop)往往小于1，加热效率不高，储热的能量品位较低，无法供应高品位的热能，例如蒸汽。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种储热供热系统，能够将低品位热能转化为高品位的热能进行存储，并且能够利用高品位的热能进行供热。

2、本发明的提供的储热供热系统，该储热供热系统包括：热源、热泵循环回路和供热单元。其中，热源，热泵循环回路具有依次连通的第一换热器、压缩机、第二换热器和节流装置。该热泵循环回路中具有流动的循环介质，循环介质流经第一换热器的吸热侧，且循环介质流经第二换热器的放热侧，热源为第一换热器的放热侧提供热量，供热单元与第二换热器的吸热侧连通。

3、根据本发明的技术方案，在第一换热器中，低温低压的循环介质由热源吸收热量，吸热后的循环介质进入压缩机中加压，形成高温高压的循环介质，高温高压的循环介质进入第二换热器中放热，同时供热单元在第二换热器中吸收循环介质释放的热量，供热单元向外供热，放热后的循环介质经过节流装置后转化为低温低压的循环介质并再次从热源吸收热量。因此，可以将例如发电厂的余热作为热源，将低品位的余热通过高温高压的循环介质转化为高品位的热能，从而能够使得热源提供的低品位热能以更高品位的热能形式进行存储和利用，供热单元也能够向外供给蒸汽等高品位热能，整体储热系统的加热效率也更高。

4、作为本发明优选的技术方案，热源至少包括环境大气、或发电厂的冷却塔流出的液体，或者发电厂的空冷塔流出的气体中的一种。

5、根据该优选的技术方案，发电厂的冷却塔流出的液体，或者发电厂的空冷塔流出的气体属于低温热源，热能品位较低，可以通过热泵循环回路将低温热源的低品位热能转化为高品位热能并储存或供热，有利于缓解电力供需矛盾的同时提高能量的回收利用效率。

6、作为本发明优选的技术方案，热泵循环回路还包括回热器，第一换热器的吸热侧出口和压缩机入口穿过回热器的吸热侧连通，第二换热器的放热侧出口和节流装置穿过回热器的放热侧连通。

7、根据该优选的技术方案，由第一换热器的吸热侧流出的循环介质虽然已经与热源提供的热量进行换热，吸热蒸发为气态的循环介质，但是在回热器进一步与由第二换热器的放热侧流出的较高温度的循环介质换热后，能够确保使得进入压缩机的循环介质为过热循环介质，使压缩机稳定可靠运行。

8、作为本发明优选的技术方案，循环介质为二氧化碳，且压缩机的出口处的循环介质为超临界态二氧化碳。

9、根据该优选的技术方案，跨临界co2热泵的加热性能优异，在低温环境中加热性能系数(cop)仍能达到2，并且co2作为一种天然制冷剂，其odp(消耗臭氧潜能值)为0，gwp(全球变暖潜能值)仅为1，对环境友好。因此，将跨临界co2热泵循环用于发电厂的余热利用，对于调动需求侧资源在削峰填谷、缓解电力供需矛盾、推进清洁能源消纳等方面能够发挥重要作用。

10、作为本发明优选的技术方案，热泵循环回路还包括设置在第一换热器的吸热侧出口的气液分离装置。

11、根据该优选的技术方案，考虑到发电厂余热提供的低温热源的热能品位较低，可能会有部分作为循环介质的co2经第一换热器吸热后并未充分气化，因此，可以通过气液分离装置分离液态co2和气态co2，并得到饱和的低压气态co2，将饱和的低压气态co2输入压缩机中压缩后得到超临界态的co2。

12、作为本发明优选的技术方案，供热单元中具有流动的供热介质，供热介质流过第二换热器的吸热侧，且供热介质在第二换热器的吸热侧入口的温度大于100℃。

13、根据该优选的技术方案，在第二换热器中，作为循环介质的高温高压co2与来自吸热侧的水换热，能够快速将水加热到高压热水(超过100℃)的状态。后期可以向外部供应热水或者将高压热水汽化得到蒸汽再向外部供应蒸汽，从而利用本申请提供的储热供热系统能够快速持续地向外供应热水或者供应蒸汽。

14、作为本发明优选的技术方案，供热单元包括热水罐、供热换热器、冷水罐和增压泵。其中，热水罐与第二换热器的吸热侧出口连通，供热换热器与热水罐的出口连通，冷水罐与供热换热器的出口连通，增压泵与冷水罐的出口连通，且增压泵的出口与第二换热器的吸热侧入口连通。

15、根据该优选的技术方案，在第二换热器中，作为供热介质的水与高温高压的循环介质进行换热，换热升温后的供热介质可以为高压热水，存储在承压的热水罐中，从而能够利用低成本实现对高品位热能的存储。并且，存储的高压热水能够在供热换热器中与外部流体换热，间接向外供给高品位的热能，例如供给高温水或蒸汽，经供热换热器换热降温后的水存储在冷水罐中，再由增压泵加压后输入第二换热器中吸热，从而实现间接供热供汽，保持供热介质的清洁。

16、作为本发明优选的技术方案，供热单元还包括压力平衡管，连通热水罐和冷水罐，且压力平衡管上设置有压力控制阀。

17、根据该优选的技术方案，通过压力控制阀，能够控制热水罐和冷水罐之间的压力平衡管的连通或关闭，关闭时热水罐单独承压，打开时热水罐和冷水罐共同承压，能够存储更高压的热水，能够使得冷水罐和热水罐的压力均衡。

18、作为本发明优选的技术方案，供热单元还包括补水罐、定压阀和定压泵。其中，补水罐与冷水罐通过补水管和排水管连通；定压阀设置在排水管上；定压泵设置在补水管上。

19、根据该优选的技术方案，当压力低于设计值，可以将补水罐中冷水通过定压泵打入冷水罐中，使系统气体压力保持在设计压力范围内；当压力高于设计值，打开定压阀将冷水罐中冷水排入补水罐，使系统气体压力保持在设计压力范围内。

技术特征：

1.一种储热供热系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的储热供热系统，其特征在于，所述热源至少包括环境大气、或者发电厂的冷却塔流出的液体，或者发电厂的空冷塔流出的气体之一。

3.如权利要求1所述的储热供热系统，其特征在于，所述热泵循环回路还包括：

4.如权利要求1所述的储热供热系统，其特征在于，

5.如权利要求4所述的储热供热系统，其特征在于，所述热泵循环回路还包括：

6.如权利要求1所述的储热供热系统，其特征在于，所述供热单元中具有流动的供热介质，所述供热介质流过所述第二换热器的吸热侧，且所述供热介质在所述第二换热器的吸热侧入口的温度大于100℃。

7.如权利要求6所述的储热供热系统，其特征在于，所述供热单元包括：

8.如权利要求7所述的储热供热系统，其特征在于，所述供热单元还包括：

9.如权利要求8所述的储热供热系统，其特征在于，所述供热单元还包括：

技术总结
本发明涉及储热技术领域，提供了一种储热供热系统，能够将低品位热能转化为高品位的热能进行存储，并且能够利用高品位的热能进行供热。该储热供热系统包括：热源、热泵循环回路和供热单元。其中，热源，热泵循环回路具有依次连通的第一换热器、压缩机、第二换热器和节流装置。该热泵循环回路中具有流动的循环介质，循环介质流经第一换热器的吸热侧，且循环介质流经第二换热器的放热侧，热源为第一换热器的放热侧提供热量，供热单元与第二换热器的吸热侧连通。

技术研发人员：肖刚,文章权,祝培旺
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10