CN114777189A - 一种多可再生能源互补的热电气肥联供*** - Google Patents
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Abstract
一种多可再生能源互补的热电气肥联供***，属能源利用及转化技术领域。***以生物质能、太阳能和空气能为输入，热、电、气和沼液沼渣为输出。生物质经过预处理后进行恒温厌氧发酵转化为沼气和沼液沼渣，沼气经过净化装置后进入贮气罐贮存，贮存沼气一部分直供用户炊事使用，一部分进入沼气发电机进行热电联产，沼液沼渣供用户作有机肥使用；太阳能经光电光热一体化组件转化为电能和热能供用户使用；空气能和太阳能的低位热能经双热源热泵提升品位后供用户使用。蓄热***调节能量供需匹配的问题，控制器用于控制***是否外接电网。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用及转化技术，特别涉及多可再生能源互补的热电气肥联供技术。
背景技术
目前大部分基于可再生能源的分布式能源***都以太阳能、生物质能或风能等单一能源为输入，***受地域、气候、季节等因素的影响较大，使***无法连续稳定的满足用户的负荷需求。中国发明专利“一种利用太阳能的冷热电联产***”（申请号为201910138572.9），该专利中的***通过对中低温太阳能的高效回收利用，可同时满足冷、热、电多股能源用能需求，节约了资源，保护了环境，具有巨大的经济效益及生态效益，但是存在随时间、季节波动明显，供能不稳定等缺点。中国发明专利“一种分布式生物质能冷热电联产***”（申请号为201920165681.5），该专利中的***可实现能源循环利用，输出燃气的同时可以输出电量、热量和冷量，能源利用率高，但其生物质气化利用方式所产生的污水易对环境造成污染。中国发明专利“冷热电联产***”（申请号为201811015516.8），该专利中的***将热力发电装置、光伏发电装置和热泵结合起来，解决了现有技术中的光伏发电装置的转换效率低且供电不稳定的问题，并同时为用户提供热能和冷能，但在提升转换效率的同时没有对太阳能产生的热量进行有效利用，太阳能利用率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种多可再生能源互补的热电气肥联供***。
本发明是一种多可再生能源互补的热电气肥联供***，光电光热一体化组件1通过第一阀门V-1和第一循环水泵P-1与蓄热水箱2相连通，补水管路经第二阀门V-2与蓄热水箱2相连通，蓄热水箱2上设有第一温度传感器T1，第一蓄热水箱2通过第三阀门V-3、第四阀门V-4和第二循环水泵P-2与双热源热泵3相连通，第一蓄热水箱2通过第三阀门V-3、第四阀门V-4、第五阀门V-5、第六阀门V-6、第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通，双热源热泵3通过第五阀门V-5、第六阀门V-6、第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通，预处理机构5通过第十阀门V-10与恒温厌氧发酵机构6相连通，恒温厌氧发酵机构6上设有第二温度传感器T2和第一压力传感器P1，恒温厌氧发酵机构6通过第八阀门V-8与沼气净化机构7相连通，恒温厌氧发酵机构6通过第十一阀门V-11和第四循环水泵P-4与第二蓄热水箱10相连通，恒温厌氧发酵机构6通过第十二阀门V-12排出沼液沼渣，供用户13使用，沼气净化机构7与贮气罐8相连通，贮气罐8上设有第二压力传感器P2，贮气罐8通过第九阀门V-9与用户13和沼气发电机9相连通，沼气发电机9产生的烟气经换热器11回收余热后排入大气，沼气发电机9的缸套水经换热器（12）冷却后进入沼气发电机9，第二蓄热水箱10经第五循环水泵P-5和第十三阀门V-13与第一换热器12、第二换热器11相连，光电光热一体化组件1所产电能经控制器4供用户13和***用电设备使用。
本发明的有益效果是：以可再生能源作为***的能源输入，将生物质能恒温厌氧发酵技术、太阳能光电光热一体化技术、双热源热泵技术，沼气发电机热电联产技术和蓄热技术有机集成一个整体，***充分利用太阳能和生物质能，并在***内部进行余热回收，提高了能源利用效率；利用蓄热技术和双热源热泵技术，灵活调节***的热电比，满足了用户不同时段不同种类的能源需求，提高了***供能的可靠性和稳定性，并且实现了对用户所在地区可再生资源的充分高效利用和生态环境的保护。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种多可再生能源互补的热电气肥联供***，光电光热一体化组件1通过第一阀门V-1和第一循环水泵P-1与蓄热水箱2相连通，补水管路经第二阀门V-2与蓄热水箱2相连通，蓄热水箱2上设有第一温度传感器T1，第一蓄热水箱2通过第三阀门V-3、第四阀门V-4和第二循环水泵P-2与双热源热泵3相连通，第一蓄热水箱2通过第三阀门V-3、第四阀门V-4、第五阀门V-5、第六阀门V-6、第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通，双热源热泵3通过第五阀门V-5、第六阀门V-6、第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通，预处理机构5通过第十阀门V-10与恒温厌氧发酵机构6相连通，恒温厌氧发酵机构6上设有第二温度传感器T2和第一压力传感器P1，恒温厌氧发酵机构6通过第八阀门V-8与沼气净化机构7相连通，恒温厌氧发酵机构6通过第十一阀门V-11和第四循环水泵P-4与第二蓄热水箱10相连通，恒温厌氧发酵机构6通过第十二阀门V-12排出沼液沼渣，供用户13使用，沼气净化机构7与贮气罐8相连通，贮气罐8上设有第二压力传感器P2，贮气罐8通过第九阀门V-9与用户13和沼气发电机9相连通，沼气发电机9产生的烟气经换热器11回收余热后排入大气，沼气发电机9的缸套水经换热器（12）冷却后进入沼气发电机9，第二蓄热水箱10经第五循环水泵P-5和第十三阀门V-13与第一换热器12、第二换热器11相连，光电光热一体化组件1所产电能经控制器4供用户13和***用电设备使用。
如图1所示，所述第一蓄热水箱2经第四阀门V-4和第二循环水泵P-2与双热源热泵3的水侧蒸发器出口相连通，经第三阀门V-3和双热源热泵（3）的水侧蒸发器入口相连通。
如图1所示，经第一循环水泵P-1和第一阀门V-1进入光电光热一体化组件1的为低温水，所述光电光热一体化组件1冷却介质为水，或空气，或制冷剂。
如图1所示，所述第二温度传感器T2和第一压力传感器P1安装在恒温厌氧发酵机构6的顶部贮气区域。
如图1所示，所述第二蓄热水箱10为内置盘管式，盘管出口经第五循环水泵P-5和第十三阀门V-13与第一换热器12相连，盘管入口与第二换热器11相连。
下面结合具体实施例，进一步展开本发明。本发明利用恒温厌氧发酵技术、光电光热一体化技术、双热源热泵技术、沼气热电联产技术和蓄热技术集成一个能为农村连片住宅连续稳定提供热电气肥的***。
如图1所示，本***中光电光热一体化组件1、蓄热水箱2、双热源热泵3和控制器4布置在用户端；所述预处理机构5、恒温厌氧发酵机构6、沼气净化机构7、贮气罐8、沼气发电机9、第二换热器11，第一换热器12和蓄热水箱10采取集中布置。
太阳能经光电光热一体化组件1转化为热能和电能。光电光热一体化组件1通过第一阀门V-1和第一循环水泵P-1与蓄热水箱2相连通，补水管路经第二阀门V-2与蓄热水箱2相连通，蓄热水箱2上设有第一温度传感器T1，蓄热水箱2通过第三阀门V-3，第四阀门V-4和第二循环水泵P-2与双热源热泵3相连通，蓄热水箱2通过第三阀门V-3、第四阀门V-4、第五阀门V-5、第六阀门V-6和第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通，双热源热泵3通过第五阀门V-5、第六阀门V-6和第七阀门V-7和第三循环水泵P-3与用户13相连通。
当蓄热水箱2温度≥40℃时，开启第三循环水泵P-3、第三阀门V-3的a-b侧、第四阀门V-4的a-c侧、第五阀门V-5的b-c侧、第六阀门V-6的b-c侧和第七阀门V-7的a-b-c侧，以水箱直供模式满足用户13的供暖负荷和生活热水负荷；当太阳辐射强度＞0且蓄热水箱2的温度＜40℃时，开启第三循环水泵P-3、第五阀门V-5和第六阀门V-6的a-c侧和第七阀门V-7的a-b-c侧，使双热源热泵以空气源模式满足用户13的供暖负荷和生活热水负荷；当太阳辐射强度=0时且7℃＜蓄热水箱2的温度＜40℃时，开启第二循环水泵P-2和第三循环水泵P-3、第三阀门V-3、第五阀门V-5和第六阀门V-6的a-c侧、第四阀门V-4的a-b侧和第七阀门V-7的a-b-c侧，使双热源热泵以水源模式满足用户13的供暖负荷和生活热水负荷；当太阳辐射强度=0且蓄热水箱2的温度≤7℃时，开启第三循环水泵P-3、第五阀门V-5和第六阀门V-6的a-c侧和第七阀门V-7的a-b-c侧，使双热源热泵以空气源模式满足用户13的供暖负荷和生活热水负荷。
生物质（秸秆、粪污和果蔬废弃物等）进入预处理机构5进行预处理，预处理后通过第十阀门V-10进入恒温厌氧发酵机构6进行厌氧发酵（37℃），恒温厌氧发酵机构6上设有第二温度传感器T2和第一压力传感器P1，以监测恒温厌氧发酵机构6内温度和压力的变化，恒温厌氧发酵机构6所产沼气通过第八阀门V-8进入沼气净化机构7进行净化，净化后沼气进入贮气罐8贮存，所产沼液沼渣经第十二阀门V-12供用户13作有机肥使用。当恒温厌氧发酵机构6内温度＜37℃时，开启第十一阀门V-11和第四循环水泵P-4给恒温厌氧发酵机构6进行增温。
贮气罐8设有第二压力传感器P2，以监测贮气罐8内压力变化，贮气罐8内沼气通过第九阀门V-9的a-c侧供给用户13炊事使用，通过第九阀门V-9的a-b侧供给沼气发电机9进行热电联产。沼气发电机9的烟气经第二换热器11降温后排入大气，缸套水经第一换热器12降温后流回沼气发电机9。蓄热水箱10内的水依次经第五循环水泵P-5、第十三阀门V-13和第一换热器12和第二换热器11回收沼气发电机9的缸套水余热和烟气余热。
当光电光热一体化组件1和沼气发电机9的发电量小于***总电负荷（用户电负荷和***运行耗电）时，通过控制器4从电网购电；当光电光热一体化组件1和沼气发电机9的发电量大于***总电负荷（用户电负荷和***运行耗电）时，通过控制器4向电网售电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干等同替换和改进，这些等同替换和改进也应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多可再生能源互补的热电气肥联供***，其特征在于光电光热一体化组件（1）通过第一阀门（V-1）和第一循环水泵（P-1）与蓄热水箱（2）相连通，补水管路经第二阀门（V-2）与蓄热水箱（2）相连通，蓄热水箱（2）上设有第一温度传感器（T1），第一蓄热水箱（2）通过第三阀门（V-3）、第四阀门（V-4）和第二循环水泵（P-2）与双热源热泵（3）相连通，第一蓄热水箱（2）通过第三阀门（V-3）、第四阀门（V-4）、第五阀门（V-5）、第六阀门（V-6）、第七阀门（V-7）和第三循环水泵（P-3）与用户（13）相连通，双热源热泵（3）通过第五阀门（V-5）、第六阀门（V-6）、第七阀门（V-7）和第三循环水泵（P-3）与用户（13）相连通，预处理机构（5）通过第十阀门（V-10）与恒温厌氧发酵机构（6）相连通，恒温厌氧发酵机构（6）上设有第二温度传感器（T2）和第一压力传感器（P1），恒温厌氧发酵机构（6）通过第八阀门（V-8）与沼气净化机构（7）相连通，恒温厌氧发酵机构（6）通过第十一阀门（V-11）和第四循环水泵（P-4）与第二蓄热水箱（10）相连通，恒温厌氧发酵机构（6）通过第十二阀门（V-12）排出沼液沼渣，供用户（13）使用，沼气净化机构（7）与贮气罐（8）相连通，贮气罐（8）上设有第二压力传感器（P2），贮气罐（8）通过第九阀门（V-9）与用户（13）和沼气发电机（9）相连通，沼气发电机（9）产生的烟气经换热器（11）回收余热后排入大气，沼气发电机（9）的缸套水经换热器（12）冷却后进入沼气发电机（9），第二蓄热水箱（10）经第五循环水泵（P-5）和第十三阀门（V-13）与第一换热器（12）、第二换热器（11）相连，光电光热一体化组件（1）所产电能经控制器（4）供用户（13）和***用电设备使用。
2.根据权利要求1所述的多可再生能源互补的热电气肥联供***，其特征在于：所述第一蓄热水箱（2）经第四阀门（V-4）和第二循环水泵（P-2）与双热源热泵（3）的水侧蒸发器出口相连通，经第三阀门（V-3）和双热源热泵（3）的水侧蒸发器入口相连通。
3.根据权利要求1所述的多可再生能源互补的热电气肥联供***，其特征在于：经第一循环水泵（P-1）和第一阀门（V-1）进入光电光热一体化组件（1）的为低温水，所述光电光热一体化组件（1）冷却介质为水，或空气，或制冷剂。
4.根据权利要求1所述的多可再生能源互补的热电气肥联供***，其特征在于：所述第二温度传感器（T2）和第一压力传感器（P1）安装在恒温厌氧发酵机构（6）的顶部贮气区域。
5.根据权利要求1所述的多可再生能源互补的热电气肥联供***，其特征在于：所述第二蓄热水箱（10）为内置盘管式，盘管出口经第五循环水泵（P-5）和第十三阀门（V-13）与第一换热器（12）相连，盘管入口与第二换热器（11）相连。
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2022
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