本發(fā)明涉及能源利用，具體而言，涉及一種分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是一種建立在能量的梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，一次能源可以是工業(yè)余熱、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、太陽能等，產(chǎn)生熱、電、冷的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)，通過能量的梯級(jí)利用，將發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱用于供熱和制冷，使能源得到充分利用，綜合能源利用效率可達(dá)90%以上，相比傳統(tǒng)的冷熱電分供系統(tǒng)，提高了能源利用效率。

2、目前大多數(shù)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)通過朗肯循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、斯特林循環(huán)或布雷頓循環(huán)的發(fā)電，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置包括透平、內(nèi)燃機(jī)、燃料電池和斯特林機(jī)等。基于透平的系統(tǒng)最大弊端是系統(tǒng)規(guī)模必須越大才越經(jīng)濟(jì)，難以實(shí)現(xiàn)小型的分布式三聯(lián)供。同時(shí)朗肯循環(huán)進(jìn)口需要很高的過熱度，以避免水蒸氣膨脹過程產(chǎn)生液滴損害透平葉片，但是高過熱度對(duì)提高朗肯循環(huán)熱效率很有限?；趦?nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)對(duì)燃料品質(zhì)要求高；而基于燃料電池的系統(tǒng)造價(jià)昂貴且技術(shù)不成熟；再者基于斯特林機(jī)的系統(tǒng)控制復(fù)雜，成本高，使用壽命較短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷中的至少一個(gè)方面。

2、本發(fā)明的目的之一在于提供一種冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，用螺桿膨脹機(jī)代替透平發(fā)電，有效解決了冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)所面臨的小型化的技術(shù)瓶頸。

3、本發(fā)明的另一目的之一在于提供一種新型的分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的控制方法，基于能量梯級(jí)運(yùn)用，提高系統(tǒng)的綜合能源利用效率和經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其提供一種分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，其包括：發(fā)電循環(huán)回路、制熱回路、吸收式制冷回路及換路閥，制熱回路和制冷回路通過換路閥與發(fā)電循環(huán)回路連接，換路閥包括閥第一輸入端、閥第二輸入端以及閥第三輸入端，發(fā)電循環(huán)回路包括通過管道連接的集熱器、蓄熱裝置、螺桿膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)以及朗肯循環(huán)冷凝器，螺桿膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)第一輸出口、膨脹機(jī)第二輸出口和膨脹機(jī)輸入口，膨脹機(jī)第一輸出口連接發(fā)電機(jī)，膨脹機(jī)第二輸出口連接朗肯循環(huán)冷凝器，集熱器與膨脹機(jī)輸入口、蓄熱裝置連接；制熱回路包括換熱器，換熱器的輸入側(cè)連接朗肯循環(huán)冷凝器，換熱器的輸出側(cè)連接閥第二輸入端；吸收式制冷回路設(shè)有發(fā)生器，朗肯循環(huán)冷凝器連接發(fā)生器的熱源輸入端口，閥第三輸入端連接發(fā)生器的熱源回流端口；閥第一輸入端連接朗肯循環(huán)冷凝器。

5、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：采用螺桿膨脹機(jī)作為發(fā)電動(dòng)力裝置，一是相較傳統(tǒng)基于透平的大型設(shè)備的三聯(lián)供系統(tǒng)，本系統(tǒng)更易于在小型區(qū)域或特定場所進(jìn)行部署和應(yīng)用，降低了對(duì)集中供能的依賴，提高了能源供應(yīng)的可靠性和自主性；二是螺桿膨脹機(jī)進(jìn)口不需要過熱，飽和蒸汽、飽和水和兩相區(qū)的工質(zhì)都可以直接進(jìn)入膨脹做功，省去了傳統(tǒng)三聯(lián)供系統(tǒng)中的過熱器，進(jìn)一步提高了分布式三聯(lián)供系統(tǒng)的小型化；三是，通過集熱器收集一次能源，然后將高溫介質(zhì)送入螺桿膨脹機(jī)，使之膨脹產(chǎn)生機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)產(chǎn)生的低溫末端熱量被利用到制熱回路和制冷回路中，通過換路閥進(jìn)行制冷和制熱功能的切換，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，提高了分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的綜合能源利用效率。四是分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)置了蓄熱裝置，在系統(tǒng)閑時(shí)熱能傳遞給蓄熱裝置儲(chǔ)備，當(dāng)系統(tǒng)功率不能滿足用戶需求時(shí)，蓄熱罐中儲(chǔ)存的熱量作為熱源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行工況和能源利用策略。

6、在本發(fā)明的技術(shù)方案中，集熱器采用太陽能集熱器。

7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：采用太陽能為本分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源，系統(tǒng)利用螺桿膨脹機(jī)替代透平發(fā)電，太陽能集熱器的輸出到螺桿膨脹機(jī)的溫度可達(dá)200℃，滿足螺桿膨脹機(jī)進(jìn)口溫度以及冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的要求，同時(shí)太陽能作為一種清潔能源，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極意義，有助于緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。

8、進(jìn)一步的，朗肯循環(huán)冷凝器包括：發(fā)電第一輸入端、發(fā)電第一輸出端，發(fā)電第一輸入端連接螺桿膨脹機(jī)，發(fā)電第一輸出端與集熱器連接，在發(fā)電第一輸出端與集熱器連接的管路上設(shè)有第一工質(zhì)泵，用于控制發(fā)電循環(huán)回路的工質(zhì)循環(huán)。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：在發(fā)電第一輸出端與集熱器連接的管路上設(shè)置第一工質(zhì)泵，其能夠?yàn)楣べ|(zhì)提供足夠的動(dòng)力，在整個(gè)發(fā)電循環(huán)過程中，第一工質(zhì)泵保證了這一循環(huán)過程的順暢進(jìn)行，維持了分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程，使得螺桿膨脹機(jī)能夠持續(xù)獲得穩(wěn)定的工質(zhì)輸入，從而穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，通過控制工質(zhì)泵的流量和壓力參數(shù)，可以調(diào)節(jié)工質(zhì)在發(fā)電循環(huán)管路的循環(huán)速度，進(jìn)而優(yōu)化朗肯循環(huán)的工作效率和系統(tǒng)的整體性能。

10、進(jìn)一步的，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)包括：第二工質(zhì)泵，朗肯循環(huán)冷凝器設(shè)有發(fā)電第二輸入端、發(fā)電第二輸出端，換熱器的輸入側(cè)、發(fā)生器的熱源輸入端口與發(fā)電第二輸入端連接，發(fā)電第二輸出端連接閥第一輸入端，第二工質(zhì)泵設(shè)于發(fā)電第二輸入端一側(cè)。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：朗肯循環(huán)冷凝器用于發(fā)電循環(huán)回路與制熱回路和制冷回路換熱，保證三聯(lián)供系統(tǒng)的供熱與供冷功能，第二工質(zhì)泵控制吸收式制冷回路與制熱回路的工質(zhì)流量分配和壓力參數(shù)，調(diào)節(jié)工質(zhì)的循環(huán)狀態(tài)，提高了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

12、進(jìn)一步的，吸收式制冷回路還包括通過管路依次連接的制冷循環(huán)冷凝器、第一節(jié)流閥以及制冷循環(huán)蒸發(fā)器，發(fā)生器設(shè)有制冷劑輸出端，制冷循環(huán)冷凝器連接制冷劑輸出端；

13、其中，發(fā)生器通過制冷劑輸出端輸出制冷劑。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：通過將制冷循環(huán)冷凝器、第一節(jié)流閥以及制冷循環(huán)蒸發(fā)器依次連接，并使發(fā)生器的制冷劑輸出端與制冷循環(huán)冷凝器相連，構(gòu)建了一個(gè)完整的制冷劑循環(huán)回路，為用戶提供穩(wěn)定的冷能輸出。

15、進(jìn)一步的，吸收式制冷回路還包括吸收器、溶液熱交換器以及第二節(jié)流閥，發(fā)生器設(shè)有溶液入口端和溶液出口端，吸收器設(shè)有吸收第一側(cè)、吸收第二側(cè)和吸收第三側(cè)，溶液熱交換器設(shè)有交換器第一端口、交換器第二端口、交換器第三端口和交換器第四端口，用于吸收式制冷回路的溶液循環(huán)；其中，溶液出口端與交換器第三端口連接，交換器第一端口與第二節(jié)流閥的一端連接，第二節(jié)流閥的另一端連接吸收第一側(cè)，吸收第二側(cè)與交換器第二端口連接，交換器第四端口與溶液入口端連接，吸收第三側(cè)連接制冷循環(huán)冷凝器。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：在制冷過程中，發(fā)生器內(nèi)被加熱濃縮后的溶液流向吸收器，吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷劑蒸汽后形成稀溶液，再經(jīng)溶液熱交換器和管路回到發(fā)生器，保證了溴化鋰溶液在吸收式制冷回路中的持續(xù)循環(huán)，維持了制冷循環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保了系統(tǒng)能夠持續(xù)制冷。

17、進(jìn)一步的，吸收式制冷回路還設(shè)有第三工質(zhì)泵，第三工質(zhì)泵設(shè)于交換器第四端口與溶液入口端連接的管路上，用于控制吸收式制冷回路的吸收劑循環(huán)。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：第三工質(zhì)泵的設(shè)置對(duì)吸收式制冷回路中的吸收劑循環(huán)進(jìn)行精確控制，同時(shí)維持吸收式制冷回路內(nèi)的壓力平衡和溶液分布均勻性，減少因溶液循環(huán)問題導(dǎo)致的系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

19、進(jìn)一步的，吸收式制冷回路的制冷劑采用水；和/或，吸收劑采用溴化鋰。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：采用水-溴化鋰作為吸收式制冷回路的工質(zhì)對(duì)，一是匹配太陽能作為系統(tǒng)一次能源，二是減少了對(duì)環(huán)境和大氣臭氧層的污染，并節(jié)約了能源，三是當(dāng)吸收式制冷回路蒸發(fā)溫度及壓力減低時(shí)，吸收式容量僅有限度地減少，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

21、進(jìn)一步的，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)包括檢測模塊，檢測模塊包括溫度檢測器，溫度檢測器設(shè)于朗肯循環(huán)冷凝器和集熱器上。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：通過設(shè)置溫度檢測器于朗肯循環(huán)冷凝器和集熱器，系統(tǒng)根據(jù)朗肯循環(huán)冷凝器冷凝溫度實(shí)時(shí)調(diào)配系統(tǒng)熱源，在系統(tǒng)功率不足時(shí)，利用蓄熱裝置所儲(chǔ)存的熱源供應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

23、本發(fā)明還提供一種新型的分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于上述任一技術(shù)方案中分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，控制方法包括：

24、分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)具有單獨(dú)發(fā)電模式、熱電聯(lián)供模式以及冷電聯(lián)供模式；

25、獲取朗肯循環(huán)冷凝器的冷凝溫度以及環(huán)境溫度；

26、基于冷凝溫度和環(huán)境溫度切換分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行模式；其中，單獨(dú)發(fā)電模式下，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)只運(yùn)行發(fā)電循環(huán)回路，發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，換路閥關(guān)閉；熱電聯(lián)供模式下，閥第一端口和閥第二端口打開，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可進(jìn)行發(fā)電和制熱，換熱器用于給用戶提供熱能；冷電聯(lián)供模式下，閥第一端口和閥第三端口打開，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可進(jìn)行發(fā)電和制冷，制冷循環(huán)蒸發(fā)器用于給用戶提供冷能。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該技術(shù)方案所達(dá)到的技術(shù)效果：根據(jù)朗肯循環(huán)冷凝器的冷凝溫度和環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體熱源的分配，隨著季節(jié)的改變，用戶對(duì)熱量和冷量的需求也隨之改變。本發(fā)明通過設(shè)置三個(gè)模式滿足用戶的不同需求，同時(shí)為應(yīng)對(duì)太陽能資源的不穩(wěn)定性，設(shè)置蓄熱裝置用于蓄熱。在陽光充足時(shí)，系統(tǒng)通過太陽輻射帶來的熱量使水在集熱器中直接蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)將多余的蒸汽儲(chǔ)存在蓄熱罐中。在夜間或陰雨天氣，太陽輻射不足，蓄熱罐中儲(chǔ)存的熱量作為熱源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。