[0001] 本发明属于供热管网供热技术领域，具体涉及一种供热管网与光伏耦合利用的装置及其使用方法。

[0002] 随着新能源产业的快速发展，一些供热企业配套建设了大量屋顶分布式光伏发电，由于光伏受到自然资源限制，尤其是日照强度和时长，在用电低谷时段，如夜晚或阴雨天，光伏发电量会大幅下降甚至为零，此时产生的电能若无法及时上网销售，便会造成能源的浪费。为了缓解这一问题，一些企业考虑建设储能电池系统，以便在光照充足时储存电能，待需求高峰或光照不足时再释放。而配套建设储能电池投资成本较高，企业短期内无法收回投资，性价比较低。储能电池的高昂投资成本以及较长的投资回报周期，使得这一方案对于多数供热企业来说并不经济可行。

[0003] 与此同时，供热企业在冬季面临着巨大的供热压力。供热企业在冬季供热期间需要提高热网水温度，以保障居民家中供热温度，然而，热网换热器在长期运行过程中容易结垢或发生故障，这不仅会降低热量的传输效率，还会增加能耗和运营成本。特别是热网换热器发生结垢或故障时，热量从火电机组传输过程中会发生损失。因此，如何高效、稳定地提高供热温度，成为了供热企业亟待解决的问题。

[0004] 在此背景下，通过供热管网与光伏耦合利用的方式，充分利用无法上网的光伏电，高效地转化为热能，并将热量传输给供热管网，提高供热温度是一举多得的工作，不仅可以减少能源的浪费，还能提高供热效率，降低运营成本。但是这其中还面临诸多难题，首先是热量传输的方式，虽然电加热是最简单有效的方式，但是供热管网内的水存在一定的碱度和硬度，在热量传输过程中在传热面可能存在结垢现象影响传热效果。为了解决这个问题，需要研发更加高效、耐用的传热材料和传热方式，以减少结垢现象的发生。其次在供热季，外界环境温度较低，设备的防冻保温问题也是影响系统稳定运行的关键因素之一。如果设备缺乏有效的防冻保温措施，很容易发生冻裂或性能下降等问题。因此，需要加强对设备的防冻保温设计，确保其在低温环境下仍能稳定运行。基于这些问题，目前市场上尚无成熟的光伏与供热管网耦合的综合能源利用系统。

[0026] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

[0027] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0028] 实施例1如图1所示，本发明提供一种供热管网与光伏耦合利用的装置，包括储能控制器6、线缆5、换热液箱18和换热液12；所述储能控制器6与光伏板1、2、11电连接，储存光伏板产生的电能；所述储能控制器6通过线缆5输电加热置于地下的换热液箱18；所述线缆5与换热液箱18中设置的电加热盘管组件9电连接；换热液箱18中的换热液12用于接入供热管网提供热量。

[0029] 其中储能控制器6作为电能管理与分配的核心，确保电能的稳定供应与高效利用。线缆5作为电能传输的媒介，将储能控制器中的电能传输至置于地下的换热液箱中的电加热盘管组件9。线缆的选用需考虑其耐高温、耐腐蚀及安全性能。

[0030] 其中换热液箱18由碳钢制成，为长方体结构，埋设于地下3米以下，可以利用土壤覆盖保温，减少了冬季换热时的能量浪费。换热液12采用除盐水。除盐水是指利用各种水处理工艺，除去悬浮物、胶体和无机的阳离子、阴离子等水中杂质后所得到的成品水；水的导电能力可用电导率仪测定，可以用水的电导率衡量水的纯度。因此，换热液箱18中设置一个状态监测管21，可与电导率表或含水率表连接用于测量换热液12的状态，判断是否需要更换换热液12。状态监测管21也可用于监测换热液12的颜色、透明度，为装置的维护与管理提供重要参考。

[0031] 换热液箱18还包括盘卷往复的电加热盘管组件9，用于进一步增加换热面积，提高换热效率。如图2所示，不锈钢换热管10与电加热盘管组件9错开相对布置，避免相互干扰，也充分利用换热液箱18内的储热空间，提高换热的均匀性和稳定性。不锈钢换热管10一端连换热管入口管道17，另一端连换热管出口管道22，用作接入供热管网提供热量。

[0032] 换热液箱18还包括底部设置搅拌装置14，用于促进换热液12的循环和混合，提高热交换效率。搅拌装置14可与储能控制器6电连接，由储能控制器6控制其启停及转速。当储能控制器6持续为电加热盘管组件9供电，可开启搅拌装置14，并根据需要提高转速；当储能控制器6停止为电加热盘管组件9供电，可逐步降低转速直至关闭搅拌装置14。

[0033] 换热液箱18中设置若干个温度监测器，其中第一温度监测器15置于电加热盘管组件9一侧，第二温度监测器16置于不锈钢换热管10一侧。温度监测器15和16用于实时监测装置的温度，确保运行的安全；电加热盘管组件9和不锈钢换热管10两侧的温差，可以用于指导控制搅拌器14的转速，提高换热效率。本发明还可加装控制装置，根据监测到的电加热盘管组件9和不锈钢换热管10两侧的温差数据，结合实时天气、供热需求及储能状态，自动控制储能控制器6的输出与搅拌装置14的开闭和转速，同时调节不锈钢换热管10内的换热介质流速，实现精准的热能供应与调控，以提高能源利用效率。

[0034] 实施例2如图1‑2所示，本发明提供一种供热管网与光伏耦合利用的装置，包括储能控制器
6、线缆5、换热液箱18和换热液12；所述储能控制器6与光伏板1、2、11由光伏线缆13电连接，储存光伏板产生的电能；所述储能控制器6通过线缆5输电加热置于地下的换热液箱18；所述线缆5与换热液箱18中设置的电加热盘管组件9电连接；换热液箱18中的换热液12用于接入供热管网提供热量。电加热盘管组件9与不锈钢换热管10采用先进的焊接与密封技术，确保无泄漏与长期稳定运行。

[0035] 其中换热液12采用二甲基硅油。二甲基硅油具有非常优异的化学稳定性、高温稳定性、低毒性、低腐蚀性、不挥发和不易氧化等特性，因此选作一种导热介质。换热液12还可以采用新型高效换热液，如纳米流体或相变材料，以提高换热效率与热能传递速度。

[0036] 换热液箱18还包括盘卷往复的电加热盘管组件9，用于进一步增加换热面积，提高换热效率。如图2所示，不锈钢换热管10与电加热盘管组件9错开相对布置，避免相互干扰，也充分利用换热液箱18内的储热空间，提高换热的均匀性和稳定性。换热液箱18还可优化内部设计，采用多级换热结构，增加换热面积，降低热损失。如图3所示，每个不锈钢换热管10设置有方向和换热液箱流动方向相应的翅片23，翅片能够增大换热面积；流动方向为上下流动，翅片的方向与换热液箱内的流动方向相应，这有助于增加流速和增强热交换效率。
不锈钢换热管10的布置可由中间向边缘增大密集度，中间疏松边缘密集，便于热量的均匀分布和有效传递，避免过于集中产生积热所带来的换热效率的降低。不锈钢换热管10一端连换热管入口管道17，另一端连换热管出口管道22，用作接入供热管网提供热量。

[0037] 换热液箱18还包括底部设置搅拌装置14，用于促进换热液12的循环和混合，提高热交换效率。

[0038] 换热液箱18中设置若干个压力监测器，其中第一压力监测器19置于电加热盘管组件9一侧，第二压力监测器20置于不锈钢换热管10一侧。压力监测器19和20用于实时监测装置的压力，确保运行的安全；电加热盘管组件9和不锈钢换热管10两侧的压力差，可以用于指导控制搅拌器14的转速，提高换热效率。

[0039] 实施例3本发明提供一种供热管网与光伏耦合利用的装置的使用方法，包括：
光伏板将光能转化为电能，通过储能控制器6汇集后，根据需求供给电加热盘管组件9，电加热盘管组件9将换热液12加热至预定温度，将热量输出给供热管网。

[0040] 当需要注入换热液12时，打开换热液注入管道阀4，通过换热液注入管道8注入换热液箱18；需要排出换热液12时，打开换热液注入管道阀4，通过换热液注入管道8注入干燥氮气，并开启换热液置换管道阀3，依靠气体压力，通过换热液置换管道7将换热液12挤压排出换热液箱18。在夏季等供热管网不需要换热时，可以利用干燥氮气从换热液注入管道8注入换热液箱18，将换热液箱18内的换热液12排出装置，在停用期通过充满氮气的方式进行装置防腐。换热液12排出后，充入的氮气为换热液箱18提供物理支撑，以避免覆土压坏。

[0041] 当使用除盐水作为换热液12时，可通过状态监测管21监测除盐水的电导率。对于除盐水而言，其电导率通常很低，因为水中的离子含量很少。然而，当换热液中溶解的盐分或其他导电物质增加时，电导率会随之上升，这通常意味着换热液中开始积累了沉积物、腐蚀产物或其他杂质。当电导率超过10μS/cm时，需要置换换热液12，可采用下述换液方法，以防止沉积物与腐蚀物积累。

[0042] 首先，确保有足量的新鲜、合格的除盐水作为新的换热液。然后，在置换前，需要先将装置停机，并切断相关的电源和流体供应。接着，打开装置的热液置换管道阀3，将旧的换热液排放到指定的收集容器中。然后，使用适当的清洗剂和工具对换热液箱18进行清洗，以去除残留的沉积物和腐蚀物。接着，将准备好的新除盐水从换热液注入管道阀4注入到换热液箱18中，直到达到规定的液位。最后，在确认换热液箱18已经彻底清洗并注入了新液后，重新启动装置，并进行必要的调试和检查，以确保其正常运行。在置换完成后，继续通过状态监测管21对换热液的电导率进行监测，以确保其保持在规定的范围内。

[0043] 通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

[0044] 以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。