CN101876480A - 一种分布式新能源城镇能源供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式新能源城镇能源供应系统，采用在一个城镇区域内通过分布在不同区域、不同建筑物或非建筑物上的新能源采集单元实现能源的生成，通过集中或分布在不同的区域的能源储存单元和/或集中的能源储存单元系统实现能源的储存，通过一个共同使用的中央传输、控制、计量的系统，实现能源的传输、控制、计量，通过一个应用系统实现能源的应用，从而实现城镇的能源供应。本发明解决了新能源特别是太阳能、浅层地表热能等低品味的能源的采集所需的占地问题，因地制宜的实现能源的生成，避免在一个集中区域的占地；同时使得独立的采集单元可以将采集的能源传输到需要的应用单元，这样可以实现一个城镇区域内的能源采集以及应用。

Description

一种分布式新能源城镇能源供应系统

技术领域

本发明涉及新能源、可再生能源、传统能源的利用，包括利用新能源、可再生能源的分布采集，传统能源进行补充，实现工业、农业、建筑、商业、旅游、军事、航空航天、服务行业的应用。

背景技术

可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。世界断言，石油，煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。联合国开发计划署(UNDP)把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)；穿透生物质能。

一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。广义新能源将主要包涵了以下几个方面：1、高效利用能源；2、资源综合利用；3、可再生能源；4、代替能源；5、核能；以及6、节能。

可再生能源、新能源、与传统能源已经在城镇广泛使用，其中太阳能分为低温、中温以及高温使用，低温的热水应用技术已经成熟，主要产品形式是太阳能的热水器，采用真空玻璃管技术进行吸热后加以利用，在此种应用中，有采用将热管插入到真空玻璃管内部将热量传递到外部获得太阳能的技术。太阳能低温的光伏发电发展迅猛，单晶硅、多晶硅、薄膜电池都已经实现了规模化应用，以及聚焦光伏发电，采用跟踪系统实现光伏但是由于成本高，需要国家的补贴才能实现规模的应用。太阳能高温的应用主要是槽式、蝶式以及塔式的应用，可以实现高温的发电以及高温的其他应用。现有太阳能的中高温度的太阳灶应用，主要采用反射板对太阳进行反射，将太阳能直接聚焦到一个灶具上，实现对太阳能的利用，在此种技术没有办法对太阳能进行收集以便于夜间及阴雨天应用，更不可能对其进一步的其他方式的应用。除此之外，生物质以及沼气的应用也在不同的区域开展起来；利用浅层地表热能为主要的热泵技术将地热能进行了利用。

现有的可再生能源、新能源的利用主要是单户的应用，或者是每个单元的小规模化的应用，不能成为城镇能源供应的主体，现有的城镇电力主要是采用传统能源为主的电站输送到城镇使用，在寒冷地区的冬季供暖主要是采用家庭型的自己供暖或者采用热力公司的集中供暖，但是主要是采用煤为能源；电力与热力公司是分开进行供应的系统，家庭和单元不能成为能源的采集和提供方，因而限制了在城镇地区应用新能源、可再生能源实现对城镇能源的供应。

传统能源生产利用形态造成了一系列的问题，首先是终端能源利用效率无法提高，转换系统加大，输送能源的电网、热网、管网等都要加大，中间损失自然http://www.studa.net/lixue/会规模利用资源，一方面造成小规模的资源被忽略或浪费，另一方面被资源的规模所局限，造成可利用资源的供应出现瓶颈；其三是由于效率无法提高，导致环境污染加剧。特别是集中排放二氧化硫造成酸雨问题和大量排放温室气体导致全球变暖。全球温度升高，海平面上升，造成极端气候变化频发，不是酷暑就是严寒，又进一步加大了能源的消耗，整个能源系统和生态系统同时陷入恶性循环；其四是安全问题，大电网和超高压输电为供电安全带来了极大的隐患，造成大面积停电事故频发等问题，脆弱的电网成为恐怖分子和敌对势力要挟的把柄，成为悬在现代http://www.studa.net/dangdai/文明头上的摯锬 死菇；再则，这种规模化的调动社会和民众的积极性来参与节约和优化系统能源，使能源的经营者成为孤家寡人和众矢之的。因此，人类需要在能源问题上寻找到一条新的出路，需要有多种新的能源转换和利用形态，建立多源新的能源供应体系，创造多维的能源交易机制来解决人类文明的动力问题，减少污染排放，实现可持续的发展。

发明内容

本发明的目的就是提供一种分布式新能源城镇能源供应系统，采用在一个城镇区域内，含有至少一个新能源生成系统，通过分布在不同区域、不同建筑物或非建筑物上的新能源采集单元实现能源的生成，通过集中或分布在不同的区域的能源储存单元和/或集中的能源储存单元系统实现能源的储存，通过一个共同使用的中央传输、控制、计量的系统，实现能源的传输、控制、计量，通过一个应用系统实现能源的应用，从而实现城镇的能源供应。采用分布在不同的区域的新能源采集系统实现能源的分布采集，解决了新能源特别是太阳能、浅层地表热能等低品味的能源的采集所需的占地问题，可以实现因因地制宜的实现能源的生成，通过集中和分布的能源储存实现能源的储存，避免在一个集中区域的占地；通过单项或双向的能源传输实现能源的传输、计量、控制，使得独立的采集单元可以将采集的能源传输到需要的应用单元，这样可以实现一个城镇区域内的能源采集以及应用。

具体发明内容如下：

一种分布式新能源城镇能源供应系统，包括新能源生成系统、能源应用系统、能源传输控制计量系统，其特征是：在一个城镇区域内，含有至少一个新能源生成系统，通过分布在不同区域、不同建筑物或非建筑物上的新能源采集单元实现能源的生成，通过集中或分布在不同的区域的能源储存单元和/或集中的能源储存单元系统实现能源的储存，通过一个共同使用的中央传输、控制、计量的系统，实现能源的传输、控制、计量，通过一个应用系统实现能源的应用，从而实现城镇的能源供应。

任何新能源的生成形式都可以应用于本系统中，但是通常可以选用至少下列之一实现新能源的采集生成：

A、太阳能光电系统：即所有的太阳能光伏转换技术，包括单晶、多晶、薄膜、非晶硅太阳能电池板，以及聚焦跟踪的太阳能光伏电池板；

B、太阳能光热系统，包括所有的太阳能生成热能的系统，如低温的太阳能热水器、太阳能灶；槽式、蝶式、塔式太阳能热能采集及发电系统；

C、太阳能光电光热系统，包括所有的太阳能生产电能以及热能的系统，如聚焦光伏光热系统；

D、地热；

E、浅层地表热能利用；

F、地表水源空调系统；

G、生物质发电；包括垃圾、农业生物质、人类粪便等生物质利用；

H、沼气池；

还有传统能源进行补充，以便在特殊气候进行补充，其能源方式可以选择下列之一：

A、煤：

B、油：

C、气：

D、电。

设置有一个中央传输控制系统，实现能源的传输，分布在不同的区域的能源生成采集单元，可以将其采集生成的能源输送到中央传输系统中，实现能源的传输；在中央传输控制系统上设置有计量、结算系统，可以实现对分布的新能源采集单元和/或应用单元进行计量、结算，通过对每一个单元的采集流入量以及流出量的计量及结算，以实现能源的收费，其计量为单向由中央采集系统传输到单元应用系统，和/或双向的由中央采集系统传输到单元应用系统以及同时具备由单元采集向中央采集系统实现传输。

在中央传输控制系统中传输的能源分为电能、热能、沼气三种形式；实现能源的传输、储存、控制，通过埋入到地面以下的中央传输管道实现电能、热能及沼气的中央传输，优选多功能一体化管道系统实现电能、热能、沼气的传输，以及通讯管道等一体化的传输；仅需要进行一次的地面挖掘，就可以实现多种管道的铺设，主管道与分布的能源采集生成单元连接，或者采用电能、热能及气体(沼气)中的至少一种管道在地面以下进埋入管道传输其中太阳能产生的发电采用并网或组建的局部微网实现电力传输。

热能储存器件设置在建筑物内、建筑顶、地面以下，在热能储存器件中设置有蓄热材料，蓄热材料周围设置有保温材料，将热能进行储存；电能的储存采用蓄电池；系统中优先采用热能实现能源的储存。

为每一个能源应用单元提供的能源形式为电能和/或热能和/或可燃气体，主要的应用系统为工业、农业、建筑、商业、旅游、军事、航空航天、服务行业的至少之一。

电能消费为采用电能为能源的设备，包括照明灯、电锅炉、空调、热泵、电暖器、家电产品、电驱动的动力设备、计算机设备。

热能利用设备选自下列之一：

A、灶，实现采用热能的烹饪；

B、暖气片，实现建筑物、设施农业的供暖；

C、热水器，提供热水；

D、热泵；

E、制冷机组；将热能转换为冷；

F、将热能转化为电能的设备，将热能转换为电能；

热能的传输控制系统将热量在新能源采集单元、传输控制系统、能源利用单元、热能储存单元之间实现热能的传输、控制，其换热、传热系统采用下列结构进行热能传递：

A、通过强制循环的流体(26)进行传热，并设置有循环泵；

B、通过热管技术；

采用下列结构之一通过热管进行吸热、传热、换热：

A、普通热管：其蒸发端直接进行对太阳能的接收，冷凝端与一个强制循环流动的流体进行换热；

B、整体热管：将多个光学镜对应的不同的热管的太阳能吸热部分相互并联到一个垂直的管道上，组成为整体热管的蒸发端，其共同拥有一个冷凝端，冷凝端蓄热器和/或蒸汽锅炉连接，将热能进行储存或直接用于产生蒸汽；

C、分离式循环热管：将多个光学镜对应的不同的热管的太阳能吸热部分进行串联，组成为一个共同热管的蒸发端，其共同拥有一个冷凝端，冷凝端蓄热器和/或蒸汽锅炉连接，将热能进行储存或直接用于产生蒸汽；

D、可连接热管：通过热管的可连接结构将热管进行连接，构成热管的体系；

E、环路热管；

F、脉冲热管：将热管进行串联，选取不同的连接段成为冷凝端，构成脉冲自震荡热管的结构；

G、循环自激振荡热管。

此种结构的优点为：

1、采用本发明公布的太阳能的跟踪系统，可以实现将热管技术完美的与光学镜系统结合，便于太阳能的中高温的综合利用；

2、可以便于实现阵列的太阳能的利用，实现不同的太阳能产品的高效的大规模的利用；

3、同时可以实现利用热管技术，便于构成为热管的网络体系，进行热能的高效的传输和利用；

附图说明

图1：分布式小城镇新能源供应系统

图2：分布式城市新能源供应系统

图中数字含义为：

1：单元采集生成系统，2：中央采集生成系统，3：单元能源储存系统，4：中央能源储存系统，5：中央能源传输控制计量系统，6：单元能源应用系统，7：单元太阳能光伏电站，8：中央太阳能光伏电站，9：单元太阳能光热采集系统，10：中央太阳能光热采集系统，11：中央太阳能热电站，12：中央蓄热系统，13：中央太阳能热发电系统，14：中央沼气生成系统，15：中央电力传输控制计量系统，16：中央热力传输控制计量系统，17：中央沼气传输控制计量系统，18：单元能源传输控制计量系统。

具体实施方式：

实施例一：分布式小城镇新能源供应系统

如图1所示，本系统为适合于小城镇特别是中国1887个重点小城镇使用的新能源供应系统，采用4个单元的新能源采集系统(1)，实现新能源的采集，在每个单元的采集生成系统中设置有单元的控制计量装置(19)，通过中央能源传输控制系统实现能源的传输，在系统中还设置有中央采集生成系统(2)，以及单元能量储存系统和中央能源储存系统，能源通过中央传输控制计量系统(5)进行传输控制及计量，本供应系统实现对两个单元的能源应用系统(6)提供能源的供应。

实施例二：分布式城市新能源供应系统

如图2所示，本系统适合于城市的新能源供应，本系统的中央传输控制计量系统采用一个一体化的管道系统，该系统被埋入到地面以下，一体化管道系统设置有电、热、气三种管道，分别传输电能、热能以及沼气，采集系统由三个太阳能光电采集系统(7)以及一个中央太阳能光伏采集系统(8)，三个在建筑上设置的建筑一体化的太阳能光热采集系统(9)，以及一个中央沼气生成系统(14)构成，三个太阳能光热采集系统采集的热能通过中央传输系统传输到中央储存装置(4)上，然后通过中央太阳能光发电系统(11)进行发电后，以电能的形式将能源提供给中央传输计量控制系统(5)，电、热、气通过中央传输控制计量系统将能源传输给三个单元应用系统(6)，实现在不同的区域的能源供应。

Claims (10)

1.一种分布式新能源城镇能源供应系统，包括新能源生成系统、能源应用系统、能源传输控制计量系统，其特征是：在一个城镇区域内，含有至少一个新能源生成系统，通过分布在不同区域、不同建筑物或非建筑物上的新能源采集单元实现能源的生成，通过集中和或分布在不同的区域的能源储存单元和/或集中的能源储存单元系统实现能源的储存，通过一个共同使用的中央传输、控制、计量的系统，实现能源的传输、控制、计量，通过一个应用系统实现能源的应用，从而实现城镇的能源供应。

2.根据权利要求1所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：新能源采集系统为至少下列之一：

A、太阳能光电系统：

B、太阳能光热系统；

C、太阳能光电光热系统；

D、地热；

E、浅层地表热能利用；

F、地表水源空调系统；

G、生物质发电；

H、沼气池；

3.根据权利要求2所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：还有传统能源进行补充，以便在特殊气候进行补充，其能源方式可以选择下列之一：

A、煤：

B、油：

C、气：

D、电。

4.根据权利要求1所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：设置有一个中央传输控制系统，实现能源的传输，分布在不同的区域的能源生成采集单元，可以将其采集生成的能源输送到中央传输系统中，实现能源的传输；在中央传输控制系统上设置有计量、结算系统，可以实现对分布的新能源采集单元和/或应用单元进行计量、结算，通过对每一个单元的采集流入量以及流出量的计量及结算，以实现能源的收费，其计量为单向由中央采集系统传输到单元应用系统，和/或双向的由中央采集系统传输到单元应用系统以及同时具备由单元采集向中央采集系统实现传输。

5.根据权利要求1所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：在中央传输控制系统中传输的能源分为电能、热能、沼气三种形式；实现能源的传输、储存、控制，通过埋入到地面以下的中央传输管道实现电能、热能及沼气的中央传输，优选多功能一体化管道系统实现电能、热能、沼气的传输，以及通讯管道等一体化的传输；主管道与分布的能源采集生成单元连接，或者采用电能、热能及气体中的至少一种管道在地面以下进埋入管道传输，其中太阳能产生的发电采用并网或组建的局部微网实现电力传输。

6.根据权利要求5所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：热能储存器件设置在建筑物内、建筑顶、地面以下，在热能储存器件中设置有蓄热材料，蓄热材料周围设置有保温材料，将热能进行储存；电能的储存采用蓄电池；系统中优先采用热能实现能源的储存。

7.根据权利要求1所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征：为每一个能源应用单元提供的能源形式为电能和/或热能和/或可燃气体，主要的应用系统为工业、农业、建筑、商业、旅游、军事、航空航天、服务行业的至少之一；电能消费为采用电能为能源的设备，包括照明灯、电锅炉、空调、热泵、电暖器、家电产品、电驱动的动力设备、计算机设备。

8.根据权利要求1-7所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：热能利用设备选自下列之一：

A、灶，实现采用热能的烹饪；

B、暖气片，实现建筑物、设施农业的供暖；

C、热水器，提供热水；

D、热泵；

E、制冷机组；将热能转换为冷；

F、将热能转化为电能的设备，将热能转换为电能；

9.根据权利要求1所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：热能的传输控制系统将热量在新能源采集单元、传输控制系统、能源利用单元、热能储存单元之间实现热能的传输、控制，其换热、传热系统采用下列结构进行热能传递：

A、通过强制循环的流体进行传热，并设置有循环泵；

B、通过热管技术；

10.根据权利要求9所述的一种分布式新能源城镇能源供应系统，其特征是：采用下列结构之一通过热管进行吸热、传热、换热：

A、普通热管：其蒸发端直接进行对太阳能的接收，冷凝端与一个强制循环流动的流体进行换热；

B、整体热管：将多个光学镜对应的不同的热管的太阳能吸热部分相互并联到一个垂直的管道上，组成为整体热管的蒸发端，其共同拥有一个冷凝端，冷凝端蓄热器和/或蒸汽锅炉连接，将热能进行储存或直接用于产生蒸汽；

C、分离式循环热管：将多个光学镜对应的不同的热管的太阳能吸热部分进行串联，组成为一个共同热管的蒸发端，其共同拥有一个冷凝端，冷凝端蓄热器和/或蒸汽锅炉连接，将热能进行储存或直接用于产生蒸汽；

D、可连接热管：通过热管的可连接结构将热管进行连接，构成热管的体系；

E、环路热管；

F、脉冲热管：将热管进行串联，选取不同的连接段成为冷凝端，构成脉冲自震荡热管的结构；

G、循环自激振荡热管。

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