建筑能源应用技术-课件 第10章 多能互补能源综合系统

第10章多能互补能源综合系统本章核心依据用能对象和当地资源条件，采用多种能源互相补充，提高能源综合利用效率，并形成多种主要系统形式。01本章核心第十章多能互补能源综合系统02第10章多能互补能源综合系统｜课程导入学习目标1了解多能互补能源综合系统的特点和节能性;2掌握多能互补能源综合系统的主要形式。03第10章多能互补能源综合系统本章主要内容10.1多能互补能源综合系统①系统的特点

②系统的节能性分析

10.2多能互补能源综合系统的主要形式①太阳能—热泵多能互补供热系统

②太阳能—燃气能多能互补供热系统

③风光互补供电系统

④终端一体化集成供能系统04从能源危机到多能互补思想20世纪70—90年代三次石油危机寻找化石能源的替代能源推动节能技术开发多种能源并重互为补充石油危机使许多国家认识到，只依赖一至两种能源无法保障能源安全，由此产生多能互补的用能方式第10章多能互补能源综合系统05多能互补的定义依据根据用能对象和当地资源条件的特点。方法因地制宜地采取多种不同能源互相补充。资源目标缓解能源供需矛盾，合理保护和利用自然资源环境目标在满足用能需求的同时获得较好的环境效益。第10章多能互补能源综合系统0610.1多能互补能源综合系统10.1.1特点→10.1.2节能性分析第10章多能互补能源综合系统多能互补起源于能源安全与能源结构调整需求，并通过按质用能、逐级多次利用、多种能源兼容和储能调节提高系统效率。07三次“石油危机”的影响•20世纪70—90年代，世界范围内发生了3次严重的“石油危机”。•石油危机对世界能源市场结构产生了深远影响。•石油能源消费大国开始寻找化石能源的替代能源，并积极推动节能技术开发。•许多国家由此认识到，只依赖一至两种能源无法保障能源安全。多种能源并重、互为补充成为新的能源利用思想。10.1.1多能互补能源综合系统的特点第10章多能互补能源综合系统08中国能源政策的调整•中国是世界第二大经济体和全球最大石油净进口国。•从20世纪80年代初开始制定的能源政策，要求逐步改变单一以煤为主的能源格局。•政策同时要求尽可能开发利用其他能源资源。•能源结构调整为多能互补系统的形成提供了政策背景。10.1.1多能互补能源综合系统的特点第10章多能互补能源综合系统09因地制宜：多能互补的核心条件用能对象先明确供热、供冷、供电或综合能源需求。当地资源结合太阳能、风能、地热能、生物质能及传统能源条件。互相补充利用不同能源在时间、品质或供应稳定性上的差异。综合目标缓解供需矛盾，并兼顾资源保护和环境效益。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点10提高能源综合利用效率多种能源输入按能源品位匹配用途能量逐级多次利用提高综合利用效率多能互补系统不仅增加能源种类，更重要的是实现能源梯级利用，使不同品位的能量进入适合的过程或设备。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点11能源品位的高低高品位能源•转换为机械功的能力较强。•教材以电能、机械能为比较对象。低品位能源•转换为机械功的能力较弱。•热能不能完全转化为机械功，因此品位较低。能源品位以转换为机械功的能力大小来评判。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点12按质用能•能源利用时，应合理考虑能源品位的高低。•避免使用高品位能源完成低品位能源即可完成的工作。•当必须使用高温热源加热时，应尽量减少传热温差。•只需低温加热且只有高温热源可用时，可先发电，再利用低温余热加热，例如热电联产。按质用能的重点是“能源品位与用途相匹配”。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点13逐级多次利用高品位能源进入第一装置释放能量后温度下降转入适合较低能质的装置多个过程逐步释放能量不同设备经济合理的使用温度范围不同；当能源温度超出一个装置的经济适用范围后，应转至能利用较低能质的装置。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点14多种能源形式的兼容性传统能源煤、石油、天然气等不可再生能源。可再生能源太阳能、空气能、风能、生物质能、地热能等供能结构多种能源共同构成丰富的供能结构体系。互补效果不同能源相互补充，实现教材所述“1+1>2”的效果。兼容性使系统可以依据当地资源条件组合能源。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点15提高设备利用率和运行效率单一能源限制能源侧不满足产能条件时，系统不能运行。用户负荷限制用户侧非用能时段也会限制系统运行。多源供能多种能源供应可延长系统运行时间，提高产能效率。储能调节储能可减弱用能时段对运行时间的影响，提高设备利用效率。运行效率提高后，系统投资和产出比减小。第10章多能互补能源综合系统10.1.1多能互补能源综合系统的特点16多能互补系统为什么具有节能效益利用自然能源充分利用自然界的各种能源。梯级利用通过能源梯级利用提高综合利用效率。减少浪费减少弃风、弃光等能源浪费，促进能源消纳。提高稳定性缓解单一新能源供应不稳定和受气候影响大的问题。10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析第10章多能互补能源综合系统17寒冷地区三种运行模式对比COP1.27空气源模式；平均室温14.9℃。COP1.83太阳能—空气能；提高44.1%，室温20.8℃。COP1.83太阳能—生物质能—空气能；提高44.1%，室温20.2℃。实验条件：环境温度＜−6℃。第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析18可再生清洁能源利用份额21.26%空气源模式：空气热能占输入总能量。35.82%+21.59%太阳能—空气能：太阳能份额与空气能份额。20.11%+18.80%+18.42%太阳能—生物质能—空气能：三种可再生能源份额。后两种模式下，可再生清洁能源利用份额总和均超过55%。第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析19一次能源利用率的提升太阳能—空气能模式•一次能源利用率比空气源模式提高21.5%。•平均COP为1.83。太阳能—生物质能—空气能模式•一次能源利用率比空气源模式提高20.4%。•平均COP同为1.83。第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析20冬季工况9℃→16℃井水供水温度变化范围。+3.43%～4.52%每升高1℃，热泵机组COP的上升幅度。+2.22%～2.63%每升高1℃，系统COP的上升幅度。研究对象：冬夏两用太阳能—地下水源复合热泵多能互补供能系统。18℃→26℃井水供水温度变化范围。−3.38%～−5.67%每升高1℃，热泵机组COP的下降幅度。−1.83%～−2.34%每升高1℃，系统COP的下降幅度。夏冬季工况第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析21相同采暖工况下的节水与节电27%太阳能负荷承担率。0.051m³/(m²·d)与地下水源热泵单独采暖相比，每天节省井水使用量。4.42%与地下水源热泵单独采暖相比的节电比例。第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析22地板辐射供暖对比实验30.55%太阳能—水源热泵系统比区域锅炉房集中供暖节能。18.96%低温热水地板辐射比传统明装散热器供暖节能。≥24%实验条件下太阳能保证率。第10章多能互补能源综合系统10.1.2多能互补能源综合系统的节能性分析2310.2多能互补能源综合系统的主要形式太阳能—热泵太阳能—燃气能风光互补终端一体化集成供能第10章多能互补能源综合系统241)直接膨胀式太阳能—热泵系统图10.1直接膨胀式太阳能—热泵系统•制冷剂直接作为太阳能集热介质。•制冷剂在太阳能集热器/蒸发器中吸热蒸发。•制冷剂经过热泵循环，在冷凝器中释放冷凝热。•冷凝热用于加热被加热物体。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统252)间接膨胀式太阳能—热泵原理集热介质在集热器吸热集热介质作为蒸发器热源热泵循环提升温度加热需要加热的物体集热介质可以是水、空气或防冻溶液等流体；也可先经热泵循环加热到可使用温度，再去加热物体。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统26直接膨胀式与间接膨胀式直接膨胀式•制冷剂直接进入太阳能集热器/蒸发器。•集热与蒸发在同一部件中完成。间接膨胀式•水、空气或防冻溶液等先在集热器吸热。•集热介质再与热泵循环建立热量联系。二者的核心区别是太阳能集热介质及其与热泵循环的连接方式。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统273)串联式间接膨胀系统图10.2串联式间接膨胀式太阳能—热泵系统•太阳能集热回路与热泵回路串联连接。•集热介质吸收太阳能后，为热泵蒸发器提供热源。•热泵将获得的热量提升到供热所需温度。•读图时沿集热器、储热/换热环节、热泵和用户端依次辨认。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统284)并联式间接膨胀系统图10.3并联式间接膨胀式太阳能—热泵系统•太阳能供热支路与热泵供热支路采用并联连接。•太阳能条件允许时，可由太阳能支路直接供热。•热泵支路可根据供热需求参与运行。•并联结构体现多种供热路径对同一负荷的补充。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统295)混合连接式间接膨胀系统图10.4混合连接式间接膨胀式太阳能—热泵系统•混合连接式也称双热源系统。•系统同时利用太阳能集热侧与另一热源侧。•连接方式兼有串联系统和并联系统的特征。•读图时重点辨认太阳能回路、热泵回路和用户侧的连接。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统30间接膨胀式系统的作用降低热利用成本水或其他介质可直接利用太阳能获得热能，不必总是启动耗电的热泵系统。实现太阳能储存太阳能热转换后可以储存。缓解时段性储热可克服部分太阳能时段性特点。提高连续性可在夜晚或阴雨天等时段利用已储存的太阳热能，提高供热连续性。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统31三种间接膨胀连接形式串联系统太阳能集热回路依次为热泵提供热源。并联系统太阳能与热泵形成可分别承担负荷的支路。双热源系统混合连接，综合两类连接关系。连接方式不同，但均先由集热介质吸收太阳能，再与热泵供热过程配合。10.2.1太阳能—热泵多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统32太阳能优先、燃气辅助太阳能集热中央控制器判断供热条件太阳能优先承担负荷不足部分由燃气能辅助系统综合太阳能供热和燃气壁挂炉供热的优点，在保证使用效果的同时减少二氧化碳排放并节省能源。10.2.2太阳能—燃气能多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统33两种组合模式太阳能—燃气集成生活热水系统•太阳能收集系统、泵站、储热水箱和中央控制器组成。•功能重点是生活热水。太阳能—燃气集成洗浴采暖系统•太阳能集热板、泵站、双盘管蓄热水箱、燃气壁挂炉和中央控制器组成。•同时承担洗浴和采暖。10.2.2太阳能—燃气能多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统341)太阳能—燃气生活热水系统图10.5太阳能—燃气生活热水系统•1—太阳能集热板；2—室内散热器；3—蓄热水箱。•4—燃气壁挂炉；5—壁挂炉控制器。•6—壁挂炉盘管换热器；7—太阳能盘管换热器。•8—太阳能补水阀门；9—泵站；10—中央控制器（模糊控制器）。10.2.2太阳能—燃气能多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统352）太阳能—燃气洗浴采暖系统图10.6太阳能—燃气洗浴采暖系统•1—太阳能集热板；2—室内散热器；3—蓄热水箱。•4—燃气壁挂锅炉；5—壁挂炉控制器。•6—采暖系统补水阀门；7—燃气壁挂炉补水阀门。•8—自来水阀门；9—泵站；10—太阳能补水阀门；11—中央控制器（模糊控制器）。10.2.2太阳能—燃气能多能互补供热系统第10章多能互补能源综合系统36风能与太阳能的互补性天气互补无风时可能有太阳，无太阳时可能有风。昼夜互补白天日照充足时可能风小，夜晚没有日照时可能风大。资源缺陷日照时间短或风力不足时，单独使用一种能源可能不能满足供电需求。供电目标两类资源联合后，提高持续供电的可靠性。10.2.3风光互补供电系统第10章多能互补能源综合系统37风光互补供电系统构成风力发电机太阳能板控制器蓄电池逆变器负载或电网系统还包括支撑架等部件；设备搭配应依据当地风力、日照条件和用电产品需求。10.2.3风光互补供电系统第10章多能互补能源综合系统38风光互补供电系统示意图图10.7风光互补供电系统示意图•有日照时利用太阳能板发电。•阴天有风时利用风力发电机发电。•控制器协调电能，蓄电池储存多余电量。•逆变器向照明或动力设备供电，富裕电力也可并网输入电网。10.2.3风光互补供电系统第10章多能互补能源综合系统39系统特点与应用稳定可靠风能与太阳能互补，可获得较稳定的输出。减少储能在保证同样供电条件下，可减少蓄电池容量。建设维护投资少、见效快、占地小、控制简单，易安装维护。应用场景家庭、村庄、区域、路灯、通信站、水泵、建筑和日用产品等。10.2.3风光互补供电系统第10章多能互补能源综合系统40新增用能区域的综合需求适用区域新城镇、新产业园区、机场、车站、医院、学校、商务区和海岛地区。需求维度同时涉及电力、热力、供冷、供水等多维度用能。供能要求对稳定性、经济性和环保性提出更高要求。模式升级单一功能、小规模模式难以满足集中供能、高效协同和清洁消纳。10.2.4终端一体化集成供能系统第10章多能互补能源综合系统41基础设施一体化与协同供能协同开发传统与可再生能源优化电力、燃气、热力供冷、供水管廊三联供、分布式能源能源智能微网需求侧管理就地生产就近消纳目标是为用户提供高效智能的能源供应和相关增值服务，提高能源综合利用效率。10.2.4终端一体化集成供能系统第10章多能互补能源综合系统42CCHP与地源热泵的耦合意义燃气冷热电三联供•发电机通常按“并网不上网，自发自用”设计，满足基本电负荷。•热泵可调节三联供系统的热电输出特性，提高发电机装机容量。地源热泵•长期冬季吸热量与夏季放热量不平衡会影响运行效率。•与CCHP结合可改善地下取放热不平衡对地层温度和效率的影响。二者结合实现清洁能源与可再生能源的耦合利用。10.2.4终端一体化集成供能系统第10章多能互补能源综合系统43某影城主题公园综合能源系统基础系统以燃气冷热电三联供系统为基础。耦合技术冰蓄冷、常规电制冷、燃气锅炉和自然冷却。供能范围为园区部分区域供电、供热及供冷，并提供生活热水。建设运营采用BOT