一種基于土壤源熱泵系統(tǒng)的天然氣場站能源利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源利用方法，具體涉及一種基于土壤源熱泵系統(tǒng)的天然氣場站能源利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在天然氣場站中，傳統(tǒng)天然氣加熱、建筑的采暖與空調(diào)制冷以及生活熱水供應(yīng)的能源系統(tǒng)都是相互獨(dú)立的，并且能源效率較低，具體如下:
[0003]在天然氣場站中，通常設(shè)有天然氣的調(diào)壓功能，即通過調(diào)壓器將高壓天然氣降壓至中壓或低壓后供給下游用戶。根據(jù)焦耳-湯姆遜效應(yīng)，伴隨著天然氣的降壓，天然氣的溫度也隨之降低，有時(shí)降壓后的天然氣溫度將達(dá)到0°以下。對于來氣溫度為O?5°C的天然氣，由4MPa降至0.4MPa，天然氣溫度降低約20°C，如果不對調(diào)壓前的天然氣加熱，調(diào)壓后天然氣溫度過低，有可能在管道內(nèi)生成天然氣水合物(一種固態(tài)白色粉末)，造成管道阻塞，影響到管道的正常輸氣。另外，天然氣管道溫度過低，也會(huì)造成鋼質(zhì)管道的安全運(yùn)行。如用作天然氣管道的20#鋼管，不能在低于_20°C的環(huán)境下運(yùn)行。
[0004]為此，通常要在天然氣調(diào)壓前，對天然氣進(jìn)行升溫加熱，確保調(diào)壓后的天然氣溫度不低于0°C。常用的天然氣加熱方法有兩種:(1)利用電加熱器對天然氣進(jìn)行加熱；(2)利用燃?xì)忮仩t加熱熱水，然后利用管殼式換熱器對天然氣加熱。利用電加熱方法系統(tǒng)簡單，但運(yùn)行成本較高。同時(shí)，電加熱時(shí)熱功率較大，需要安裝較大功率的變壓器以及支付一筆不小的電力增容費(fèi)。雖然相對電加熱方法，利用燃?xì)忮仩t來加熱天然氣，運(yùn)行成本有所降低。但鍋爐系統(tǒng)的缺點(diǎn)也十分明顯:鍋爐熱效率較低，同時(shí)需要配置燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)，還要設(shè)專用的燃?xì)忮仩t房，為防止燃?xì)庑孤淼陌踩珕栴}，燃?xì)忮仩t房的電氣設(shè)備都選用防爆產(chǎn)品。另外，鍋爐屬于壓力容器，每年還要對鍋爐進(jìn)行年檢，無論運(yùn)行管理還是系統(tǒng)設(shè)計(jì)都十分復(fù)雜。對于城鎮(zhèn)燃?xì)鈭稣?，天然氣加熱大多發(fā)生在冬季，在其它季節(jié)，基本不需要加熱。這樣無論電加熱還是利用燃?xì)忮仩t加熱。只能在一年部分季節(jié)運(yùn)行，其它時(shí)間停運(yùn)，設(shè)備利用效率不尚。
[0005]對于夏熱冬冷地區(qū)的天然氣場站，站內(nèi)建筑通常配置分體式空調(diào)進(jìn)行夏季制冷和冬季采暖。在北方地區(qū)(如北京地區(qū))，冬季即使空調(diào)全負(fù)荷運(yùn)行，由于室外氣溫較低，利用分體空調(diào)采暖的效果并不好。生活熱水還需要配置電鍋爐或燃?xì)忮仩t解決。也有燃?xì)馄髽I(yè)直接利用燃?xì)忮仩t解決場站內(nèi)的采暖和生活熱水需求。上述已提到，除燃?xì)忮仩t房的防爆以及系統(tǒng)復(fù)雜性外，鍋爐的排煙也帶來了環(huán)境污染問題。
[0006]天然氣場站的傳統(tǒng)供能系統(tǒng)效率低下、系統(tǒng)復(fù)雜，已是不爭的事實(shí)，迫切需要采用新的供能技術(shù)解決這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種滿足天然氣場站在不同季節(jié)的各種冷熱負(fù)荷需求的能源利用方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于土壤源熱泵的天然氣場站能源利用方法，具體技術(shù)方案如下:
[0009]利用一套土壤源熱泵系統(tǒng)解決天然氣場站內(nèi)冬季和夏季各種冷熱負(fù)荷需求；在冬季時(shí)土壤源熱泵以土壤為吸熱源，從土壤中吸收熱量滿足天然氣場站的熱需求；在夏季時(shí)土壤源熱泵以土壤為排熱源，將天然氣場站多余的熱量釋放到土壤中。優(yōu)選地，土壤源熱泵系統(tǒng)包括至少兩臺(tái)土壤源熱泵機(jī)組，根據(jù)熱負(fù)荷的不同用途，將土壤源熱泵機(jī)組分為兩組。土壤源熱泵機(jī)組包括蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥，其中至少一臺(tái)土壤源熱泵機(jī)組還包括熱回收器。
[0010]在夏季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷相差不大地區(qū)的夏季，其中一組土壤源熱泵機(jī)組用于向建筑供冷，另一組土壤源熱泵機(jī)組作為備用。在夏季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷相差較大地區(qū)的夏季，兩組土壤源熱泵機(jī)組同時(shí)工作用于向建筑供冷。經(jīng)熱回收器回收的熱量用于生活熱水供應(yīng)。在夏季制冷時(shí)，土壤源熱泵的冷媒在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取建筑內(nèi)的熱量，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓的氣體，然后進(jìn)入冷凝器冷凝，把熱量釋放到地下土壤中。夏季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷相差較大，是指夏季冷負(fù)荷是冬季熱負(fù)荷的兩倍以上，這些地區(qū)夏季炎熱而冬季寒冷。不足兩倍的，說明夏季和冬季的溫差相對較小。
[0011]在冬季，其中一組土壤源熱泵機(jī)組用于天然氣加熱，另一組土壤源熱泵機(jī)組用于向建筑供暖和生活熱水供應(yīng)。當(dāng)用于天然氣加熱的土壤源熱泵機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，用于建筑采暖和生活熱水供應(yīng)的土壤源熱泵機(jī)組停止向建筑供暖和生活熱水供應(yīng)，切換為用于天然氣加熱。在冬季供暖時(shí)，土壤源熱泵的冷媒在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取地下土壤的熱量，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓的氣體，然后進(jìn)入冷凝器冷凝，加熱系統(tǒng)循環(huán)水，制取熱水送入建筑內(nèi)達(dá)到供暖目的。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、節(jié)能效果明顯，能源利用率高。土壤源熱泵通過電驅(qū)動(dòng)，吸收或者釋放地下熱量。在無論制冷還是供熱時(shí)，其熱效率將達(dá)到4.0以上，即利用IkW的電將制冷或供熱4.0kW。以供應(yīng)10kW的熱計(jì)算，如用電加熱器，需要電功率100kW，如用燃?xì)忮仩t供熱，需要熱負(fù)荷約I 1kW (熱效率按90%計(jì))，而本專利中的熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，只需要25kW。很明顯，土壤源熱泵的節(jié)能率達(dá)到77 %，節(jié)能效果明顯。
[0014]2、環(huán)保效果好。土壤源熱泵只使用部分電力用力就解決場站內(nèi)的冷熱負(fù)荷，無排放的廢氣和廢水，對周圍大氣影響小，環(huán)保效果好。而鍋爐系統(tǒng)燃燒后有煙氣排放，污染大氣。
[0015]3、設(shè)備利用效率高。相對傳統(tǒng)的天然氣場站供能形式，燃?xì)忮仩t或者電加熱器只在冬季運(yùn)行，夏季停止運(yùn)行。土壤源熱泵無論冬季還是夏季都能運(yùn)行，設(shè)備利用率大幅提尚O
[0016]4、制冷和供熱效果好，土壤源熱泵系統(tǒng)無論制冷還是供暖，系統(tǒng)穩(wěn)定，通過風(fēng)機(jī)盤管，制冷和制熱效果好。而傳統(tǒng)的分體空調(diào)，在冬季供暖效率衰減嚴(yán)重。
[0017]5、工程投資低。傳統(tǒng)的電加熱，配置大功率的變壓器以及高昂的電力增容費(fèi)，直接導(dǎo)致工程投資超高。對于鍋爐加熱系統(tǒng)，鍋爐和分體空調(diào)造價(jià)較高，同時(shí)壽命有限。本專利中，IkW的土壤源熱泵機(jī)組的不足投資僅2000元，而IkW制熱能力的燃?xì)忮仩t投資約1500元，對于夏季制冷，還需要增加電空調(diào)的投資，平均IkW的電空調(diào)的投資約1000元，傳統(tǒng)采暖與空調(diào)制冷投資約2500元/kW。顯然土壤源熱泵工程投資價(jià)格更加有優(yōu)勢。另外，土壤源熱泵系統(tǒng)地下部分壽命50年，地上部分約30年，即使熱泵機(jī)組也能達(dá)15年，傳統(tǒng)的場站中無論鍋爐還是電加熱器很難達(dá)到該要求。
[0018]6、安全可靠，相對傳統(tǒng)系統(tǒng)中的燃?xì)忮仩t加熱系統(tǒng)，本專利技術(shù)中的設(shè)備所需能源為電力，無需燃?xì)夂瓦x用防爆設(shè)備，不存在燃?xì)庑孤淼谋ǖ葐栴}爆的問題，本系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。
[0019]7、系統(tǒng)可靠性，將土壤源系統(tǒng)內(nèi)熱泵機(jī)組分組設(shè)置，冬季分別用于天然氣加熱、供暖，夏季均用于制冷，不僅設(shè)備利用效率提到，而且還提高了天然氣場站冬季天然氣加熱、夏季供冷的可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面實(shí)施例是對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。
[0022]土壤源熱泵是指以地下土壤為低溫?zé)嵩?，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、熱泵機(jī)房輔助設(shè)備組成的冷熱源系統(tǒng)。土壤源熱泵消耗IkW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量。通過輸入少量的高位能源，將低溫位能向高溫位能轉(zhuǎn)移，以實(shí)現(xiàn)既可供熱又可供冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。土壤源熱泵夏季向地下土壤放熱、冬季從地下土壤吸收熱量。對于一些夏季制冷比冬季采暖時(shí)間較長的地區(qū)，夏季向地下放熱可能大于冬季從地下取熱，會(huì)造成地下土壤的熱不平衡，通過夏季的熱泵機(jī)組內(nèi)冷凝熱回收可以改善土壤的熱平衡性。目前，土壤源熱泵技術(shù)作為一種先進(jìn)的、高效的節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用在各類民用建筑、公共建筑中，而在燃?xì)庑袠I(yè)的天然氣場站中尚未使用。
[0023]天然氣場站內(nèi)冷熱負(fù)荷需求有多種形式:包括天然氣的加熱、建筑供暖和供冷以及生活熱水供應(yīng)，通過歸類分析可以發(fā)現(xiàn)，只有冷負(fù)荷與熱負(fù)荷兩種需求。針對天然氣場站中傳統(tǒng)供能技術(shù)解決場站多種冷熱負(fù)荷需求，運(yùn)行成本高、效率低、設(shè)備利用率低，同時(shí)還需要解決防爆等問題，本實(shí)施例提出了一種新的能源高效利用技術(shù)，即在利用先進(jìn)的土壤源熱泵技術(shù)同時(shí)解決天然氣場站內(nèi)的天然氣加熱、建筑冬季供暖和夏季供冷以及生活熱水供應(yīng)需求。在冬季供暖時(shí)土壤源熱泵以土壤為吸熱源，冷媒在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取地下土壤的熱量，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，然后進(jìn)入冷凝器加熱系統(tǒng)循環(huán)水，制取50°C的熱水送入空調(diào)房間達(dá)到制熱的目的。在夏季制冷時(shí)土壤源熱泵以土壤為排熱源，冷媒在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸取空調(diào)房間的熱量，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，然后進(jìn)入冷凝器，把熱量釋放到地下土壤中。該技術(shù)可通過能源的綜合高效利用，利用一套土壤源熱泵系統(tǒng)解決天然氣場站內(nèi)各種冷熱負(fù)荷需求，并降低運(yùn)行成本。
[0024]該系統(tǒng)包括通過循環(huán)冷熱水管連接的土壤源熱泵機(jī)組、地埋管、地埋管側(cè)循環(huán)水泵、用戶側(cè)循環(huán)水泵、天然氣換熱器、風(fēng)機(jī)盤管、地埋管分水器、地埋管集水器、用戶側(cè)分水器、用戶側(cè)集水器；在地埋管的出水端和土壤源熱泵機(jī)組地埋管側(cè)的入水端之間安裝有地埋管側(cè)循環(huán)水泵及地埋管集水器，在土壤源熱泵機(jī)組地埋管側(cè)的出水端和地埋管的入水端之間安裝地埋管分水器，在土壤源熱泵機(jī)組用戶側(cè)的出水端與天然氣換熱器或風(fēng)機(jī)盤管的入水