CN107990398A - 一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，包括热力网***、电力网***和物联网***；热力网***包括用于对居民区进行供热分区，核算供热分区的热指标，根据供热分区和热指标建立分布式供暖的供热采暖***；电力网***，用于根据供热采暖***的热负荷，进行清洁能源的调度，为热力网***提供热量来源；物联网***包括热负荷响应能力监测上报***和电网调度中心，电网调度中心通过对热负荷调度中心的电力调度，进而实现热负荷调度中心对热负荷控制子站、热负荷控制子站对可控储能热负荷的阶梯式调度。
Description
技术领域
本发明属于供热工程的技术领域，具体涉及一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***。
背景技术
传统的热力网多数采用集中供暖的方式，通过燃煤锅炉对化石燃料进行燃烧产热，再通过建立的城市供热管网，将热能传输至用户所在位置。
但是传统的燃煤锅炉供热采暖体系存在以下缺点：
(1)传统供热体系用煤炉供暖会产生雾霾，用电加热供能成本过高，没有蓄热功能负荷的可控性太差。
(2)集中式产能通常需要长距离运输能源，存在长距离管道传输时能源损耗的问题，并且使管网的扩张土建难度增大。
(3)现有的新能源发电技术，如风能、光伏发电由于不了解用户的实际需求，导致产生大量的弃风弃电，进而导致能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，以解决传统供热体系没有蓄热功能且负荷的可控性差的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
提供一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其包括热力网***、电力网***和物联网***；
热力网***包括用于对居民区进行供热分区，计算供热分区的热指标，根据供热分区和热指标建立分布式供暖的供热采暖***；
电力网***，用于根据供热采暖***的热负荷，对清洁能源进行调度，为所述热力网***提供热量来源；
物联网***包括热负荷响应能力监测上报***和电网调度中心；热负荷响应能力监测上报***根据供热采暖***的运行参数和预测数据对供热采暖***进行日负荷变化率的分析和预测；电网调度中心采集的区域电网数据、清洁能源发电运行数据以及根据所述供热采暖***的运行参数、日负荷变化率的分析和预测信息进行供热采暖***热负荷阶梯式的电力调度，并控制供热采暖***的运行状态和出水参数。
优选地，供热采暖***包括根据所述供热分区建设的若干供热站；供热站分别与自来水和小区各热用户管道连通；自来水通过软水器、软化水箱和补水泵为供热站提供用水；小区各热用户通过回水管、除污器和热水循环泵为供热站提供循环热水。
优选地，供热站采用固体蓄热式锅炉进行分布式供暖；固体蓄热式锅炉分别与换热器、鼓风机和控制柜连接；换热器分别通过热力管网和回水管与小区各热用户连通。
优选地，固体蓄热式锅炉内置有氧化镁耐火材料组成的固体蓄热体。
优选地，供热站的供热介质为热水。
优选地，热指标包括通过面积热指标估算法得到的供热分区供热最大热指标和根据供热分区室外室内环境参数计算得到的平均及最小热指标。
优选地，清洁能源包括风电、光伏电、电网低谷电和电网需求侧相应调度用电。
优选地，物联网***采用LoRa/Nb-IoT技术构建热负荷响应能力监测上报***和电网调度中心。
优选地，供热采暖***根据供热分区的季节、气象和公休信息预测所述供热分区的热负荷数据。
优选地，电网调度中心对供热采暖***热负荷阶梯式的电力调度的方法为：电网调度中心对供热采暖***热负荷进行电力调度，供热采暖***对供热站进行电力调度和供热站将多余的热量存储于固体蓄热式锅炉中的固体蓄热体中。
本发明提供的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，具有以下
有益效果：
本发明以热力网***为骨架，融入电力网***和物联网***，其中热力网***因地制宜的对居民区进行供热分区，建立缩短运输距离、分布式供暖的供热采暖***，供热采暖***中设有的固体蓄热式锅炉具有蓄热功能，能够将电力网提供的多余清洁能源存储在固体蓄热式锅炉，避免能源浪费；物联网***采用LoRa/Nb-IoT技术采集热力网***的运行参数，并将该参数和预测数据传送到电网调度中心，对热力网***进行阶梯式的电力调度。本发明使用清洁能源作为能源供应，对环境无污染，并通过电力网***、热力网***和物联网***三者的融合，实现对热力网***负荷阶梯式的电力调度，智能化的控制供热采暖***的运行状态和出水参数。
附图说明
图1为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的原理框图。
图2为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的固体蓄热式锅炉智能调度流程图。
图3为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的热力网建模流程图。
图4为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的分布式供热***图。
图5为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的补水***流程图。
图6为基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***的热力网电力网和物联网三网融合示意图。
其中，1、固体蓄热式锅炉；2、换热器；3、小区各热用户；4、热力管网；5、循环水泵；6、鼓风机；7、控制柜；8、补水箱；9、补水泵；10、回水管。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，如图1所示，本方案的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，包括热力网***、电力网***和物联网***。
根据本申请的一个实施例，热力网***改变传统式的集中供热方式，根据居民区的分布状况，对居民区进行供热分区，并在每个供热分区内建设一个接近居民区的供热站，缩短供暖的运输距离，实现热力网***分布式供暖，供热站选用清洁能源作为热源，并将多余的热量通过热介质存储，节约能源。
热力网***包括若干的供热站，供热站的建设如下：
步骤S102a：供热站分布式产能设备的选择，供热站分布式产能设备可以选用固体蓄热式锅炉1，参考图4，固体蓄热式锅炉1分别与换热器2、鼓风机6和控制柜7连接，控制柜7与热负荷控制子站连接，热负荷控制子站通过对控制柜7的控制，实现对固体蓄热式锅炉1运行参数和电力的调度。其中，换热器2分别通过热力管网4和回水管10与小区各热用户3连通，热力管网4用于为居民供暖，回水管10将供暖后带有一定余热的回水运输到补水箱8中，进而为供热站补水。其中，回水管10并联有多条管路，并联的回水管10上设有循环水泵5，补水箱8与补水泵9连通。
固体蓄热式锅炉1中的蓄热体选择氧化镁(MgO)耐火材料组成的固体蓄热体，其具有耐高温、蓄热与传热性能平稳、导热系数好和机械强度高的特性，同时还具有体积小、热容量大、蓄热能力强、性能稳定、热量释放稳定的有点，能够承受1000℃的高温，能够实现20年免维修，在反复加热过程中也不会产生粉化，其具体参数如下表：
| 名称 | 参数 |
| 蓄热时长(小时) | 10 |
| 热效率(％) | ≥95 |
| 出水温度(℃) | 10-95可调 |
| 回水温度(℃) | 10-70可调 |
| 蓄热介质 | 固体(MgO) |
| 设备使用寿命 | 20年以上 |
本实施例的固体蓄热式锅炉1，能够实现变集中供暖到分布式供暖，极大程度的减少能源损耗，且能够将多余的热量存储在氧化镁固体蓄热体中，进一步节约资源。当然，固体蓄热式锅炉1并非为本发明不可替换的技术特征，任何能够代替其分布式供热功能的设备或技术特征，均可以替换固体蓄热式锅炉1，实现相同的功能。
步骤S102b：对现有热力网进行供热分区；
根据地形地貌、居民区、县城道路现状、规划热负荷的性质和现有热力网的建设情况进行供热分区和供热站的建设。其具体方式为根据供热分区的实际地形，对居民区进行供热分区，其分区的依据可以根据居民区的面积进行划分，也可以以小区、单位或机关作为分区依据。并在每一个供热分区内建设一个或多个供热站，变集中供暖到分布式供暖，改变热力运输的距离，将传统的的长距离运输变为超短距离甚至零距离的热力运输，有效地解决了长距离管道传输时能源损耗的问题，并且降低管网扩张土建的难度。
步骤S102c：确定供热站耗能参数，核算电力需求；
核算供热站的最大热指标和平均及最小热指标，采用采暖负荷的“面积热指标算法”该算法根据热负荷与供暖建筑面积的乘积得到最大热指标。平均及最小热指标等于最大热指标与平均负荷系数的乘积，平均负荷系数为ф，
ф＝tn-tp/tn-tw
其中，ф为平均负荷系数，tn为供暖室内计算温度，tw为供暖室外计算温度，tp为冬季供暖期平均温度。
根据供热站的热负荷(主要为固体蓄热式锅炉1)、供热站的最大热指标、平均及最小热指标和热负荷的逐年增长量进行电力需求的计算，热负荷的逐年增长量是根据供热分区内用户增长量进行预测和估算得到的。电力网***根据计算得到的电力需求匹配供热站的负荷需求。步骤S102d：供热介质的选择和循环水处理；
选择具有热能效率高、调节方便、蓄热能力强、热稳定性好和输送距离长等优点的热水作为供热站的供热介质。
参考图5，在供热站内建设用于一次管网补水和定压的补水***，用于缓解因意外事故使循环水泵循环水泵5突然停止而产生的水击对锅炉及其设备造成的冲击，补水***通过自来水和小区各热用户3为供热站进行补水。自来水经过软水器软化后储存在软化水箱，补水泵9泵取软化水箱中的软化水，为供热站补水。供热站为小区各热用户3提供热水供暖，热水通过回水管10进入除污器，过滤净化水中的杂质，并将回水通过热水循环泵泵入供热站内。
本实施例中选用软化的自来水作为供热介质，除此，也可以选择其它的介质作为热能的传递介质，如蒸汽。
根据本申请的一个实施例，电力网***用于根据供热采暖***的热负荷，进行清洁能源的调度，为热力网***提供热量来源。其中的清洁能源包括传统意义上的风电和光伏发电，也包括难以消纳的风电和光伏电，以及电网低谷电和电网需求侧响应调度用电等。
其清洁能源调度的优先级为，难以消纳的风电和光伏电，其次为传统意义上的风电和光伏用电，电网低谷电，电网需求侧响应调度用电。电力网***根据电力调度的优先级，当难以消纳的风电和光伏电不能满足当前供热站的热负荷时，进而调用传统意义上的风电和光伏用电，若还是不能满足，则调用电网低谷电，若还是不能满足，则利用电网需求侧响应调度用电对供热站进行热负荷的匹配。
例如，在电网低谷时间段内，电网高压电发热体将电能转换为热能，转换的热能被固体蓄热体不断吸收，当固体蓄热体的温度达到上限温度或者电网低谷时段结束时，电力网***中的高压电停止供电，高压电发热体停止工作，换热器2将固体蓄热体存储的热能转换为热水或者水蒸气为用户供暖。本发明电力网***根据供热站的需求侧缺漏，进行清洁能源的调度，消纳被弃电量，提高清洁能源的消纳量，减少煤耗，减少污染。
根据本申请的一个实施例，参考图6，在供热站内接入基于LoRa/Nb-IoT技术的物联网，配合若干检测传感器检测供热站内各个负荷的运行参数。固体蓄热式锅炉1中的固体蓄热体接入物联网后，固体蓄热体作为可控储能热负荷，单个供热站作为热负荷控制子站，若干供热站接入物联网形成热负荷调度中心。其中，可控储能热负荷、热负荷控制子站和热负荷调度中心检测得到的数据为实测数据。
热力网***、电力网***和物联网***三者融合，对居民区进行供热分区，根据供热分区的供暖需求，电力网***进行清洁能源的调度，配合物联网***控制热力网***出水运行的参数，并根据供热分区用户的需求量和热力网***当前设备的运行状态作为电网能源调度的反馈参数，通过精确控制设备的运行功率，降低能源的浪费。
供热站中的总出入口、每个用户的供暖管道上均都设有温度、热量、压力传感器，传感器与热负荷响应能力监测上报***连接，用于将可控储能热负荷、热负荷控制子站和热负荷调度中心检测得到的实测数据上传到热负荷响应能力监测上报***中。
检测的参数包括：供热设备的电压、功率、工作模式等当前运行参数；固体蓄热体当前存储能量；基于需求侧响应技术的电网调度响应能力；供热站出水参数；供热站回水参数；供热设备、辅助设备的运行状态、故障状态等工作状态。
热负荷响应能力监测上报***采集实测数据和预测数据，预测数据为根据气象、季节、公休等信息进行供热分区用户热负荷需求量的估算，热负荷响应能力监测上报***根据历史所得的实测数据和预测数据进行大数据的建模，所得的大数据模型根据接收的实时实测数据和预测数据进行供热分区日负荷变化率的分析和预测，并将实测数据、预测数据和日负荷变化率的分析和预测信息上传到电网调度中心。
物联网***与国家电网结合，建立需求侧响应能力上报***的电网调度中心，电网调度中心接收热负荷响应能力监测上报***上报的热负荷响应数据、区域电网采集数据和清洁能源发电运行和预测数据，进行热负荷调度中心的电力调度，热负荷调度中心对热负荷控制子站、热负荷控制子站对可控储能热负荷的阶梯式调度。
本发明使用清洁能源作为能源供应，对环境无污染，并通过电力网***、热力网***和物联网***三者的融合，实现对热力网***负荷阶梯式的电力调度，智能化的控制供热采暖***的运行状态和出水参数。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于，包括热力网***、电力网***和物联网***；
所述热力网***包括用于对居民区进行供热分区，计算供热分区的热指标，根据所述供热分区和热指标建立分布式供暖的供热采暖***；
所述电力网***，用于根据所述供热采暖***的热负荷，对清洁能源进行调度，为所述热力网***提供热量来源；
所述物联网***包括热负荷响应能力监测上报***和电网调度中心；所述热负荷响应能力监测上报***根据供热采暖***的运行参数和预测数据对供热采暖***进行日负荷变化率的分析和预测；所述电网调度中心采集的区域电网数据、清洁能源发电运行数据以及根据所述供热采暖***的运行参数、日负荷变化率的分析和预测信息进行供热采暖***热负荷阶梯式的电力调度，并控制供热采暖***的运行状态和出水参数。
2.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述供热采暖***包括根据所述供热分区建设的若干供热站；所述供热站分别与自来水和小区各热用户管道连通；所述自来水通过软水器、软化水箱和补水泵为供热站提供用水；所述小区各热用户通过回水管、除污器和热水循环泵为供热站提供循环热水。
3.根据权利要求2所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述供热站采用固体蓄热式锅炉进行分布式供暖；所述固体蓄热式锅炉分别与换热器、鼓风机和控制柜连接；所述换热器分别通过热力管网和回水管与小区各热用户连通。
4.根据权利要求3所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述固体蓄热式锅炉内置有氧化镁耐火材料组成的固体蓄热体。
5.根据权利要求3所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述供热站的供热介质为热水。
6.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述热指标包括通过面积热指标估算法得到的供热分区供热最大热指标和根据供热分区室外室内环境参数计算得到的平均及最小热指标。
7.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述清洁能源包括风电、光伏电、电网低谷电和电网需求侧相应调度用电。
8.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述物联网***采用LoRa/Nb-IoT技术构建热负荷响应能力监测上报***和电网调度中心。
9.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于：所述供热采暖***根据供热分区的季节、气象和公休信息预测所述供热分区的热负荷数据。
10.根据权利要求1所述的基于热力网、电力网和物联网的电蓄热供热***，其特征在于，所述电网调度中心对供热采暖***热负荷阶梯式的电力调度的方法为：电网调度中心对供热采暖***热负荷进行电力调度，供热采暖***对供热站进行电力调度和供热站将多余的热量存储于固体蓄热式锅炉中的固体蓄热体中。
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