CN203430632U - 生物质分布式能源供应站 - Google Patents

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曹烜军
李惠民
田景奎
张钧
闫凯
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Abstract

本实用新型一种生物质分布式能源供应站，其包含沼气发酵***、燃气发电机组及热泵机组，该沼气发酵***与燃气发电机组相连接，燃气发电机组分别连接热泵机组、余热锅炉及电网***；该沼气发酵***通过管线连接沼气用户；该沼气发酵***通过水管连接余热锅炉；该燃气发电机组通过循环冷却水管连接热泵机组，该燃气发电机组通过排气管连接余热锅炉；该余热锅炉通过第二管线连接热泵机组，该余热锅炉还连接排气装置；热泵机组通过外网循环水连接输出用户端；热泵机组通过第三管线与沼气发酵***相连接。该沼气发酵***通过升压装置连接沼气用户。本实用新型给出了一种利用沼气发电与热泵技术相结合的分布式能源供应站。

Description

生物质分布式能源供应站
技术领域
本实用新型属于能源供应***，特别是一种利用沼气发电与热泵技术相结合的分布式能源供应站。
背景技术
现有技术中，关于沼气发电及热泵技术概述如下。
1、沼气发电技术主要包括沼气发酵和发电两部分。
沼气发酵的定义是：沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。
沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。
沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总量的10%左右。
沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等），经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。
沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%~75%之间，而如使用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。
沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，同时也带来巨大的经济效益。
2、热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。现在我国主要利用三种热泵技术，分别是水源热泵，地源热泵，以及空气源热泵。
过程一：余热热量的提取。
在真空的取热器内，利用水在负压状态下沸点降低的原理，来自再热器的蒸汽凝水喷淋在取热器换热管的外表面低温蒸发，凝水吸收换热管内部流动的低温余热的热量，蒸发汽化产生蒸汽进入两侧加热器，完成余热热量的提取过程。
过程二：余热热量的转移。
在加热器内，利用溴化锂浓溶液的吸水放热性能，来自浓缩器的溴化锂浓溶液分布在加热器换热管外部，吸收来自取热器的水蒸汽，溶液的温度迅速升高，加热换热管内需要提高温度的热媒，实现了低温热源的热量向被加热热媒转移，同时溴化锂溶液由浓变稀，不再具有吸水性，需要浓缩后循环使用。
过程三：工质浓缩。
在浓缩器内，利用驱动热源的热量，对来自加热器的溴化锂稀溶液进行浓缩，产生的浓溶液继续回到加热器内继续吸收水蒸汽加热供热水，溶液浓缩产生的高温二次蒸汽去再热器。
过程四：二次蒸汽再加热。
在再加热器内，利用来自浓缩器的高温二次蒸汽凝结潜热的热量，对来自加热器的经过一次加热的热媒进行再次加热，最终达到我们所需温度的热媒，蒸汽凝结成为凝水输送到蒸发器继续进行循环蒸发。
据1997年统计，我国电厂热效率为32.95%，电厂供热效率为83.68%，能源转换总效率为38.07%.采用热电冷三联供***或称总能***（TES——TotalEnergySystem），燃气热泵（GEHP）后，通过热力学第一定律的热效率分析和热力学第二定律的效用率分析说明：由于利用废热，GEHP的综合利用可达到80%－85%；若通过轴动力传动热泵，利用了低位热能，故综合热效率可达到150%－170%.对于TES方式，实现热电冷三联供后，其综合利用率可达到65%－80%.《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，促进了热泵事业的发展。
3、分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的***，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行***整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源***，是相对于集中供能的分散式供能方式。
在农村周围建设的大型农业种植基地及畜牧业养殖基地，每年将产生大量的农林废弃物及牲畜禽类粪便，若不加以利用会对周边环境造成污染。目前国内利用生物质资源发电的技术已日趋成熟，主要包括生物质气化发电技术及生物质制沼发电技术。在上述农业种植基地及畜牧业养殖基地周边建设小型生物质发电厂，利用内燃发电机组可直接向周边居民供电；内燃机排出的高温废气通过加热余热锅炉产生的蒸汽加热循环水，可在冬季向周边居民供热，夏季通过热泵技术向居民供冷；多余的秸秆气或沼气可供居民日常做饭使用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出一种沼气发电与热泵技术相结合的分布式能源供应***，能够提高沼气的利用效率和全厂总热效率，实现对农村地区的冷热电多种能源供应。该***将沼气发电***中由内燃机燃烧***产生的高温烟气引入余热锅炉，利用烟气余热，将给水加热为一定参数的热水（或蒸汽），一部分热水（或蒸汽）作为沼气发酵工艺的加热热源，另一部分作为热泵***的驱动热源。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。一种生物质分布式能源供应站，其包含沼气发酵***、燃气发电机组及热泵机组，该沼气发酵***与燃气发电机组相连接，燃气发电机组分别连接热泵机组、余热锅炉及电网***；该沼气发酵***通过管线连接沼气用户；该沼气发酵***通过水管连接余热锅炉；该燃气发电机组通过循环冷却水管连接热泵机组，该燃气发电机组通过排气管连接余热锅炉；该余热锅炉通过第二管线连接热泵机组，该余热锅炉还连接排气装置；热泵机组通过外网循环水连接输出用户端；热泵机组通过第三管线与沼气发酵***相连接。该沼气发酵***通过升压装置连接沼气用户。
本实用新型的有益效果如下。
在建有大型农业种植基地及畜牧业养殖基地的农村周边建设生物质分布式能源供应站，在满足农畜企业自身能源需求的前提下，最大可能的对农村地区进行多种能源的供应。
上述技术方案中对农村地区主要供应的能源为电、沼气、热和冷。电力为常规能源，不做过多敷述。热和冷为季节性供应，冬季为村民取暖（主要为北方农村地区）提供热源，夏季为村民消暑提供冷源。在能源分配比例进行优化后，分布式能源站还可向村民提供多余的沼气，以满足日常的燃气需求。
并且，沼气发电与热泵技术结合实现分布式能源供应，可提高能源利用效率。
常规沼气发电效率约为70～75%。沼气发电+热泵技术分布式能源供应***全厂总热效率可达80%～90%。生物质原料发酵后产生沼气，为燃气内燃机提供所需燃料，燃气内燃机做功后产生的高温烟气加热余热锅炉给水为热泵提供驱动热源，实现了能源的梯级利用，提高能源利用效率。
多种能源的供应减少了农村地区的环境污染及碳排放。
北方农村地区由于冬季、夏季温差较大，故为驱寒、消暑采用了较为传统的应对措施：冬季一般以家庭为单位采用分散式小型燃煤取暖锅炉或分体式冷暖空调；夏季则采用电风扇或分体式空调避暑。在分布式能源站建成后，可集中对农村用户进行多种能源供应，直接或间接地减少了燃煤消耗量（采暖锅炉需燃煤，用电则消耗电厂燃煤），从而降低了碳排放，有效的保护了环境。
附图说明
图1为本实用新型的***结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种生物质分布式能源供应站，其包含沼气发酵***1、燃气发电机组2及热泵机组3，该沼气发酵***1与燃气发电机组相2连接，燃气发电机组2分别连接热泵机组3、余热锅炉4及电网***5。
该沼气发酵***1通过管线11连接沼气用户6，该管线11上可以设置有升压装置13。
该沼气发酵***1通过水管12连接余热锅炉4。
该燃气发电机组2通过循环冷却水管7连接热泵机组3，该燃气发电机组2通过排气管21连接余热锅炉4。
该余热锅4炉通过第二管线41连接热泵机组3，该余热锅炉4还连接排气装置7。
热泵机组3通过外网循环水31连接输出用户端8，热泵机组通过第三管线33与沼气发酵***1相连接。
沼气发酵***1产生的沼气一部分进入燃气发电机组2燃烧做功，将热能转换为电能输出，输送至电网***5；另一部分沼气经过升压装置13升压后，通过管线11直接输送至沼气用户6家中供日常使用。热泵机组3为水源热泵型机组，低温热源为燃气发电机组2冷却循环水，通过循环冷却水管7相互连接。驱动热源为热水或蒸汽，通过燃气发电机组2产生的高温烟气加热余热锅炉4中的给水获取，并将热水或蒸汽通过第二管线41输送至热泵机组3。降温后的热水再向沼气发酵***提供厌氧反应所需热能，热泵机组通过第三管线33与沼气发酵***1相连接，并传送降温后的热水。最终沼气发酵***1的低温给水通过水管12送至余热锅炉4进行加热产生热水或蒸汽。外网循环水31作为换热介质，将热泵机组3的产生的热能或冷能输送至输出用户端8。
本实用新型中的相关装置，均是现有常规技术，是本领域技术人员可以得知的，其具体连接方式也是本领域技术人员知道的。

Claims (2)

1.一种生物质分布式能源供应站，其包含沼气发酵***、燃气发电机组及热泵机组，其特征在于，该沼气发酵***与燃气发电机组相连接，燃气发电机组分别连接热泵机组、余热锅炉及电网***；
该沼气发酵***通过管线连接沼气用户；
该沼气发酵***通过水管连接余热锅炉；
该燃气发电机组通过循环冷却水管连接热泵机组，该燃气发电机组通过排气管连接余热锅炉；
该余热锅炉通过第二管线连接热泵机组，该余热锅炉还连接排气装置；
热泵机组通过外网循环水连接输出用户端；
热泵机组通过第三管线与沼气发酵***相连接。
2.如权利要求1所述的生物质分布式能源供应站，其特征在于，该沼气发酵***通过升压装置连接沼气用户。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114214176A (zh) * 2021-12-29 2022-03-22 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 太阳能、地源热泵与沼气池、农作物干燥联合运行***

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