新型热泵系统与电网交互.pdf

1、新型热泵系统及电网交互 中国建筑科学研究院 热泵与蓄能研究中心 李骥 2023 年 05 月 Contents 01 热泵技术发展背景 02 03 研究团队工作成果 04 电网互动响应特性 新型热泵系统形式 05 结论 热泵技术发展背景 1、热泵技术发展背景 1.1 建筑供暖现状 建筑运行能耗中空调、供热和热水能耗所占比例最大，北方城镇建筑供热每年消耗近2亿吨标煤，占我国建筑运行能耗21%，与近年雾霾频发密切相关。因此，清洁供暖是中央关心、社会关注、人民关切的国家重大民生需求。2016年全国338个地级以上城市空气质量达标比例仅24.9%近年雾霾频发 热电联产集中供热：高效清洁，但长距离管网敷

2、设成本高 分散式燃煤锅炉、燃气锅炉：分散式燃煤效率低，污染严重；燃气对外依存度高，不建议作为主要供热 太阳能、风能等清洁能源供热：受资源条件限制，工程探索较少 电能：电热直接供热效率低 可考虑使用热泵技术 1、热泵技术发展背景 1.1 建筑供暖现状 长期以来，化石能源是城市供热主要能源，但大气污染、高品位能源使用不合理等问题正在打破这一传统供热模式。热电联产虽然实现了热能的梯级利用，但是从地域上不能全面覆盖用能区；电加热锅炉技术，电能品位远高于城市供热的热能，不能降低温室气体排放、成本远高于化石能源供热等问题制约其可持续发展。因此，开发因地制宜的清洁能源与电能联合使用，符合我国资源禀赋特征，是

3、供热、制冷领域再电气化的必由之路，热泵技术的利用符合再电气化的发展方向。1、热泵技术发展背景 1.2 再电气化发展进程 热泵是将热能从低温提升到高温的高效低碳供能方式；热泵是电力高效转为热量的最佳方式，契合终端用能电气化发展需求；热泵是建筑领域实现碳中和的重要途径，也是有效降低建筑能耗、促进终端用能清洁化、提高建筑可再生能源利用率的重要方式。水泵：从低处提升到高处 热泵供暖消耗1份电能可产生35份以上热能 低水位 高水位 1份电能可产生35份以上热能 冷凝器 膨胀阀 蒸发器 压缩机 产生35份高温热源 从低温热源处吸收24份热量 热泵：从低温提升到高温 输入1份电 低温 高温 1、热泵技术发展

4、背景 1.3 热泵技术 1、热泵技术发展背景 1.4 热泵技术现有问题 1份电 4份地热能 5份热 2份空气能 1份电 3份热 空气源低温环境适应性差 浅层地源能量采集密度低 空气源热泵在低环境温度下系统效率低、运行稳定性差、启动困难 浅层地埋管热泵换热系统换热强度低、占地面积大，地下水源热泵系统难以实现100%同层回灌。空气源热泵系统示意图 浅层地埋管热泵系统示意图 1、热泵技术发展背景 1.5 新型热泵系统 同轴套管中深层地埋管热泵系统 中深层定向井地源热泵系统 U型管中深层地埋管热泵系统 不同建筑类型 医院 住宅 酒店 办公 交通 文娱 学校 商场 供暖 重力热管中深层地埋管热泵系统 中

5、深层双温地源热泵系统 浅+中结合地埋管热泵系统 新型热泵系统形式 2、新型热泵系统形式 中深层同轴套管地埋管供热系统示意图 针对常规热泵系统在低环境温度下无法稳定，高效、高能量密度供热的技术瓶颈，提出中深层地热热泵技术；地表下20003000m处岩土体温度为6090，品位高、分布广，是热泵系统理想的低位热源。中深层地热热泵系统通过向地下岩土体钻孔提取热量，经热泵提升温度后送至热用户。地埋管换热器的埋管形式通常采用同轴套管式。中深层同轴套管地埋管供热系统原理图 2.1 同轴套管中深层地埋管热泵系统 2、新型热泵系统形式 2.2 中深层定向井地源热泵系统 定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进

6、的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺。定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”，按既定的方向偏离井口垂线一定距离，钻达目标的井。受场地条件约束，采用中深层地热井采用定向井技术，可有效减少垂直井与井之间的影响，提高井下温度与热恢复性。2、新型热泵系统形式 2.3 U型管中深层地埋管热泵系统 除同轴套管，地热换热器的埋管形式同样采用U型式。该换热器示意图如图所示：流体经过下降管进入地下换热，经过水平管和上升管后，进入地上热泵系统，热泵取热后再次进入到地下换热。中深层U型埋管换热器与中深层同轴