CN105821997A - 一种建筑一体化提水储能综合利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑一体化提水储能综合利用系统,主要由分布式可再生能源发电装置、与建筑结合的小型提水储能系统以及雨水收集、处理与利用组成。本发明一方面通过将光伏与建筑外墙结合,形成光伏幕墙,在不影响建筑物外观的情况下实现了光伏发电以及建筑物遮阳的效果,同时将小型风力发电机安装在屋顶可以实现光伏与风能发电的互补;另一方面将提水储能系统与建筑实现一体化结合,充分利用建筑物的空间,在屋顶建造蓄水池,不仅能够收集雨水进行利用、实现屋顶的隔热与散热效果,而且能够充分地实现光伏、风能等发电系统的电力储能以及负荷调节,达到建筑供能系统的持续供应以及稳定运行,实现建筑物对物质及能源的最大化利用。

Description

一种建筑一体化提水储能综合利用系统
技术领域
本发明涉及一种建筑一体化提水储能综合利用系统,具体涉及建筑一体化的分布式能源发电与提水储能的集成,利用可再生能源发电实现建筑的能量供应,以及与建筑结合的提水蓄能系统进行电能储存与负荷调节。
背景技术
我国的单位建筑能耗是发达国家相同条件下的2~3倍,能耗水平偏高,建筑能耗占社会总能耗的30%左右。积极开发可再生能源建筑是降低建筑能耗的有效途径。将太阳能、地热能、风能、生物质能等可再生能源充分合理地应用到建筑中去,特别是实现太阳能建筑一体化,对缓解现今能源紧张、环境污染问题具有重大的现实意义。
近年来,我国可再生能源在建筑中的应用与发展,对建筑中常规能源实现了一定数量上的替代,在建筑节能减排上发挥了一定的作用。同时,随着我国电力建设的发展进步以及国家电力建设的发展进步以及国家对于新能源技术领域的关注,分布式能源发电技术在我国的推广应用与发展越来越快,国家不仅建立了分布式光伏发电技术在我国的推广应用政策制度,对于小型(家庭)分布式能源的发展也给予了大力支持。
然而,分布式能源的间歇性特性极大地影响了它的发展,对于小型(家庭)分布式能源系统的并网严重地影响到电网的安全可靠运行。在分布式能源并网条件不成熟的前提下,储能成为解决分布式能源缺陷的一大途径。现有的发电装置的储能主要是采用蓄电池,其成本高、维修麻烦,维护成本高,且会造成二次污染。
抽水蓄能作为一种储能方式,其在风电场以及小水电中已有一些应用,并且更多地是作为调节电网负荷的辅助发电方式。将提水蓄能与可再生能源建筑一体化结合,充分利用建筑特点,在屋顶建造蓄水池,将可再生能源发电量转换成水的高位重力势能进行存储,并在需求时利用水轮发电机将水的重力势能转化成电能供建筑物使用,在稳定电力供应的同时实现可再生能源的完全利用以及与建筑物负荷需求的响应,同时,将提水储能系统与雨水收集处理进行结合,不仅可以满足建筑物的用水需求,节约水资源,而且对减轻城市洪涝灾害,改善城市生态环境有很大作用。
发明内容
针对分布式可再生能源发电的波动性以及储能、可再生能源与建筑一体化的问题,本发明提出一种建筑一体化提水储能综合利用系统,充分利用太阳能与风能的特点,实现太阳能光伏发电与风能发电的稳定运行及与建筑用能负荷的匹配。
为了有效地解决上面的技术问题,本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统,包括建筑物、光伏幕墙、风力发电装置、屋顶蓄水池、水轮发电机、地下低位蓄水池、提水泵以及相关附属设备;所述光伏幕墙由光伏电池组件与建筑物的建筑墙体组合而成;所述风力发电装置为小型屋顶式风力发电机,由一台或多台风机组成风力发电机组;所述提水储能系统由屋顶蓄水池、水轮发电机、地下低位蓄水池、提水泵串联而成。
本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统,其工作原理是:
首先,太阳能光伏幕墙和风能发电装置发出的电量通过逆变器将直流电转化成220V或380V的交流电后进入电力汇流中心进行调度和分配,电力汇流中心一方面对分布式能源系统的发电取到汇流保护作用,另一方面对发电量进行分配和调度;
其次,在可再生能源发电充足时,一部分发电用于建筑物内各用电设备的使用,其中多余的一部分可以并入电网,也可以通过提水储能装置进行存储,在储能时,利用电带动提水泵工作,将地下低位蓄水池中的水抽至屋顶蓄水池中,将电能转化成水的重力势能进行存储;在没有太阳或建筑物用电量较大时,则由提水储能系统发电补充建筑物用电,将屋顶蓄水池中的水经水管放至低位蓄水池中,利用水的重力热能带动水轮发电机进行做功发电;
进一步地,将提水储能系统与建筑物用水进行结合,实现屋顶蓄水与建筑用水储存的一体化集成,采用膜分离水处理方法实现对屋顶水的处理,以除去水中的杂质,经过处理的水作为建筑物的用水需求。
本发明专利的提水储能系统增加了雨水收集的功能,利用屋顶蓄水池,将雨水或建筑物内的可用的废水进行回收,一方面可以达到提水储能系统补充水的功能,同时收集的雨水还可以通过膜分离处理后供建筑使用,或在干旱季节进行备用。
本发明中,提水储能系统与建筑实现一体化,充分利用建筑空间,将屋顶蓄水池改造成高位蓄水池,同时可以将地下低位蓄水池设立于地下室,以节省空间。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)将太阳能光伏及风力发电等可再生能源与建筑进行一体化结合,不仅不会影响建筑物的美观,而且还能实现太阳能与风能等的充分利用,真正实现建筑物的低能耗甚至零能耗。
(2)利用与建筑一体化结合的提水储能可以完全取代对蓄电池的使用。
(3)与屋顶结合的蓄水池既可以进行雨水收集,在干旱天气进行利用,或经过处理后作为建筑物日常用水需求,同时屋顶蓄水池也是一天然保温隔热屋,在炎热的夏季降低屋顶温度,而在寒冷的冬季则降低屋顶的散热。
(4)与建筑结合的一体化提水储能系统可以很好地适应可再生能源发电波动匹配,同时也可以实现峰谷电价的运行,在峰值电价时利用提水储能系统发电供能,而在峰谷电价时则进行提水储能,从而降低购电成本。
附图说明
图1为本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统的结构示意图;
图2为本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统的原理示意图;
图3为本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统屋顶蓄水池剖面图;
图中:1-建筑物,2-光伏幕墙,3-风力发电装置,4-屋顶蓄水池,5-水轮发电机,6-地下低位蓄水池,7-提水泵。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统,如图1所示,包括建筑物1,光伏幕墙2、风力发电装置3、屋顶蓄水池4、水轮发电机5、地下低位蓄水池6、提水泵7以及相关附属设备。
所述光伏幕墙2由光伏电池组件与建筑物1的建筑墙体组合而成;所述风力发电装置3为小型屋顶式风力发电机,由一台或多台风机组成风力发电机组;所述提水储能系统由屋顶蓄水池4、水轮发电机5、地下低位蓄水池6、提水泵7串联而成。
所述屋顶蓄水池4,其结构为由屋顶四周的围护坝组成,分别设有排水管、出水管、自来水补水管、雨水处理管、溢流管以及溢流堰。排水管用于将地下低位蓄水池6的水经提水泵排至屋顶蓄水池4,而出水管则将屋顶蓄水池的水经水轮发电机排入低位蓄水池6中;自来水补充管用于补充屋顶蓄水池4由于蒸发而损失的水;雨水处理管用于将屋顶蓄水通入水处理中进行处理得到中水,而溢流管则用于控制屋顶蓄水池4中的水平,当收集的雨水超过一定水位时,多余的水量则漫过溢流堰进入溢流管排掉。
本发明一种建筑一体化提水储能综合利用系统,如图2所示,其工作方案是:
光伏幕墙和风力发电装置分别经过逆变器后进入汇流中心,汇流中心分别与电网、建筑物用电设备以及提水储能系统的提水泵相连,通过汇流中心可以实现电力的不同调配;提水储能系统的屋顶蓄水池分别经管道与提水泵以及水轮发电机相连,同时与水处理进行连接,而水处理则通过管道与建筑物水系统连接,屋顶将收集的雨水进行膜分离处理后提供给建筑物使用。
本发明专利的提水储能系统增加了雨水收集的功能,利用屋顶蓄水池,将雨水或建筑物内的可用的废水进行回收,一方面可以达到提水储能系统补充水的功能,同时收集的雨水还可以通过膜分离处理后供建筑使用,或在干旱季节进行备用。
本发明中,提水储能系统与建筑实现一体化,充分利用建筑空间,将屋顶蓄水池改造成高位蓄水池,同时可以将地下低位蓄水池设立于地下室,以节省空间。
本发明中所述水轮发电机5与提水泵7既可以是分体装置,也可以是一体机,即实现两者功能的结合,采用分体装置时,系统需要抽水管道和下水管道,采用一体机时,则只需一套管路,实现抽水与下水的通用;
本发明中,所述屋顶蓄水池4既可以是开放系统也可以是闭式系统,开放系统可以进行雨水收集,闭式系统能减水水蒸发损失;
本发明中所述屋顶蓄水池4的类型可以是立式、卧式、柱式以及形状可延展的容器。
针对上面的描述,本发明提供了多种运行模式:
当可再生能源发电过量时,其发电量经过直交流转换后一部分供建筑物的用电设备使用,多余的发电量则用于提水储能系统的抽水工作;
当可再生能源发电量不足时,则其发电量经过直交流转换后全部供给建筑物,不足的部分通过提水储能系统的水轮发电机进行发电提供;
当可再生能源发电系统与电网相连时,可再生能源系统的多余发电量既可以进入提水储能系统,也可以直接并入电网;
当可再生能源系统与提水储能系统均不足以提供电力时,可以直接从电网购电进行建筑物负荷需求;
当电网用电高峰时,可以利用提水储能系统进行发电上网,而在电网用电低谷时,可以利用电网电进行提水储能。
下面给出具体建筑提水储能系统的蓄能容量与屋顶蓄水池容量及水位差的设计参数:
对具体建筑而言,其屋顶蓄水池容量由可利用屋顶面积与蓄水高度所决定,而蓄水高度对屋顶承重带来一定的影响,一般应选择在设计承重范围内。
尽管上面结合图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以作出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种建筑一体化提水储能综合利用系统,包括建筑物1、光伏幕墙2、风力发电装置3、屋顶蓄水池4、水轮发电机5、地下低位蓄水池6、提水泵7以及相关的附属设备;其特征在于:
所述光伏组件与建筑物1的墙体结合形成光伏幕墙2,风力发电装置3安装在建筑物1的屋顶,由一台或多台组成,光伏幕墙2与风力发电装置3的发电分别经过逆变器后进入电力汇流中心,汇流中心分别与电网、提水泵以及建筑物的用电设备相连;
所述提水储能系统的屋顶蓄水池4、水轮发电机5、地下低位蓄水池6以及提水泵7依次串联;
所述提水储能系统的屋顶蓄水池4通过管道与阀门与水处理相连,水处理通过管道与建筑物中水用水系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种建筑一体化提水储能综合利用系统,其特征在于,所述可再生能源发电可以是光伏幕墙2与风力发电装置3以及其它能源的一种或多种的组成。
3.根据权利要求1所述的一种建筑一体化提水储能综合利用系统,其特征在于,所述水轮发电机5与提水泵7既可以是分体装置,也可以是一体机,即实现两者功能的结合,采用分体装置时,系统需要抽水管道和下水管道,采用一体机时,则只需一套管路,实现抽水与下水的通用。
4.根据权利要求1所述的一种建筑一体化提水储能综合利用系统,其特征在于,所述屋顶蓄水池4既可以是开放系统也可以是闭式系统,开放系统可以进行雨水收集,闭式系统能减少水蒸发损失。
5.根据权利要求1所述的一种建筑一体化提水储能综合利用系统,其特征在于,所述屋顶蓄水池4的类型可以是立式、卧式、柱式以及形状可延展的容器。
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