一種光伏太陽能熱泵復(fù)合系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣管道輸運領(lǐng)域，尤其是涉及一種光伏太陽能熱栗復(fù)合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣在長距離輸運的過程中，需要較高的壓力以提供運輸動力(例如，西氣東輸二線一般在8?12MPa)，而當天然氣到達分輸站后，為滿足下游用戶的壓力(一般在1.5?4MPa)需求，需要在分輸站進行調(diào)壓。高壓天然氣經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后，壓力降低，同時由于焦耳-湯姆遜效應(yīng)會使溫度驟降至冰點以下。低溫天然氣在運輸工程中，尤其在冬季，會導(dǎo)致調(diào)壓后的天然氣埋地管道(8)周圍土壤凍結(jié)，發(fā)生“凍脹”現(xiàn)象。
[0003]管道凍脹會造成部分地面、墻體出現(xiàn)裂痕，部分管道在凍脹載荷作用下會發(fā)生變形，甚至出現(xiàn)天然氣管道閥體離開閥座，造成天然氣泄露，對分輸站的安全運行造成極大地影響。因此，必須采取有效的措施解決來凍脹問題，以確保分輸站的安全運行。
[0004]目前已有的解決天然氣凍脹問題的方法中，最常見的是換土、防水或排水的方法，這些方法都是通過減少土壤中的水分來降低發(fā)生凍脹的可能性，但這些方法不能徹底解決凍脹問題。還有管溝方法，此方法是將天然氣管道周圍砌成防水水泥管道，但這種方法沒有對天然氣管道進行換熱，冷量未被帶走，因此在分輸站外與土壤接觸的天然氣管道依然會吸收土壤的熱量，依然會造成管道凍脹；同時，目前最常用的方法是在天然氣管道的調(diào)壓閥前設(shè)置電加熱器的方法，由于加熱過程中最小量不確定，采用固定式加熱方式造成大量一次能源浪費；此外，也有采用熱管組件，將地下恒溫層熱量傳輸?shù)絻雒浳恢玫姆椒ǎ摲椒ú幌母咂肺浑娔芮覍μ烊粴夤艿栏浇寥兰訜嵯鄬鶆?，但該方法實施過程中，由于土壤層熱阻較大，與熱管換熱較慢，使得由于天然氣管道沒有得到及時地?zé)嵫a償依然會造成管道凍脹。
[0005]而光伏太陽能熱栗以太陽能作為吸熱熱源的節(jié)能制冷供熱設(shè)備，與普通熱栗相比，在同樣的環(huán)境溫度下，太陽能加熱使循環(huán)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度得以提高，機組的制熱性能系數(shù)COP較普通熱栗有了明顯的提高。太陽能熱栗在工質(zhì)冷凝階段會向高溫環(huán)境釋放大量熱量，這部分熱量冬季用于室內(nèi)制熱，而在夏季通常會直接排向大氣，造成熱能浪費。
[0006]綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)高壓天然氣在調(diào)壓過程中會產(chǎn)生大量的冷能，并且由于天然氣管道的冷量未被及時帶走會產(chǎn)生管道凍脹現(xiàn)象，而光伏太陽能熱栗在工質(zhì)冷凝階段會放出大量的熱能。如何提供一種系統(tǒng)，基于冷熱源相互充分利用原則將兩個過程整合，通過合理的工藝流程設(shè)計不僅能夠解決天然氣埋地管線的凍脹問題，而且可以實現(xiàn)節(jié)能，減少高品位電能的使用，是節(jié)能減排的形勢下需要迫切解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種防凍脹、效果好、經(jīng)濟性好、節(jié)能環(huán)保、發(fā)電效率高、減緩熱島效應(yīng)、應(yīng)用范圍廣的光伏太陽能熱栗復(fù)合系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009]—種光伏太陽能熱栗復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0010]太陽能熱栗循環(huán)回路:通過接收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，驅(qū)動循環(huán)工質(zhì)與天然氣埋地管道進行熱交換；
[0011]太陽能發(fā)電支路:與太陽能熱栗循環(huán)回路連接，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并回饋給太陽能熱栗循環(huán)回路；
[0012]輔助工質(zhì)支路:與太陽能熱栗循環(huán)回路連接，在不同季節(jié)不同溫度下通過不同的運行模式輔助太陽能熱栗循環(huán)回路進行熱量交換；
[0013]控制裝置:包括溫度檢測器、控制器以及分別設(shè)置在太陽能熱栗循環(huán)回路、太陽能發(fā)電支路和輔助工質(zhì)支路上的截止閥，所述的控制器分別與截止閥和溫度檢測器連接。
[0014]所述的太陽能熱栗循環(huán)回路包括依次通過熱栗管道連接形成回路的太陽能光伏蒸發(fā)器、壓縮機和天然氣管道換熱設(shè)備，所述的太陽能熱栗循環(huán)回路的熱栗管道設(shè)有循環(huán)工質(zhì)，所述的熱栗管道上還設(shè)有節(jié)流閥。
[0015]所述的太陽能光伏蒸發(fā)器包括聚集玻璃層、保溫層和工質(zhì)管道，所述的聚集玻璃層和保溫層由外到內(nèi)依次設(shè)置，所述的工質(zhì)管道設(shè)置在保溫層中，并且與熱栗管道連通。
[0016]所述的循環(huán)工質(zhì)為R290工質(zhì)。
[0017]所述的天然氣管道換熱設(shè)備套設(shè)在天然氣埋地管道外部，包括銅壁面和蛇形換熱支管，所述的銅壁面的截面為正方形，且內(nèi)表面與天然氣埋地管道接觸，所述的蛇形換熱支管沿銅壁面的外表面依次分布，并且與熱栗管道連通。
[0018]所述的太陽能發(fā)電支路包括光伏電池和蓄電池，所述的光伏電池、蓄電池和壓縮機依次連接，所述的光伏電池設(shè)置在聚集玻璃層和保溫層之間。
[0019]所述的輔助工質(zhì)支路包括與光伏蒸發(fā)器并聯(lián)的室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器和室外風(fēng)冷蒸發(fā)器，所述的室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器和室外風(fēng)冷蒸發(fā)器分別通過三通閥與熱栗管道連接。
[0020]所述的溫度檢測器分別與太陽能光伏蒸發(fā)器、室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器和室外風(fēng)冷蒸發(fā)器連接，所述的截止閥設(shè)置在室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器和室外風(fēng)冷蒸發(fā)器的入口處以及天然氣管道換熱設(shè)備的出入口處。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0022]—、防凍脹、效果好:本發(fā)明通過太陽能熱栗循環(huán)回路中的光伏蒸發(fā)器接收太陽能，加熱其內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)與天然氣埋地管道進行熱交換，同時配合室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器和室外風(fēng)冷蒸發(fā)器，使天然氣埋地管道在不同季節(jié)得到穩(wěn)定持續(xù)的熱補償，在供熱過程中，光伏電池進行發(fā)電，直接為壓縮機的運行提供電力支持，能夠進一步利用太陽能，減少高品位電能的消耗，不需要電廠供電，大大降低了運行成本，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
[0023]二、經(jīng)濟性好:本發(fā)明中與天然氣埋地管道相結(jié)合的太陽能熱栗循環(huán)回路的冷、熱源之間的溫差較小，根據(jù)逆卡諾循環(huán)理論，太陽能熱栗的制熱系數(shù)COP相對較高，其熱力學(xué)經(jīng)濟性能比單純消耗電能供熱系統(tǒng)要好，具有顯著的節(jié)能效果，符合我國當前節(jié)能減排的基本國策。
[0024]三、發(fā)電效率高:本發(fā)明中太陽能光伏蒸發(fā)器通過吸收太陽能來間接對循環(huán)工質(zhì)加熱的同時，光伏電池發(fā)出電能，由于光伏電池處于太陽能光伏蒸發(fā)器內(nèi)部，且低溫液體工質(zhì)不斷在蒸發(fā)器中氣化，使得光伏電池周圍溫度較低，在同樣光照條件下，發(fā)電效率較高。
[0025]四、減緩熱島效應(yīng):本發(fā)明對太陽能熱栗冷凝階段排放到高溫環(huán)境的大量熱能進行有效利用，不僅使天然氣埋地管道得到了熱補償，而且在夏季減緩了“熱島效應(yīng)”。
[0026]五、應(yīng)用范圍廣:天然氣高壓管網(wǎng)在調(diào)壓過程中存在大量的冷能，對于調(diào)壓后溫度降低明顯的天然氣埋地管線來說，本發(fā)明具有很好的節(jié)能空間與更加廣闊的實用價值。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為太陽能光伏蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為天然氣管道換熱設(shè)備截面示意圖。
[0030]其中，1、太陽能光伏蒸發(fā)器，2、蓄電池，3、壓縮機，4、天然氣管道換熱設(shè)備，5、節(jié)流閥，6、室內(nèi)風(fēng)冷蒸發(fā)器，7、室外風(fēng)冷蒸發(fā)器，8、天然氣埋地管道，，11、聚集玻璃層，12、保溫層，13、工質(zhì)管道，14、光伏電池，41、銅壁面，42、蛇形換熱支管。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0032]實施例:
[0033]如圖1所示，一種光伏太陽能熱栗復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0034]太陽能熱栗循環(huán)回路:通過接收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，驅(qū)動循環(huán)工質(zhì)與天然氣埋地管道8進行熱交換；
[0035]太陽能發(fā)電支路:與太陽能熱栗循環(huán)回路連接，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并回饋給太陽能熱栗循環(huán)回路；
[0036]輔助工質(zhì)支路:與太陽能熱栗循環(huán)回路連接，通過對不同季節(jié)不同運行模式的切換，在輔助太陽能熱栗循環(huán)回路進行熱量交換、有效解決管道凍脹的同時，可實現(xiàn)夏季供冷、全年提供電力輸出等功能；
[0037]控制裝置:包括溫度檢測器、控制器以及分別設(shè)置在太陽能熱栗循環(huán)回路、太陽能發(fā)電支路和輔助工質(zhì)支路上的截止閥9，控制器分別與截止閥9和溫度檢測器連接。
[0038]如圖2所示，太陽能熱栗循環(huán)回路包括依次通過熱栗管道連接形成回路的太陽能光伏蒸發(fā)器1、壓縮機3和天然氣管道換熱設(shè)備4，太陽能熱栗循環(huán)回路的熱栗管道設(shè)有循環(huán)工質(zhì)，熱栗管道上還設(shè)有節(jié)流閥5，太陽能光伏蒸發(fā)器I包括聚集玻璃層11、保溫層12和工質(zhì)管道13，聚集玻璃層11和保溫層12由外到內(nèi)依次設(shè)置，工質(zhì)管道13設(shè)置在保溫層12中，并且與熱栗管道連通，循環(huán)工質(zhì)為R20工質(zhì)。
[0039]如圖3所示，天然氣管道換熱設(shè)備4套設(shè)在天然氣埋地管道8外部，包括銅壁面41和蛇形換熱支管42，銅壁面41的截面為正方形，且內(nèi)表面與天然氣埋地管道8接觸，蛇形換熱支管42沿銅壁面41的外表面依次分布，并且與熱栗管道連通，太陽能發(fā)電支路包括光伏電池14和蓄電池2，光伏電池14、蓄電池2和壓縮機3依次連接，光伏電池14設(shè)置在聚集玻璃層11和保溫層12之間。
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