CN110266053A - 基于多能源互补的合同能源服务*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于多能源互补的合同能源服务***，应用于厂矿企业中，包括：建于企业基础设施屋顶的分布式光伏发电子***，用于光伏发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；建于所述企业内的风力发电子***，用于风力发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；建于所述企业内的储能子***，通过双向变流器实现交/直流电能变换和电能流向控制，以在所述企业内部停电时，提供交/直流电能；以及能源管控子***，用于对所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***进行管控操作。该***可以改善现有厂矿企业的能源配置、提高能源占比、降低耗能量。
Description
技术领域
本发明涉及能源开发技术领域，具体而言，涉及一种基于多能源互补的合同能源服务***。
背景技术
随着社会经济的快速发展，不可再生能源日益枯竭。并且随着人们环保意识的不断增强，在社会生产生活中，节能环保的需求越来越高。
目前，多能源互补及合同能源管理技术，由于其在实现节能减排方面的突出表现，得到了广泛的关注和应用，尤其是在分布式微电网中的应用。
而如何能够利用多能源互补及合同能源管理对现有厂矿企业进行改造，从而改善现有厂矿企业的能源配置、提高能源占比、降低耗能量成为亟待解决的一个问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于多能源互补的合同能源服务***。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一方面，提供一种基于多能源互补的合同能源服务***，应用于厂矿企业，包括：建于企业基础设施屋顶的分布式光伏发电子***，用于光伏发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；建于所述企业内的风力发电子***，用于风力发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；建于所述企业内的储能子***，通过双向变流器实现交/直流电能变换和电能流向控制，以在所述企业内部停电时，提供交/直流电能；以及能源管控子***，分别与所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***通信连接，用于对所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***进行数据采集，并根据采集到的数据向所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***发送控制指令，以进行管控操作。
根据本发明的一实施方式，所述***还包括：若干大型电机设备，所述大型电机设备的电机采用变频驱动***。
根据本发明的一实施方式，所述***还包括：采用LED光源的照明***；所述照明***还包括声音传感器及移动传感器，以当区域无人时关闭照明设备。
根据本发明的一实施方式，所述分布式光伏发电子***包括：屋顶光伏发电单元；所述屋顶光伏发电单元包括：由所述企业的厂房屋顶彩钢板及金属支架组成的第一光伏组件、多台第一逆变器及变压器；所述第一光伏组件与所述第一逆变器电连接，所述第一逆变器将所述第一光伏组件输出的直流电逆变为交流电，所述第一逆变器作为所述变压器的低压侧，输出的交流电经所述变压器升压后，通过电缆接入到所述企业配电站的高压母线上。
根据本发明的一实施方式，所述第一光伏组件采用a*b竖排方式排布，每a*b块所述第一光伏组件构成一串组件串，每c串所述组件串与一台所述第一逆变器电连接，每d台所述第一逆变器汇集入一台所述变压器的低压侧；其中，所述a、b、c、d均为正整数。
根据本发明的一实施方式，所述分布式光伏发电子***还包括：车棚光伏发电单元；所述车棚光伏发电单元包括：由所述企业的车棚顶部钢结构组成的第二光伏组件、多台第二逆变器、多个动力配电柜、多台直流充电机及多台交流充电桩；所述第二光伏组件与所述第二逆变器电连接，所述第二逆变器将所述第二光伏组件输出的直流电逆变为交流电，所述第二逆变器与布置于所述车棚的动力配电柜电连接，所述动力配电柜为布置于所述车棚的直流充电机及所述交流充电桩提供电源。
根据本发明的一实施方式，所述第二光伏组件采用e*f竖排方式排布，每e*f块所述第二光伏构成一串组件串，每g串所述组件串与一台所述第二逆变器电连接，每h台所述第二逆变器汇集入一台所述动力配电柜；所述动力配电柜、所述直流充电机及所述交流充电桩均采用落地安装方式；所述e、f、g、h均为正整数。
根据本发明的一实施方式，所述风力发电子***包括：多台风电机组；每台所述风电机组输出侧采用电缆“T”接形式接线，产生的电能接入所述企业配电站的低压母线上。
根据本发明的一实施方式，所述能源管控子***包括：服务器、工作站及通讯网关；所述服务器通过所述通讯网关与所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***通信连接，所述工作站与所述服务器通信，以使工作人员通过所述工作站提供的用户界面对所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***进行数据查看、参数配置及操控。
根据本发明的一实施方式，所述能源管控子***提供数据采集、实时/历史数据接入、数据处理分析及数据统计展示功能。
根据本发明实施例提供的基于多能源互补的合同能源服务***，可将多种能源融入企业已有的配电***中，对各种能源进行有机整合，提高能源利用效率，并确保了企业供电质量可靠；此外，在一些实施例中，加装储能装置，还对用电负荷较大的电机和照明***的进行节能改造，减少可能源消耗，提高了企业电力***可靠性，降低了企业能源成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1是根据一示例性实施方式示出的一种基于多能源互补的合同能源服务***的结构示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的分布式光伏发电子***的结构示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的风力发电子***的结构示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的储能子***的结构示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的能源管控子***的结构示意图。
图6是根据一示例示出的水泵电机的运行曲线图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
图1是根据一示例性实施方式示出的一种基于多能源互补的合同能源服务***的结构示意图。该***例如可以应用于厂矿企业中，从而改善厂矿企业的能源配置，提高能源利用率。
参考图1，该***10包括：分布式光伏发电子***11、风力发电子***12、储能子***13及能源管控子***14。
图2是根据一示例性实施例示出的分布式光伏发电子***的结构示意图。
联合参考图1和图2，分布式光伏发电子***11包括：屋顶光伏发电单元111及车棚光伏发电单元112。
屋顶光伏发电单元111包括：由屋顶彩钢板及金属支架组成的光伏组件111a、多台逆变器111b及变压器111c。
光伏组件111a由金属压块固定在光伏支架上。光伏组件111a与多台逆变器111b电连接。逆变器111b将光伏组件111a输出的直流电逆变为交流电。多台逆变器111b作为变压器111c的低压侧，输出的交流电经变压器111c升压后，可通过电缆等方式接入企业配电站15(如图1所示)的交流母线上，实现自发自用，提高可再生能源配比，降低电费成本。
在一些实施例中，金属支架例如可以采用直径为41mm*41mm*2.0mm的铝合金平铺型支架。铝合金平铺型支架和屋顶彩钢板例如可以采用直立锁边型金属屋面专用夹具进行固定。夹具厚度例如可以为4mm。金属压块例如可以选用厚度为4mm的铝合金压块。
在一些实施例中，光伏组件111a例如可以采用a*b(例如为2*11)竖排方式进行安装，组成的a*b块(如22块)1650mm*996mm*35mm的单晶光伏组件为一串。每c(如为16)串组件串汇集入1台80kW逆变器111b。逆变器111b将800V直流电逆变为三相540V交流电；每d(如为14)台组串式逆变器111b汇集接入1000kVA变压器111c的低压侧，经变压器111c升压至10kV电压等级。采用电缆等方式就近接入企业配电站15的10kV母线上。其中a、b、c、d均为正整数
车棚光伏发电单元112包括：由车棚顶部钢结构组成的光伏组件112a、多台逆变器112b、多个动力配电柜112c、多台直流充电机112d及多台交流充电桩112e。
光伏组件112a与多台逆变器112b电连接。逆变器112b将光伏组件112a输出的直流电逆变为交流电。多台逆变器112b与布置于车棚内的动力配电柜112c电连接。动力配电柜112c的电源可以引自企业配电室的380V母线上。
直流充电机112d和交流充电桩112e均与动力配电柜112c电连接，其电源均来自动力配电柜112c。
该方案利用车棚屋顶的钢结构组成光伏组件进行发电，并将光伏发电所产生的电能用于给电动乘用车充电，进一步实现自发自用。
在一些实施例中，车棚采用钢结构形式。每个停车位例如可以按照长5.5米、宽3.19米设计。车棚棚顶例如可以为南低北高10°倾角设计，可承受0.55kN/m2的风压载荷和1kN/m2的雪载荷，车棚顶部最低点距地3米。车棚基础采用条形基础形式，如采用双立柱，南北向立柱间距3.5米，东西向立柱间距6.38米。立柱例如均采用125mm*&125mm的H型钢。
在一些实施例中，车棚顶部的光伏组件112a采用e*f(如3*7)竖排排布形式，组件尺寸为1650mm*996mm*35mm。e*f(如21)块1650mm*996mm*35mm的单晶光伏组件112a为一串，每g(例如8)串组件串汇集入1台40kW组串式逆变器112b，逆变器112b将800V直流电逆变为380V三相交流电。h(例如为2)台组串式逆变器112b汇集接入1台设置在车棚现场的动力配电柜112c。动力配电柜112c例如采用落地安装方式。
在一些实施例中，车棚区内例如可配置2台60kW的直流充电机112d及6台7kW的交流充电桩112e，均可以采用落地安装方式，布置于各车位的一端(如北端)。直流充电机112d和交流充电桩112e的电源均可以引自动力配电柜112c。直流充电机112d例如可以采用1机2充模式，即每台充电机112d可同时为2辆电动乘用车进行充电。交流充电桩112e例如可以采用1机1充模式，即每个充电桩112e仅可同时为1辆电动乘用车进行充电。
图3是根据一示例性实施例示出的风力发电子***的结构示意图。
联合参考图1和图3，风力发电子***12包括：多台风电机组121。
在一些实施例中，例如可以在企业厂区空旷的地区设置3台风电机组121。各台风电机组121之间间距大于50米。每台风电机组121的塔架例如高18米，风轮直径12.5米，启动风速3米/秒，额定风速10米/秒，工作风速3～25米/秒，安全风速50米/秒，输出额定电压为380V的三相交流电。每台风电机组121输出侧例如采用电缆“T”接形式接线，产生的电能就近输入企业配电站380V的母线上，实现自发自用。
图4是根据一示例性实施例示出的储能子***的结构示意图。
储能子***13用于为企业提供备用电源***，联合参考图1和图4，可以包括：多个电池柜131、控制柜132及电气汇流柜133。
其中，每个电池柜131中可包括多个电池箱，每个电池箱中装有电池。每个电池箱例如可以由1个电池监测单元来管理，每个电池柜131由一套电池管理***来管理。电池柜131输出的电流通过直流总线汇流到电气汇流柜133上。控制柜132包括储能变流器(PowerConversion System，PCS)，用于控制电池的充电和放电过程，并可以通过双向变流器实现交/直流电能变换和电能流向控制，例如可以在无电网的情况下直接为交流负荷供电。PCS的功率例如可以为0.5MW。控制柜132还可以为每个电池柜131提供CAN通信汇总接口，可以通过以太网向能源管控子***14上传电池数据和相关信息，也可接收能源管控子***14下发的控制指令，根据控制指令的符号及大小控制对电池进行充电或放电。此外，控制柜132还可以获取电池的状态信息，实现对电池保护性充放电，确保电池运行安全。
在一些实施例中，电池例如可以为磷酸铁锂电池，容量为1MWh。储能子***13例如由1个0.5MW/1MWh的30尺集装箱子***构成，包含7个电池柜、1个控制柜和1个汇流柜。每16个230Ah的电芯通过1P16S方式进行成组，组成1个电池箱，由1个电池监测单元来管理；14个磷酸铁电池箱串联成1个电池柜，由1套电池管理***来管理。7个电池柜的直流总线汇流到电气汇流柜133上。
图5是根据一示例性实施例示出的能源管控子***的结构示意图。
联合参考图1和图5，能源管控子***14包括：服务器141、工作站142及通讯网关143。
能源管控子***14用于对企业的各电力子***，如分布式光伏发电子***11、风力发电子***12、储能子***13，进行管控操作。各个电力子***通过通讯网关143与服务器141进行通信，发送各电力子***的相关信息，并接收服务器141发送的控制指令。工作站142与服务器141通信，工作人员可以通过工作站142提供的用户界面查看各电力子***的情况，并通过用户界面进行配置、操控等操作。
能源管控子***14总体架构遵循面向服务的架构(SOA)设计理念，采用多层分布式体系架构，总体架构设计主要包括：数据采集、实时/历史数据接入、数据处理分析、数据统计展示等功能。支持智慧能源管理平台与用户侧能源管理平台、电动汽车智能充电监控平台、需求响应/负荷互济平台、微能源网监控平台、用户侧智能运维平台等平台的集成，通过建立在隔离区(Demilitarized Zone，DMZ)的前置服务进行交互。
能源管控子***14的数据接入包括了采集服务，获取用户侧能源管理平台、电动汽车智能充电监控平台、需求响应/负荷互济平台、微能源网监控平台、用户侧智能运维平台的数据，以及平台建设过程中没有实现数据采集的企业进行数据填报或批量导入的数据。
能源管控子***14的软件由站控层与间隔层两部分组成，并用分层、分布、开放式网络实现连接。站控层设备发生故障而停运，不会影响其他层的正常运行。
能源管控子***14的通信网络设计例如可以基于光纤网络建立的TCP/IP连接，组成一个广域的实时通信网络，实现各现场设备与调度中心***间的实时通信。
此外，还可以进一步对企业现有的大型电机及照明***进行改造。
例如可以将大型电机设备(如水泵、风机、空压机等)的电机由工频驱动改造为变频驱动，并保留工频旁路。电机启动采用变频启动的方式，可以降低电机启动对电网造成的冲击。并通过调节频率来调节电机转速。对于水泵而言，调节电机转速可以起到调节水量、水压的作用；对于风机而言，调节电机转速可以起到调节风量、风压的作用。从而提高大型电机设备的使用效率、延长使用寿命。
以循环水泵为例，水泵额定功率为250kW，三相交流380V供电，一用一备方式，改造前为工频直接启动，通过安装于主管的压力传感器和流量传感器的信号调整安装于主管上的调节阀达到调节流量和压力的目的。
改造后，两台循环水泵(一用一备)，共用一台250kW的变频器，并配置故障情况下工频启动的旁路回路，通过安装于主管的压力传感器和流量传感器的信号调整变频器的供电频率，从而达到调节输水量的目的，减少启动时电机的冲击，也节约能源。
下面简要说明变频节能的原理：
从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的水泵负载，轴功率P与流量Q，扬程H的关系为：P∝Q×H，当电机的转速由n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下：
Q2＝Q1*(n2/n1)；
H2＝(n2/n1)2；
p2＝p1*(n2/n1)3；
可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。例如，当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来的51.2％。
水泵的运行曲线如图6所示，当所需流量从Q2减小到Q1时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，***的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q1成正比；如果采用调速控制方式，水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q1成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与(H2-HB)×Q1的面积成正比。
在对企业内部照明***进行改造时，在满足相关标准中对照度等方面要求的前提下，可以将适宜改造的光源替换为LED光源。例如将生产区的金卤灯、办公区和生活区的节能灯、白炽灯等均更换为LED等。此外，对常明区域，如热力站、变电站、办公区走廊、宿舍区走廊等，除了更换LED照明改造外，还可以加装智能控制***，包括声音传感器以及移动传感器等，当区域无人时照明自动关闭。
LED灯是使用LED作为光源的灯，光效较高。它具有高效节能的特点，电力消耗是普通白炽灯的1/10，节能灯的1/4，而且使用寿命较长。
金卤灯热量大，需要的驱动电压高，而LED灯较为环保，没有汞等有害物质，有更短的反应时间；此外，金卤灯具有熄灭后无法再次开启(需要等3-5分钟)、耗电量大、需要配镇流器(相对比较笨重)及寿命比LED短等缺点。
此外，还可以在基于多能源互补的合同能源服务***中，引入燃气发电机、余热锅炉等小型电源提供设备，增加企业能源供应；进一步地，还可以引入空调节能控制***、冷热电三联供、供暖管理***、供气管理***等作为合同能源管理的一部分，也可作为基于多能源互补的合同能源服务***的一部分。
根据本发明实施例提供的基于多能源互补的合同能源服务***，可将多种能源融入企业已有的配电***中，对各种能源进行有机整合，提高能源利用效率，并确保了企业供电质量可靠；此外，在一些实施例中，加装储能装置，还对用电负荷较大的电机和照明***的进行节能改造，减少可能源消耗，提高了企业电力***可靠性，降低了企业能源成本。
此外，本发明实施例提供的基于多能源互补的合同能源服务***符合国家节能产业发展要求，满足当地社会经济发展和保护生态环境的需求，利于以生产的企业实现节能减排目标，同时降低用户用能成本，实现综合能源服务的要求。本发明采用合同能源管理模式组织实施，进行综合能源服务项目建设，创新了综合能源服务项目开展模式，为综合能源管控服务提供了新思路。本发明融合分布式光伏发电技术、分布式风力发电技术、电化学储能技术、电动汽车充电技术、电机变频技术、绿色照明技术、信息化及控制技术等技术措施，实现自发电量、调峰效益、节约电量等目的。本发明基于能源管控平台进行企业负荷管理，降低企业最大需能量，申请调整基本电费计费方式，最大限度利用扩报装用电政策，适时调整最大需量申报量，从而大幅减少企业基本电费支出。通过能源管控平台实现对大电机和照明的自动监视和控制，结合环境和生产需要合理设置和及时调整运行参数，合理控制电机和照明启停，调节电机速度等，降低电能消耗，从而减少电费支出。通过能源管控平台还可以实现对设备的状态检修等功能，从而降低企业设备运维检修费用，减少企业费用支出。
应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (10)
1.一种基于多能源互补的合同能源服务***，应用于厂矿企业中，其特征在于，包括：
建于企业基础设施屋顶的分布式光伏发电子***，用于光伏发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；
建于所述企业内的风力发电子***，用于风力发电，并将产生的电能提供至所述企业内部的配电站，以供所述企业使用；
建于所述企业内的储能子***，通过双向变流器实现交/直流电能变换和电能流向控制，以在所述企业内部停电时，提供交/直流电能；以及
能源管控子***，分别与所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***通信连接，用于对所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***进行数据采集，并根据采集到的数据向所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***发送控制指令，以进行管控操作。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：若干大型电机设备，所述大型电机设备的电机采用变频驱动***。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，还包括：采用LED光源的照明***；所述照明***还包括声音传感器及移动传感器，以当区域无人时关闭照明设备。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述分布式光伏发电子***包括：屋顶光伏发电单元；所述屋顶光伏发电单元包括：由所述企业的厂房屋顶彩钢板及金属支架组成的第一光伏组件、多台第一逆变器及变压器；所述第一光伏组件与所述第一逆变器电连接，所述第一逆变器将所述第一光伏组件输出的直流电逆变为交流电，所述第一逆变器作为所述变压器的低压侧，输出的交流电经所述变压器升压后，通过电缆接入到所述企业配电站的高压母线上。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第一光伏组件采用a*b竖排方式排布，每a*b块所述第一光伏组件构成一串组件串，每c串所述组件串与一台所述第一逆变器电连接，每d台所述第一逆变器汇集入一台所述变压器的低压侧；其中，所述a、b、c、d均为正整数。
6.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述分布式光伏发电子***还包括：车棚光伏发电单元；所述车棚光伏发电单元包括：由所述企业的车棚顶部钢结构组成的第二光伏组件、多台第二逆变器、多个动力配电柜、多台直流充电机及多台交流充电桩；所述第二光伏组件与所述第二逆变器电连接，所述第二逆变器将所述第二光伏组件输出的直流电逆变为交流电，所述第二逆变器与布置于所述车棚的动力配电柜电连接，所述动力配电柜为布置于所述车棚的直流充电机及所述交流充电桩提供电源。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述第二光伏组件采用e*f竖排方式排布，每e*f块所述第二光伏构成一串组件串，每g串所述组件串与一台所述第二逆变器电连接，每h台所述第二逆变器汇集入一台所述动力配电柜；所述动力配电柜、所述直流充电机及所述交流充电桩均采用落地安装方式；所述e、f、g、h均为正整数。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述风力发电子***包括：多台风电机组；每台所述风电机组输出侧采用电缆“T”接形式接线，产生的电能接入所述企业配电站的低压母线上。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述能源管控子***包括：服务器、工作站及通讯网关；所述服务器通过所述通讯网关与所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***通信连接，所述工作站与所述服务器通信，以使工作人员通过所述工作站提供的用户界面对所述分布式光伏发电子***、所述风力发电子***及所述储能子***进行数据查看、参数配置及操控。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述能源管控子***提供数据采集、实时/历史数据接入、数据处理分析及数据统计展示功能。
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