CN104791099A - 高寒地区清洁能源综合利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高寒地区清洁能源综合利用***,主要由太阳能光伏发电与光热热水一体化装置1、多相流沼气池2、燃气轮机3、余热锅炉4、电网5、供热站6和末端用户7组成。本发明高寒地区清洁能源综合利用***，通过利用当地太阳能、生物质能资源，产生一定电能、热能和沼气，依据实时资源条件和末端用户需求变化，调节***内各个装置启停以及传热介质流动速度，从而控制电能、热能和沼气产生量，为所在地区稳定供电提供保障，同时为居民供暖和炊事用能提供解决方案。

Description

高寒地区清洁能源综合利用***
技术领域
本发明涉及能源综合利用技术，特别是高寒地区清洁能源综合利用***。
背景技术
高寒地区严重缺乏常规能源，燃油、煤炭等均需由内地运入，但由于地处高原，道路交通极为不便，运输成本过高，使得这些地区常规能源价格比较昂贵。在用电方面，由于基础设施建设相对落后，导致这些地区电网供电极不稳定，严重影响居民生产、生活。高寒地区属于采暖区，目前该地区的采暖方式主要是锅炉房供暖，能源价格较高，加之高原地区空气稀薄氧气含量少，常规能源燃烧不充分，给本来就很脆弱的生态环境带来很大的影响，使之成为一种亟待改进的高能耗、高成本、高污染采暖方式。
目前国家对节能减排工作以及高寒地区清洁能源的开放和利用给予高度的重视和大力的扶持，使得太阳能热水器和地源热泵产业不断发展，取得了很好的效果，但同时也暴露出一些问题：太阳能综合利用效率低，同时由于其天然的间歇性，严重影响居民夜间使用热水。地源热泵空调确实能带来一定程度上的节能，但是由于高寒地区单一采暖(夏季不需制冷)的特殊需求，导致地源侧取、放热不平衡，最终导致***效率急剧降低甚至不能使用，严重影响居民正常生活。目前建成的很多***，都是相关装置(如太阳能热水器与热泵式热水器)的简单叠加，并不能很好地对***内各项装置进行综合调配和利用，无法有效满足居民的各类使用需求。
中国专利CN101994569A公开了一种“生物质能与太阳能分布式能源综合利用***”，该***包括生物质气化装置、沼气发生装置、太阳能集热器、太阳能光伏发电装置和燃气—蒸汽联合循环发电装置等组成，该***能量转化利用率有所提高同时实现了冷热电三联产，但是该***的研发仅从工艺理论本身考虑，未从实际应用角度出发，使得***过于庞大、繁琐，并易导致***运行控制、维护困难，可靠性降低等。该专利对所述沼气发生装置进行了圆筒壁夹层加热、沼气回流搅拌等改进，但该装置仍存在搅拌、加热不均匀，换热装置易腐蚀、难维护等缺点，本质上仍属于(在高寒地区运行效率极低的)传统沼气池的范畴。同时，由于高寒地区无制冷需求，而该专利***又缺乏有效的热能调蓄装置，导致***中(尤其是夏季)产生的富余热能无法储存、利用而不得不白白浪费掉。
中国专利CN202157071U公开了“一种多相流沼气池”，该沼气池利用沼气池本体底部的流化床，将水通过通孔喷射入发酵间中，并与原料物质混合在一起。由于喷入发酵间中的水增多，从而使附着在沼气池本体侧壁上的原料物质被浸入水中，同时在水的喷射力的作用下使原料物质呈沸腾状。此时，原料的固态物质、沼液以及发酵后产生的气体等形成固体、液体和气体共存的多相混合流体。该专利利用流化床的传热、传质快、易于流动的特性，使发酵物质混合更充分、更均匀。若配以适当的保温、增温***，对于保证高寒地区沼气发酵正常进行具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术的以上的不足，本发明的目的是提供一种绿色、环保，能适应高寒地区特殊自然环境和资源条件的高效、稳定提供电能、热能和沼气的清洁能源综合利用***，在多相流沼气池的基础上综合组配多种能源装置，依据实时资源条件和末端用户需求变化，协同调节***内各个装置启停以及控制传热介质流动，并使之具有简单适用的优点。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：
高寒地区清洁能源综合利用***，主要由太阳能光伏发电与光热热水一体化装置1、多相流沼气池2、燃气轮机3、余热锅炉4、电网5、供热站6和末端用户7组成。
其中，收集太阳能并产生电能和热能的太阳能光伏发电与光热热水一体化装置1所产生电能一部分送入电网5，另一部分电能直接就近接入末端用户7和电网5一道为末端用户7供电；太阳能光伏发电与光热热水一体化装置1所产生热能一部分提供给多相流沼气池2，对其沼液进行加热保温，余下部分热能提供给供热站6；利用当地生物质为原料的发酵产生的沼气的多相流沼气池2将一部分沼气作为炊事燃料提供给末端用户7，余下部分作为燃气轮机3的燃料，驱动其发电；燃气轮机3的输出电能一部分送入电网5，余下部分电能直接就近接入末端用户7和电网5一道为末端用户7供电；燃气轮机3燃烧沼气后所产生高温烟气，一部分提供给多相流沼气池2通过换热对其沼液进行加热保温，余下部分提供给余热锅炉4，之后，热能以循环热水的形式由余热锅炉4送入供热站6，供热站6最终将热能送入末端用户7，对其供暖。
所述***内相关部分的换热方式部分或完全采用逆流换热。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：高寒地区清洁能源综合利用***，通过利用当地太阳能、生物质能资源，产生一定电能、热能和沼气，为该地区稳定供电提供保障，同时为居民供暖和炊事用能提供解决方案。
进一步地，本发明的高寒地区清洁能源综合利用***依据实时资源条件和末端用户需求变化，调节***内各个装置启停以及传热介质流动速度，从而控制电能、热能和沼气产生量。
使用者在应用本发明时，可根据实际需要，对***中同类型装置的具体台(套)数进行合理设置并联接，使其联合运行。本发明的这种***可设置蓄热装置，在最大限度产生电能、热能和沼气供用户使用的同时，将一时富余的热能储存起来，做到移峰填谷。另外，本发明的这种高寒地区清洁能源综合利用***还可与风能、浅层地热能及工业余热、废热***等联合运行，相互补充。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的高寒地区清洁能源综合利用***示意图；
图2是本发明的高寒地区清洁能源综合利用***的一种改进示意图；
图3是本发明的高寒地区清洁能源综合利用***的另一种改进示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
高寒地区清洁能源综合利用***，如图1所示，主要由太阳能光伏发电与光热热水一体化装置1、多相流沼气池2、燃气轮机3、余热锅炉4、电网5、供热站6和末端用户7组成。
在具体实施时，使用者可根据当地资源条件和用户需求，对***中同类型装置的具体台(套)数进行合理设置并联接。比如：***中既可以按照一体化方式，设置一定台数的太阳能光伏光热一体化装置；也可以按照非一体化方式，分别设置一定台数的太阳能光伏发电装置和不同(或相同)台数的太阳能光热热水装置。
本发明的工作原理是：太阳能光伏发电与光热热水(一体化)装置1收集太阳能并产生电能和热能；所产生电能一部分送入电网5，另一部分电能可直接就近接入末端用户7和电网5一道为末端用户7供电；所产生热能一部分提供给多相流沼气池2，对其沼液进行加热保温，另一部分热能提供给供热站6。多相流沼气池2利用当地生物质(如草、粪便、垃圾、秸秆等)为原料，发酵产生的沼气一部分作为炊事燃料提供给末端用户7，另一部分作为燃气轮机3的燃料，驱动其发电。燃气轮机3的输出电能一部分送入电网5，另一部分电能可直接就近接入末端用户7和电网5一道为末端用户7供电；燃气轮机3燃烧沼气后所产生高温烟气，一部分提供给多相流沼气池2，通过换热对其沼液进行加热保温，另一部分提供给余热锅炉4。之后，热能以循环热水的形式由余热锅炉4送入供热站6。供热站6最终将热能送入末端用户7，对其供暖。为了实现大温差换热，降低传热介质流速，减少输送传热介质的能源消耗，***内相关部分的换热方式部分或完全采用逆流换热。
上面描述了本发明的高寒地区清洁能源综合利用的最基本方法，但是并不构成对本发明的限制，例如，只要是能够保证或增强***效益的方式，都是可行的。为了有效保证并增强清洁能源的综合利用效果，本发明还进行了如下改进。
改进一：
为了尽可能有效地获得更多电能，***可设置其他适宜的发电装置。以有机朗肯循环低温余热发电装置为例，如图2所示。本实施方式中余热锅炉4所产生循环热水除一部分送入供热站6外，另一部分作为低温热源提供给有机朗肯循环低温余热发电装置8，驱动其发电。有机朗肯循环低温余热发电装置8的输出电能一部分送入电网5，另一部分电能可直接就近接入末端用户7和电网5一道为末端用户7供电；经有机朗肯循环低温余热发电装置8利用后的热水送入供热站6。其余工作过程与图1所示相同。
改进二：
当末端用户7无采暖需求(如夏季等)或采暖需求小于供热站6供热能力时，***可设置适宜的蓄热装置对热能进行储存。如图3所示，余热锅炉4所产生循环热水热能(或图2中经有机朗肯循环低温余热发电装置8利用后的热水)在送入供热站6之前，可根据末端用户有无采暖需求以及需求大小对热水热能部分或完全分配输送至蓄热装置9中进行储存；已送入供热站6且富余的热能也可直接输送至蓄热装置9中进行储存。当供热站6供热能力不能满足末端用户7需求时，蓄热装置9将热能输送至供热站6。其余工作过程与图1所示相同。

Claims (4)

1.高寒地区清洁能源综合利用***,其特征在于，主要由太阳能光伏发电与光热热水一体化装置(1)、多相流沼气池(2)、燃气轮机(3)、余热锅炉(4)、电网(5)、供热站(6)和末端用户(7)组成；
其中，收集太阳能并产生电能和热能的太阳能光伏发电与光热热水一体化装置(1)所产生电能一部分送入电网(5)，另一部分电能直接就近接入末端用户(7)和电网(5)一道为末端用户(7)供电；太阳能光伏发电与光热热水一体化装置(1)所产生热能一部分提供给多相流沼气池(2)，对其沼液进行加热保温，余下部分热能提供给供热站(6)；利用当地生物质为原料的发酵产生的沼气的多相流沼气池(2)将一部分沼气作为炊事燃料提供给末端用户(7)，余下部分作为燃气轮机(3)的燃料，驱动其发电；燃气轮机(3)的输出电能一部分送入电网(5)，余下部分电能直接就近接入末端用户和电网一道为末端用户供电；燃气轮机(3)燃烧沼气后所产生高温烟气，一部分提供给多相流沼气池(2)通过换热对其沼液进行加热保温，余下部分提供给余热锅炉(4)，之后，热能以循环热水的形式由余热锅炉送入供热站，供热站(6)最终将热能送入末端用户(7)，对其供暖。
2.根据权利要求1所述之高寒地区清洁能源综合利用***，其特征在于，所述***内相关部分的换热方式部分或完全采用逆流换热。
3.根据权利要求1所述之高寒地区清洁能源综合利用***，其特征在于，所述余热锅炉(4)所产生循环热水除一部分送入供热站(6)外，余下部分作为低温热源提供给有机朗肯循环低温余热发电装置(8)，驱动其发电；有机朗肯循环低温余热发电装置的输出电能一部分送入电网(5)，余下部分电能直接就近接入末端用户(7)和电网一道为末端用户供电；经有机朗肯循环低温余热发电装置(8)利用后的热水送入供热站(6)。
4.根据权利要求1或3所述之高寒地区清洁能源综合利用***，其特征在于，所述余热锅炉(4)所产生循环热水热能或经有机朗肯循环低温余热发电装置(8)利用后的热水在送入供热站(6)之前，可根据末端用户有无采暖需求以及需求大小对热水热能部分或完全分配输送至蓄热装置(9)中进行储存；已送入供热站且富余的热能也可直接输送至蓄热装置中进行储存，当供热站供热能力不能满足末端用户(7)需求时，蓄热装置(9)将热能输送至供热站(6)。
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