一种基于土壤源热泵系统的天然气场站能源利用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能源利用方法，具体涉及一种基于土壤源热泵系统的天然气场站能源利用方法。
【背景技术】
[0002]目前，在天然气场站中，传统天然气加热、建筑的采暖与空调制冷以及生活热水供应的能源系统都是相互独立的，并且能源效率较低，具体如下:
[0003]在天然气场站中，通常设有天然气的调压功能，即通过调压器将高压天然气降压至中压或低压后供给下游用户。根据焦耳-汤姆逊效应，伴随着天然气的降压，天然气的温度也随之降低，有时降压后的天然气温度将达到0°以下。对于来气温度为O?5°C的天然气，由4MPa降至0.4MPa，天然气温度降低约20°C，如果不对调压前的天然气加热，调压后天然气温度过低，有可能在管道内生成天然气水合物(一种固态白色粉末)，造成管道阻塞，影响到管道的正常输气。另外，天然气管道温度过低，也会造成钢质管道的安全运行。如用作天然气管道的20#钢管，不能在低于_20°C的环境下运行。
[0004]为此，通常要在天然气调压前，对天然气进行升温加热，确保调压后的天然气温度不低于0°C。常用的天然气加热方法有两种:(1)利用电加热器对天然气进行加热；(2)利用燃气锅炉加热热水，然后利用管壳式换热器对天然气加热。利用电加热方法系统简单，但运行成本较高。同时，电加热时热功率较大，需要安装较大功率的变压器以及支付一笔不小的电力增容费。虽然相对电加热方法，利用燃气锅炉来加热天然气，运行成本有所降低。但锅炉系统的缺点也十分明显:锅炉热效率较低，同时需要配置燃气供应系统，还要设专用的燃气锅炉房，为防止燃气泄漏带来的安全问题，燃气锅炉房的电气设备都选用防爆产品。另外，锅炉属于压力容器，每年还要对锅炉进行年检，无论运行管理还是系统设计都十分复杂。对于城镇燃气场站，天然气加热大多发生在冬季，在其它季节，基本不需要加热。这样无论电加热还是利用燃气锅炉加热。只能在一年部分季节运行，其它时间停运，设备利用效率不尚。
[0005]对于夏热冬冷地区的天然气场站，站内建筑通常配置分体式空调进行夏季制冷和冬季采暖。在北方地区(如北京地区)，冬季即使空调全负荷运行，由于室外气温较低，利用分体空调采暖的效果并不好。生活热水还需要配置电锅炉或燃气锅炉解决。也有燃气企业直接利用燃气锅炉解决场站内的采暖和生活热水需求。上述已提到，除燃气锅炉房的防爆以及系统复杂性外，锅炉的排烟也带来了环境污染问题。
[0006]天然气场站的传统供能系统效率低下、系统复杂，已是不争的事实，迫切需要采用新的供能技术解决这些问题。
【发明内容】
[0007]鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是:提供一种满足天然气场站在不同季节的各种冷热负荷需求的能源利用方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于土壤源热泵的天然气场站能源利用方法，具体技术方案如下:
[0009]利用一套土壤源热泵系统解决天然气场站内冬季和夏季各种冷热负荷需求；在冬季时土壤源热泵以土壤为吸热源，从土壤中吸收热量满足天然气场站的热需求；在夏季时土壤源热泵以土壤为排热源，将天然气场站多余的热量释放到土壤中。优选地，土壤源热泵系统包括至少两台土壤源热泵机组，根据热负荷的不同用途，将土壤源热泵机组分为两组。土壤源热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀，其中至少一台土壤源热泵机组还包括热回收器。
[0010]在夏季冷负荷与冬季热负荷相差不大地区的夏季，其中一组土壤源热泵机组用于向建筑供冷，另一组土壤源热泵机组作为备用。在夏季冷负荷与冬季热负荷相差较大地区的夏季，两组土壤源热泵机组同时工作用于向建筑供冷。经热回收器回收的热量用于生活热水供应。在夏季制冷时，土壤源热泵的冷媒在蒸发器中蒸发吸取建筑内的热量，再经压缩机压缩成高温高压的气体，然后进入冷凝器冷凝，把热量释放到地下土壤中。夏季冷负荷与冬季热负荷相差较大，是指夏季冷负荷是冬季热负荷的两倍以上，这些地区夏季炎热而冬季寒冷。不足两倍的，说明夏季和冬季的温差相对较小。
[0011]在冬季，其中一组土壤源热泵机组用于天然气加热，另一组土壤源热泵机组用于向建筑供暖和生活热水供应。当用于天然气加热的土壤源热泵机组出现故障时，用于建筑采暖和生活热水供应的土壤源热泵机组停止向建筑供暖和生活热水供应，切换为用于天然气加热。在冬季供暖时，土壤源热泵的冷媒在蒸发器中蒸发吸取地下土壤的热量，经压缩机压缩成高温高压的气体，然后进入冷凝器冷凝，加热系统循环水，制取热水送入建筑内达到供暖目的。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]1、节能效果明显，能源利用率高。土壤源热泵通过电驱动，吸收或者释放地下热量。在无论制冷还是供热时，其热效率将达到4.0以上，即利用IkW的电将制冷或供热4.0kW。以供应10kW的热计算，如用电加热器，需要电功率100kW，如用燃气锅炉供热，需要热负荷约I 1kW (热效率按90%计)，而本专利中的热泵系统运行时，只需要25kW。很明显，土壤源热泵的节能率达到77 %，节能效果明显。
[0014]2、环保效果好。土壤源热泵只使用部分电力用力就解决场站内的冷热负荷，无排放的废气和废水，对周围大气影响小，环保效果好。而锅炉系统燃烧后有烟气排放，污染大气。
[0015]3、设备利用效率高。相对传统的天然气场站供能形式，燃气锅炉或者电加热器只在冬季运行，夏季停止运行。土壤源热泵无论冬季还是夏季都能运行，设备利用率大幅提尚O
[0016]4、制冷和供热效果好，土壤源热泵系统无论制冷还是供暖，系统稳定，通过风机盘管，制冷和制热效果好。而传统的分体空调，在冬季供暖效率衰减严重。
[0017]5、工程投资低。传统的电加热，配置大功率的变压器以及高昂的电力增容费，直接导致工程投资超高。对于锅炉加热系统，锅炉和分体空调造价较高，同时寿命有限。本专利中，IkW的土壤源热泵机组的不足投资仅2000元，而IkW制热能力的燃气锅炉投资约1500元，对于夏季制冷，还需要增加电空调的投资，平均IkW的电空调的投资约1000元，传统采暖与空调制冷投资约2500元/kW。显然土壤源热泵工程投资价格更加有优势。另外，土壤源热泵系统地下部分寿命50年，地上部分约30年，即使热泵机组也能达15年，传统的场站中无论锅炉还是电加热器很难达到该要求。
[0018]6、安全可靠，相对传统系统中的燃气锅炉加热系统，本专利技术中的设备所需能源为电力，无需燃气和选用防爆设备，不存在燃气泄漏带来的爆炸等问题爆的问题，本系统运行安全可靠。
[0019]7、系统可靠性，将土壤源系统内热泵机组分组设置，冬季分别用于天然气加热、供暖，夏季均用于制冷，不仅设备利用效率提到，而且还提高了天然气场站冬季天然气加热、夏季供冷的可靠性。
【附图说明】
[0020]图1是本发明一个较佳实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面实施例是对本发明作进一步地详细说明，实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0022]土壤源热泵是指以地下土壤为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、热泵机房辅助设备组成的冷热源系统。土壤源热泵消耗IkW的能量，用户可以得到4kW以上的热量。通过输入少量的高位能源，将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可供冷的高效节能空调系统。土壤源热泵夏季向地下土壤放热、冬季从地下土壤吸收热量。对于一些夏季制冷比冬季采暖时间较长的地区，夏季向地下放热可能大于冬季从地下取热，会造成地下土壤的热不平衡，通过夏季的热泵机组内冷凝热回收可以改善土壤的热平衡性。目前，土壤源热泵技术作为一种先进的、高效的节能技术广泛应用在各类民用建筑、公共建筑中，而在燃气行业的天然气场站中尚未使用。
[0023]天然气场站内冷热负荷需求有多种形式:包括天然气的加热、建筑供暖和供冷以及生活热水供应，通过归类分析可以发现，只有冷负荷与热负荷两种需求。针对天然气场站中传统供能技术解决场站多种冷热负荷需求，运行成本高、效率低、设备利用率低，同时还需要解决防爆等问题，本实施例提出了一种新的能源高效利用技术，即在利用先进的土壤源热泵技术同时解决天然气场站内的天然气加热、建筑冬季供暖和夏季供冷以及生活热水供应需求。在冬季供暖时土壤源热泵以土壤为吸热源，冷媒在蒸发器中蒸发吸取地下土壤的热量，经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器加热系统循环水，制取50°C的热水送入空调房间达到制热的目的。在夏季制冷时土壤源热泵以土壤为排热源，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空调房间的热量，再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器，把热量释放到地下土壤中。该技术可通过能源的综合高效利用，利用一套土壤源热泵系统解决天然气场站内各种冷热负荷需求，并降低运行成本。
[0024]该系统包括通过循环冷热水管连接的土壤源热泵机组、地埋管、地埋管侧循环水泵、用户侧循环水泵、天然气换热器、风机盘管、地埋管分水器、地埋管集水器、用户侧分水器、用户侧集水器；在地埋管的出水端和土壤源热泵机组地埋管侧的入水端之间安装有地埋管侧循环水泵及地埋管集水器，在土壤源热泵机组地埋管侧的出水端和地埋管的入水端之间安装地埋管分水器，在土壤源热泵机组用户侧的出水端与天然气换热器或风机盘管的入水