016-乏汽余热-热水吸收式土壤源热泵系统能耗分析.pdfVIP

乏汽余热-热水吸收式土壤源热泵系统能耗分析 1* 燕山大学 李文涛 李岩 清华大学 付林 摘要：本文提出一种将热电联产乏汽余热回收与分布式土壤可再生能利用有机结合的新型热泵 供热系统，通过热网冬夏两用，跨季节蓄取电厂乏汽余热，可显著提升热源的供热能力并大幅降低 供热能耗。新系统热源以一台300MW 机组为例，与常规热电联产系统及太阳能-土壤源热泵联合供热 系统进行对比分析。结果显示，新系统供热能耗最低，太阳能-土壤源热泵联合供热系统与常规热电 联热系统能耗基本相当。新系统蓄热期间可降低发电影响2512.8 万kWh，在相同土壤蓄热量下，相 比于太阳能-土壤源热泵联合供热系统，整个采暖季新系统可增加供热量1.4 倍，全年供热能耗降低 37.6%，为电厂乏汽余热回收和土壤可再生能高效利用提供了新的思路。 关键词： 热电联产，乏汽余热回收，土壤跨季节蓄热，热水型吸收式热泵，能耗分析 1. 背景 “十三五”期间发展清洁供热、治理城市雾霾得到重点关注，北方各城市正积极探寻电厂乏 汽余热及浅层地热能的高效利用方式。随着民生供热需求迅猛增长，冬季北方城市热源供热能力不 足的问题日益突出。热电联产是北方城市最主要的热源形式，以目前的装机容量，三北地区每年产 生的乏汽余热量达到约4 万亿kWh[1],仅利用其中三分之一即可满足北方城市供热需求，因此回收乏 汽余热对于提高电厂供热能力至关重要[2]。而夏季电厂纯凝运行，乏汽余热量显著大于冬季，由于 难以找到合适的热用户，乏汽余热无法利用，造成能源的巨大浪费，如果将夏季的乏汽余热蓄存起 来用于冬季供热则可显著增加电厂供热能力。 土壤蓄热为此提供了有效途径。但我国北方城市主要位于寒冷或严寒地区，由于冷热负荷失 衡，常年持续取热容易引起土壤 “冷堆积”造成热泵制热性能持续降低，甚至无法正常工作[3] 。国 内外学者对此开展了大量的研究。通常采用太阳能-土壤源热泵联合运行的方式，采暖季以太阳能 为辅助热源来减少冬季土壤取热量以调控土壤热平衡，在非采暖季通过太阳能为土壤补热[4] 。然 而，太阳能能流密度低，太阳辐射强度受地理气候等条件限制，且目前太阳能系统的热利用效率仅 为30～80%[5] [6] ，但投资相对较高，经济性相对较差 。目前常见的土壤源热泵系统通常采用电动压 缩式热泵蓄取土壤热量，由于土壤温度通常不高于25℃，其制热性能系数COPh 一般仅能达到4 左 右，系统耗电量大，节能效果有限[7]。因此，探寻能耗低、经济性佳的土壤蓄取热量方式对于提高 系统供热能效意义重大。 本文通过热网冬夏两用，将现有集中供热与土壤可再生能互补，构建了一种利用土壤跨季节蓄 取电厂乏汽余热的新型热泵供热系统。实现了电厂乏汽余热回收与分布式土壤可再生能利用有机结 合，显著提升了热源的供热能力及系统供热能效。本文拟将新系统与常规热电联产供热系统、太阳 能-土壤源热泵联合供热系统的能耗作对比分析。 1 李文涛, 男, 1983.03, 博士, 师资博士后。邮编: 066004, 地址:河北省秦皇岛市海港区燕山大学世纪楼1707 室, 联系电话: Email: liwentao_2010@. 基金资助: 河北省自然科学基金(E2018203179), 中国博士后科学基金面上资助(2017M621104) 2. 供热系统介绍 2.1 常规热电联产供热系统 该系统将抽汽引入汽-水换热器，直接加热热网回水，供热系统如图1 所示： 抽汽 1 2 乏汽 4 3 一次网供水 一次网回水 1. 冷却塔 2. 汽轮机组 3. 凝汽器 4. 汽-水换热器