用于医院的多能互补分布式能源系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于医院的多能互补分布式能源系统，适用于具有电少冷热负荷多特性及存在峰谷平电价差的建筑设施领域，如医院、酒店、机场、工业园等。

背景技术：

现有医院能源的供应方式有两种：一种是直接使用市电+冷水机组+市政供热，二是使用市电+溴化锂机组。

医院直接使用市电+冷水机组+市政供热的供能模式较为常用，夏季利用冷水机组完成电制冷，冬季直接使用市政管网热源。这种供能方式虽然系统较简单，但冷、热、电之间没有转换功能，对市电和市政热源的依赖也较重。当市电停电时，只能启用备用电源保障重要用电，电制冷将停机，影响医院冷的供应。市政管网热源故障时也将影响医院供热。

医院使用市电+溴化锂机组的供能模式时，溴化锂机组使用天然气作为燃料，同时满足夏季制冷和冬季制热的需求。这种供能方式同样系统较简单、独立，没有冷、热、电之间的转换功能，只有电、天然气均正常供应情况下，医院冷、热、电负荷供应才能不受影响。

现有技术不能灵活的选择能源来使用，经济性较差。且设备年使用率较低，造成浪费，如：市电+冷水机组+市政供热的供能方式，冷水机组只有在夏季时使用，其余大部分时间均停机保养，且为了满足对医院冷负荷的全覆盖，机组会选择最大负荷，设备安装容量就较大。而实际上设备大多数时间都在50％负荷以下运行，只有极端酷热的天气才能做到满负荷运行；市电+溴化锂机组的供能方式，溴化锂机组设备安装容量也同样较大。

以某医院为例，医院的能源负荷情况如下：

①电负荷：

医院全年用电量高峰集中在7～9月份，主要是考虑到夏季空调制冷所需耗电量，其他月份的电负荷比较接近，其中过渡季节最低。

医院全天24小时内，用电大致可分为高峰时段、过度时段、夜间时段。

高峰时段：白天工作时段电负荷较高；

过度时段：早晨7:00～9:00+晚上18:00～23:00(具体时间段视医院作息时间而定)，早晨7:00开始电负荷逐渐增加，到9:00开始进入白天工作模式，晚上18:00开始持续降低，到23:00进入夜间模式；

夜间时段：负荷较低且平稳。

②冷、热负荷：

供冷季全天24小时均有空调冷负荷，空调冷负荷高峰主要集中七、八月份。

夏季典型日负荷白天和夜间负荷差异较大，夜间冷负荷较小，均为基础负荷，随着医院开始工作，从8点开始冷负荷突然增大，并且在白天工作时间保持较高且稳定的负荷需求；白天冷负荷的变化基本随着室外环境温度变化且波动较小，冷负荷的峰值出现在12:00左右，随后进入午休时段，医院整体负荷变小；从13:00起负荷保持较平稳变化，直到18:00之后随着门诊结束和医护人员下班开始逐渐减小。

供暖季全天24小时均有空调热负荷，负荷最大的月份为气温最低的一月份。

全天24小时内，夜间负荷较低且平稳，同样从8:00开始负荷明显增加同时也达到最大值，之后逐渐减小，至13:00开始基本保持稳定，直至18:00之后负荷再次开始降低。

医院冷、热负荷均远大于电负荷，通常电负荷不到冷、热负荷的1/3。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能源利用效率高、经济性好的用于医院的多能互补分布式能源系统，实现了电力、天然气互为备用的冷、热、电能供应模式。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：用于医院的多能互补分布式能源系统，包括天然气管网和供电母线，供电母线连接市电的输出端，还包括内燃机、发电机、溴化锂机组、地下水源热泵系统；

内燃机的输入端连接天然气管网，内燃机的输出端通过发电机连接供电母线，内燃机的缸套水系统连接溴化锂机组；内燃机的烟气系统输出端连接溴化锂机组；

溴化锂机组的输出端分别连接供热管网、供冷管网、供热水管网；

地下水源热泵系统的输入端连接供电母线，地下水源热泵系统的输出端分别连接供热管网、供冷管网、供热水管网；

地下水源热泵系统包括冷水井、热水井、供冷系统、供热系统，供冷系统的换热件取水端连接冷水井、换热件回水端连接热水井，供热系统的换热件取水端连接热水井、换热件回水端连接冷水井；供冷系统的输出端连接供冷管网；供热系统的输出端分别连接供热管网、供热水管网。

进一步的是：溴化锂机组的输入端连接天然气管网。

进一步的是：还包括冷水机组，冷水机组的输入端连接供电母线，冷水机组的输出端连接供冷管网。

进一步的是：还包括燃气锅炉，燃气锅炉的输入端连接天然气管网，燃气锅炉的输出端分别连接供热管网、供热水管网。

进一步的是：还包括太阳能集热器，太阳能集热器的输出端连接供热水管网。

进一步的是：还包括储能电池，储能电池的充电端、放电端分别连接供电母线。

本实用新型首先根据医院的用电年负荷曲线及医院负荷需求电少冷热负荷多的特性，优化配置内燃机、发电机、溴化锂机组的容量，使内燃机、发电机、溴化锂机组长期运行达到满负荷状态，满足医院峰平时段的部分电、冷热负荷需求，并使天然气的利用效率达到最高，不足的电负荷需求由市电补充。再根据峰谷平电价差及医院冷热负荷曲线，选取地下水源热泵系统满足谷电时段的全部冷热负荷需求及峰平时段的部分冷热负荷需求，峰平时段不足的冷热负荷需求选取冷水机组及燃气锅炉调节补充。然后选取储能电池实现医院电力的削峰填谷，储能电池同时作为备用电源。最后利用屋顶空间资源选取太阳能集热器补充医院热水负荷的需求。

系统可即用即开，保证整个医院内关键电力、空调冷热及生活热水负荷的需求。系统可根据医院实际电负荷或空调负荷的变化，灵活调节机组配比及输出功率。

本实用新型的有益效果是：

1)利用医院电负荷少，冷、热负荷多的特性，合理配置系统装置大小，使主要供能设备高负荷、高运转率的运行，备用设备只作调节或紧急时使用，且装机容量较小，可有效地提高系统使用的经济效益。

2)多种能源互为补充，相互转换，有利于供能方式、种类的合理配比，选择最经济的电能或天然气、光能等能源，同时提高了供能的稳定性，不再受限于某一类能源的价格波动或供应不足而造成的影响。

3)可合理利用市电峰谷平时段的电价差异，实现供能的经济性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是地下水源热泵系统的供冷模式原理图；

图3是地下水源热泵系统的供热模式原理图；

图中标记：1-冷水井、2-热水井、3-供冷系统、4-供热系统、5-含水层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括天然气管网和供电母线，供电母线连接市电的输出端，还包括内燃机、发电机、溴化锂机组、地下水源热泵系统；

内燃机的输入端连接天然气管网，内燃机的输出端通过发电机连接供电母线，内燃机的缸套水系统连接溴化锂机组；内燃机的烟气系统输出端连接溴化锂机组；

溴化锂机组的输出端分别连接供热管网、供冷管网、供热水管网；

地下水源热泵系统的输入端连接供电母线，地下水源热泵系统的输出端分别连接供热管网、供冷管网、供热水管网。

本实用新型首先根据医院的用电年负荷曲线及医院负荷需求电少冷热负荷多的特性，优化配置内燃机、发电机、溴化锂机组的容量，使内燃机、发电机、溴化锂机组长期运行达到满负荷状态，满足医院峰平时段的部分电、冷热负荷需求，并使天然气的利用效率达到最高，不足的电负荷需求由市电补充。再根据峰谷平电价差及医院冷热负荷曲线，选取地下水源热泵系统满足谷电时段的全部冷热负荷需求及峰平时段的部分冷热负荷需求。

地下水源热泵系统的工作原理如图2、图3所示，地下水源热泵系统包括冷水井1、热水井2、供冷系统3、供热系统4，供冷系统3的换热件取水端连接冷水井1、换热件回水端连接热水井2，供热系统4的换热件取水端连接热水井2、换热件回水端连接冷水井1；供冷系统3的输出端连接供冷管网；供热系统4的输出端分别连接供热管网、供热水管网。

地下水源热泵系统使用对井的方式，按组打井，一组为两口井，一口取水，一口回灌，冬季、夏季需切换，原取水切换为回灌，回灌切换为取水。取水井打井深度通常＜200米，抽取地下水换热后100％回灌，保证了系统环境和性能上的可持续性。

地下水源热泵系统的节能表现为：节省用电的消耗。在夏季运行时COP达5.5～6.0，制冷效果因不受气温影响，其装机容量可以低于常规冷水机组10％～20％；配套设备功率降低20％左右；冬季制热效率COP为4.4～5.0。运营费用低于传统冷水机组(COP仅3～3.5)+燃气锅炉。

此外，本实用新型中的溴化锂机组的输入端连接天然气管网。溴化锂机组优先使用内燃机系统产生的余热作为能源，特殊情况可采用天然气可为补充能源。

本实用新型还包括冷水机组，冷水机组的输入端连接供电母线，冷水机组的输出端连接供冷管网。当系统中供冷负荷不足时，可通过冷水机组及燃气锅炉调节补充。

本实用新型还包括燃气锅炉，燃气锅炉的输入端连接天然气管网，燃气锅炉的输出端分别连接供热管网、供热水管网。当系统中供热和热水负荷不足时，可通过燃气锅炉调节补充。

本实用新型还包括太阳能集热器，太阳能集热器的输出端连接供热水管网。太阳能集热器用于补充医院热水负荷的需求。在太阳能资源充沛的条件下，优先使用太阳能热水系统作为热水系统，可节约能源。

本实用新型还包括储能电池，储能电池的充电端、放电端分别连接供电母线。储能电池在市电的谷段充电、峰平时段放电。储能电池用于实现医院电力的削峰填谷，同时作为备用电源。

本实用新型在不同季节的运行逻辑如下：

夏季：内燃机烟气余热进入溴化锂机组制取空调冷水(7℃～12℃)；缸套水余热优先制取生活热水，当生活热水供应量满足需求后切换至溴化锂补充制冷。夏季制冷优先使用余热溴化锂机组，不足部分由地下水源热泵系统、冷水机组补足。

冬季：内燃机烟气余热进入溴化锂机组制取采暖热水(50℃～60℃)，缸套水余热优先制取生活热水，当生活热水供应量满足需求后切换至溴化锂补充供热。冬季制热优先使用余热溴化锂机组，不足部分由地下水源热泵系统、市政供热或燃气锅炉补足。

过渡季节：内燃机烟气余热和缸套水余热均用来制取生活热水，当生活热水供应量满足需求后余热利用系统停止运行。

在太阳能资源充沛的条件下，优先使用太阳能热水系统作为热水系统。

系统运行设计安排表