CN210292426U

CN210292426U - 一种多能互补供能***

Info

Publication number: CN210292426U
Application number: CN201921048261.5U
Authority: CN
Inventors: 杨向飞; 王宁玲; 李承周; 魏庆
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-07-05

Abstract

本实用新型涉及一种多能互补供能***，该***包括风光互补发电***、生物质辅助发电***和地表水源热泵供能***；所述风光互补发电***包括光伏电池板、光伏控制器、风力发电机、风电控制器和逆变器；所述生物质辅助发电***包括生物质电能锅炉和生物质发电控制器；所述地表水源热泵供能***包括室外地能换热设备、地表水源热泵机组和室内换热循环设备。本实用新型提供的多能互补供能***的风光互补发电***和生物质辅助发电***为用户提供电能，地表水源热泵供能***供应热能，其中包括供暖用水以及生活用水，同时可为用户提供制冷供能。

Description

一种多能互补供能***

技术领域

本实用新型涉及综合能源供应技术领域，特别涉及一种面向新型农村，充分利用农村地区丰富的太阳能、风能、地表热能以及生物质能等清洁能源，向用户提供电能、热能以及冷能的多能互补供能***。

背景技术

现阶段我国大部分农村地区主要采用以煤供热与以气供热等集中的供暖方式，热源由热力公司直接供给，或者由热力公司经过热交换后间接供给。这种供暖方式会引发雾霾，PM2.5超标，加剧温室效应，带来极大的环境污染，而且农村地区由于人口分布较为分散，落后的建造技术、较大的体形系数、不利的平面布局、较差的保温性能、效率低下的供暖***以及粗放的用能方式等因素影响，导致农村建筑能源利用率低，冬季供暖成本高，供暖能耗大等问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种面向新型农村，对清洁能源高效利用的多能互补供能***。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种多能互补供能***，该***包括风光互补发电***、生物质辅助发电***和地表水源热泵供能***；所述风光互补发电***包括光伏电池板、光伏控制器、风力发电机、风电控制器和逆变器，所述光伏电池板连接所述光伏控制器，所述风力发电机连接所述风电控制器，所述光伏控制器与所述风电控制器同时连接所述逆变器，所述逆变器分别连接蓄电池和电网；所述生物质辅助发电***包括生物质电能锅炉和生物质发电控制器，所述生物质电能锅炉连接所述生物质发电控制器，所述生物质发电控制器连接所述蓄电池；所述地表水源热泵供能***包括室外地能换热设备、地表水源热泵机组和室内换热循环设备，所述室外地能换热设备连接所述地表水源热泵机组，所述地表水源热泵机组连接所述室内换热循环设备。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述光伏控制器与所述风电控制器还分别连接直流用电设备。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述生物质电能锅炉包括料仓、送料机、引风机、鼓风机、锅炉炉膛和点火器，所述料仓经所述送料机连通至所述锅炉炉膛，所述锅炉炉膛内设置所述点火器。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述地表水源热泵机组包括首尾依次连接的第一换热器、压缩机、第二换热器和膨胀阀；所述第一换热器与所述室外地能换热设备连接，所述第二换热器与所述室内换热循环设备连接；或，所述第一换热器与所述室内换热循环设备连接，所述第二换热器与所述室外地能换热设备连接。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述室外地能换热设备包括室外地下换热管道。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述室内换热循环设备包括室内换热管道。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述地表水源热泵供能***还包括储热水箱，所述储热水箱连接所述蓄电池；所述储热水箱、所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组通过水管首尾依次连接，所述室外地能换热设备的一端连接所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组之间的所述水管，另一端连接所述地表水源热泵机组。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述储热水箱、所述室内换热循环设备、所述地表水源热泵机组和所述室外地能换热设备之间连接的各所述水管上均设置阀门。

进一步的，所述的一种多能互补供能***，所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组之间的所述水管上连接有自来水。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型提供的多能互补供能***的风光互补发电***和生物质辅助发电***为用户提供电能，地表水源热泵供能***供应热能，其中包括供暖用水以及生活用水，同时可为用户提供制冷供能。

2.本实用新型提供的多能互补供能***充分利用太阳能、风能以及生物质能等可再生资源，最大限度地替代了传统以煤供暖、以煤供电的方式，充分考虑到面向对象的能源供比，达到对能源的高效利用，因地制宜，充分利用农村特有资源，充分发挥农村地形特色，具有多能互补，清洁高效，以光代煤，以风代煤，多能供暖，多能供电等特点，达到对清洁能源高效利用的目的，提高了农村用户的生活质量。

3.本实用新型提供的多能互补供能***将太阳能集热器与地源热泵二者在特定情况下有机结合，实现高效供能，将风力发电与生物质锅炉有机结合，实现能源的有效利用，满足单户人家的供电需求。

附图说明

图1示出本实用新型提供的多能互补供能***的工作示意图；

图2示出本实用新型提供的多能互补供能***的地表水源热泵供能***的制冷模式工作示意图；

图3示出本实用新型提供的多能互补供能***的地表水源热泵供能***的制热模式工作示意图。

附图标记说明：

1.冷水阀；2.室外地下换热管道；3.换热冷水阀；4.冷水补充阀；5.地表水源热泵机组；6.热水阀；7.热水供应阀；8.储热水箱；9.生物质电能锅炉；10.生物质发电控制器；11.蓄电池；12.生活热水供应阀；13.供暖水阀；14.室内换热管道；15.循环水阀；16.光伏电池板；17.光伏控制器；18.风力发电机；19.风电控制器；20.逆变器；21.输电塔。

501.蒸发器；502.压缩机；503.冷凝器；504.膨胀阀；505.地表水源热泵。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

图1示出本实用新型提供的多能互补供能***的工作示意图。本实用新型提供的多能互补供能***包括风光互补发电***、生物质辅助发电***和地表水源热泵供能***。风光互补发电***与生物质辅助发电***并联，为蓄电池补充电能，同时为***设备及家用电器等直接供电，地表水源热泵供能***与风光互补发电***串联，在利用风光互补发电***提供电能的同时，向用户输出热能及冷能。

风光互补发电***包括光伏电池板16、光伏控制器17、风力发电机18、风电控制器19和逆变器20。光伏电池板16连接光伏控制器17，风力发电机18连接风电控制器19，光伏控制器17与风电控制器19同时连接逆变器20，逆变器20分别连接蓄电池11和电网(需经过输电塔21)。光伏控制器与风电控制器还连接直流用电设备。光伏电池板和风力发电机产生的电能，分别经光伏控制器和风力控制器的处理一部分分流至直流用电设备，另一部分经逆变器的转换流入蓄电池以及电网。

风光互补发电***在全年四季的基本工作状态，如下：

在春季，有效风能密度较高，风能平均有效利用时数达到峰值，但均呈下降趋势，太阳辐射量较少，日平均日照数较低，但均呈现上升的趋势，因此，风光互补发电***中的风力发电机与光伏电池板均处于工作状态，风力发电量高于太阳能发电量。

在秋季，太阳辐射量较高，日平均日照数较高，但均呈现下降趋势，有效风能密度和平均有效利用时数达到全年最低值，但呈现上升趋势，风力发电机间歇性工作，逐渐进入工作状态，光伏电池板处于工作状态，太阳能发电量高于风力发电量。

在夏季，太阳辐射量和日平均日照时数达到全年峰值，且基本稳定在某一数值附近，平均有效风能密度和平均有效利用时数均由峰值逐渐过渡到最低值，变动较大，因此，夏季光伏电池板满负荷发电，发电量也达到全年最高值，风力发电机在初夏基本维持正常工作状态，而在夏末工作时间远远低于有效工作时间，***输出电量基本来自太阳能发电。

在冬季，平均有效风能密度以及平均有效利用时数达到全年峰值，且基本维持在某一数值，太阳辐射量以及日平均日照数达到全年最低值，并且无较大变动，因此在冬季***输出电量基本来自风力发电。

生物质辅助发电***包括生物质电能锅炉9和生物质发电控制器10，生物质电能锅炉9连接生物质发电控制器10，生物质发电控制器10连接蓄电池11。生物质电能锅炉9包括料仓、送料机、引风机、鼓风机、锅炉炉膛和点火器，料仓经送料机连通至锅炉炉膛，锅炉炉膛内设置点火器。具体的是，生物质燃料碎屑储存于料仓中，由送料机经引风机、鼓风机送入锅炉炉膛，在点火器的作用下燃烧，燃烧释放热能，加热膨胀室内的压缩空气，压缩空气做功带动活塞上下往复运动，工作盘与活塞杆通过铰链四杆机构固连，活塞带动活塞杆上下移动时，固定杆在活塞杆的带动下，驱使曲柄转动，带动工作盘转动发电。生物质辅助发电***通过将生物质能转化为热能，再将热能转化为电能，间接实现发电功能，其与地表水源热泵供能***的工作时节一致，作为辅助发电***，生物质辅助发电***发出的电能经生物质发电控制器10的处理，直接供给地表水源热泵供能***。

农村地区生物质能源丰富，尤其是夏季、冬季，并且由于用户在夏季需要冷能供应，在冬季需要热能供应，可以弥补在地表水源热泵供能***工作时段用电负荷增大的情况，提高***工作的可靠性。春秋季节末期生物质能源即农作物秸秆达到一年峰值，此时生物质能源充足，生物质锅炉燃料充足，可以满足生物质锅炉的运行，且在夏季家庭需要冷能的供应，在冬季家庭需要热能的供应，家庭用电负荷在此时达到最高。

地表水源热泵供能***包括室外地能换热设备、地表水源热泵机组5和室内换热循环设备，室外地能换热设备连接地表水源热泵机组5，地表水源热泵机组5连接室内换热循环设备。在冬季实现供暖功能以及热水的供应，在夏季实现制冷功能。具体的是，地表水源热泵机组包括首尾依次连接的第一换热器、压缩机、第二换热器和膨胀阀。第一换热器与室外地能换热设备连接，第二换热器与室内换热循环设备连接；或，第一换热器与室内换热循环设备连接，第二换热器与室外地能换热设备连接。即，地表水源热泵机组包括两个换热器，其中，一个换热器与室外地能换热设备连接，另一个换热器与室内换热循环设备连接。具体的是，室外地能换热设备包括室外地下换热管道2，室内换热循环设备包括室内换热管道14。可采用山东江瀚中央空调有限公司LSGRM400/LSGAR240/LSGR360型号地表水源热泵产品组建地表水源热泵机组5。

如图1所示，其中，地表水源热泵供能***还包括储热水箱8，储热水箱8连接蓄电池11和家庭日常用水。储热水箱8、室内换热循环设备(即室内换热管道14)和地表水源热泵机组5通过水管首尾依次连接，室外地能换热设备(即室外地下换热管道2)的一端连接室内换热循环设备(即室内换热管道14)和地表水源热泵机组5之间的水管，另一端连接所述地表水源热泵机组5。室内换热循环设备(即室内换热管道14)和地表水源热泵机组5之间的水管上连接有自来水。储热水箱、室内换热循环设备、地表水源热泵机组和室外地能换热设备之间连接的各水管上均设置阀门，如，冷水阀1、换热冷水阀3、冷水补充阀4、热水阀6、热水供应阀7、生活热水供应阀12、供暖水阀13和循环水阀15。

图2示出本实用新型提供的多能互补供能***的地表水源热泵供能***的制冷模式工作示意图。在夏天，地表水源热泵供能***处于制冷模式，地表水源热泵505采用一个换热器充当蒸发器与室内换热循环设备连接，另一个换热器充当冷凝器与室外地能换热设备连接。具体工作原理如下：

高温高压的气体制冷剂从压缩机502出来进入冷凝器503，制冷剂向地表循环水中放出热量，冷却形成高温高压的液体制冷剂，并使地表循环水水温升高。高温高压的液体制冷剂再经过膨胀阀504膨胀成低温低压的液体制冷剂，进入蒸发器501吸收室内制冷水中的热量，蒸发成低压蒸汽制冷剂，并使室内制冷水水温降低。低压蒸汽制冷剂又进入压缩机502压缩成高温高压的气体制冷剂，如此循环在蒸发器501中获得室内制冷水。室内制冷水在室内换热管道中循环，向室内供应冷能。

图3示出本实用新型提供的多能互补供能***的地表水源热泵供能***的制热模式工作示意图。在冬天，地表水源热泵供能***处于制热模式，地表水源热泵505采用一个换热器充当冷凝器与室内换热循环设备连接，另一个换热器充当蒸发器与室外地能换热设备连接。具体工作原理如下：

高温高压的气体制冷剂从压缩机502出来进入冷凝器503，制冷剂向室内供暖水中放出热量冷却形成高温高压的液体制冷剂，并使室内供暖水水温升高。高温高压的液体制冷剂再经过膨胀阀504膨胀成低温低压液体制冷剂，进入蒸发器501吸收地表循环水中的热量，蒸发成低压蒸汽制冷剂，并使地表循环水水温降低。低压蒸汽制冷剂又进入压缩机502压缩成高温高压的气体制冷剂，如此循环在冷凝器503中获得室内供暖水。室内供暖水在室内换热管道中循环，向室内供应热能。

经调查目前农村一户普通家庭日平均用电量为3度，年平均用电量1080度，若家庭采用燃煤供暖的方式取暖，根据河南省居民住宅地的暖气收费标准为0.19元每天每平方米，河南省供暖日期大概为100天，则年取暖费用大致为5400元，取暖用煤大致在3吨左右。夏季家庭采用空调制冷，大致一天需要5.6元左右，一年制冷大致耗电量为1000度。经调查当前大多数燃煤电厂每发一度电煤耗量大致在309g，二氧化碳排放量大致在960g，因此，农村一户普通家庭平均年碳排放量为3497kg。本实用新型提供的多能互补供能***采用清洁能源太阳能及风电发电，完全没有碳排放，该***碳排放主要来自生物质燃料在燃烧时的排放，由于生物质燃料的碳排放占其燃料总质量的1.5％，因此其减排效率可达95％以上，最大的限度的减少了碳排放，达到节能减排的目的。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种多能互补供能***，其特征在于，该***包括风光互补发电***、生物质辅助发电***和地表水源热泵供能***；所述风光互补发电***包括光伏电池板、光伏控制器、风力发电机、风电控制器和逆变器，所述光伏电池板连接所述光伏控制器，所述风力发电机连接所述风电控制器，所述光伏控制器与所述风电控制器同时连接所述逆变器，所述逆变器分别连接蓄电池和电网；所述生物质辅助发电***包括生物质电能锅炉和生物质发电控制器，所述生物质电能锅炉连接所述生物质发电控制器，所述生物质发电控制器连接所述蓄电池；所述地表水源热泵供能***包括室外地能换热设备、地表水源热泵机组和室内换热循环设备，所述室外地能换热设备连接所述地表水源热泵机组，所述地表水源热泵机组连接所述室内换热循环设备。

2.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述光伏控制器与所述风电控制器还分别连接直流用电设备。

3.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述生物质电能锅炉包括料仓、送料机、引风机、鼓风机、锅炉炉膛和点火器，所述料仓经所述送料机连通至所述锅炉炉膛，所述锅炉炉膛内设置所述点火器。

4.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述地表水源热泵机组包括首尾依次连接的第一换热器、压缩机、第二换热器和膨胀阀；所述第一换热器与所述室外地能换热设备连接，所述第二换热器与所述室内换热循环设备连接；或，所述第一换热器与所述室内换热循环设备连接，所述第二换热器与所述室外地能换热设备连接。

5.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述室外地能换热设备包括室外地下换热管道。

6.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述室内换热循环设备包括室内换热管道。

7.根据权利要求1所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述地表水源热泵供能***还包括储热水箱，所述储热水箱连接所述蓄电池；所述储热水箱、所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组通过水管首尾依次连接，所述室外地能换热设备的一端连接所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组之间的所述水管，另一端连接所述地表水源热泵机组。

8.根据权利要求7所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述储热水箱、所述室内换热循环设备、所述地表水源热泵机组和所述室外地能换热设备之间连接的各所述水管上均设置阀门。

9.根据权利要求7所述的一种多能互补供能***，其特征在于，所述室内换热循环设备和所述地表水源热泵机组之间的所述水管上连接有自来水。