CN105952535A - 一种连续性复合能源供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续性复合能源供应系统，包括分布式能源系统、光伏大棚系统、并网系统、输出端连接到并网系统的电能存储装置。该系统源利用效率达到85％以上，符合我国关于发展热能梯级利用和能源梯级利用的法律、政策要求。解决了光伏大棚因环境温度、气候条件的制约，突破了原先光伏农业发展的瓶颈，为绿色农业生产提供了新路径、新方向。

Description

一种连续性复合能源供应系统

技术领域

本发明涉及天然能源和再生能源领域，具体地说涉及一种连续性复合能源供应系统。

背景技术

光伏农业大棚是太阳能光伏发电、智能控制、现代高科技种植为一体的温室大棚。太阳能光伏发出的电力，直接为农业温室进行补光，并直接支持温室大棚农业设备的正常运行，驱动水资源灌溉，同时解决冬季温室大棚供暖，提高大棚温度，促进作物快速增长。光伏农业大棚的应用极大的改进了大棚种植的能源供应方式，不但符合绿色低碳的发展形式，同时从长期发展的角度考虑，减少了温室大棚种植的经济成本。但是单一的光伏能源供应方式受阴雨天、夜晚或特殊天气等环境的影响，难以得到广泛推广，且受限于成本和效益的控制，难以形成大面积的推广。

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷、热、电三联供等方式实现能源的梯级利用，在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应。由于天然气本身是清洁、环保的优质能源，燃烧产生有害气体含量非常低，尤其是二氧化硫，而且几乎无粉尘烟尘产生，也不增加固体废物的处理成本。因此，天然气分布式能源具有投资成本低、污染物排放系数小、能源利用率高、启动速度快等优势，目前正作为城市电网启动电源、靠近用户端避免输送电损失等方面进行应用，具有较快发展趋势。但天然气分布式能源是一种建立在用户侧的独立的能源供应系统，用户的能源需求是随季节、昼夜和使用时刻呈现周期的变化规律，而供给侧分布式供能的技术特性则相对稳定。正是由于这种供给侧与需求侧的矛盾，使得目前天然气分布式能源系统面临要么停运、要么长期低效运行的尴尬局面。此外，由于天然气存在资源少、价格高、分布不均等问题，天然气分布式能源的推广应用受到了限制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种以天然气为燃料的天然气分布式能源和以太阳能发电的光伏农业大棚式的可再生能源分布式能源系统相结合的连续性复合型能源供应系统。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种连续性复合能源供应系统，包括分布式能源系统、光伏大棚系统、并网系统、输出端连接到并网系统的电能存储装置、以及用于远程监控与实时控制分布式能源系统和光伏大棚系统的过程监控系统；所述分布式能源系统包括原动机、向电能存储装置输送电力的发电机、用于储备烟气余热和缸套水余热的热水箱；所述光伏大棚系统包括光伏大棚、向电能存储装置输送电力的光伏组件、连接热水箱的调温水箱、以及设于光伏大棚地下并通入调温水箱循环水的地下保温循环装置。

所述分布式能源系统设有用于对原动机缸套水余热进行回收的板式换热器。所述板式换热器主要用来对原动机的循环缸套水进行余热回收，转换成热能为光伏大棚供暖，提高能源利用效率。一般经过烟气余热回收和缸套水余热回收后，总的能源利用效率可达85％以上。

所述分布式能源系统设有用于对烟气余热进行回收的烟气换热器。所述烟气换热器主要对原动机的高温烟气进行余热回收，使烟气温度降至100℃～130℃，通过循环水转换成热能为农业大棚供暖，提高能源综合利用效率。

所述烟气换热器出口端设有二氧化碳分离器并连通到光伏大棚。所述二氧化碳分离器可以提取烟气中的二氧化碳，使烟气余热温度降至20℃～30℃后供应给农业大棚，为农作物提供生长所需要的二氧化碳，缩短生长周期。

作为本发明的进一步优化，所述分布式能源系统还设有燃气锅炉，燃气锅炉的输出端分别连接烟气换热器和热水箱。燃气锅炉主要用来给分布式能源系统供热提供补充能源，以及在原动机做维护保养或故障时起到继续给光伏大棚供热的作用。

所述原动机为燃气内燃机，所述燃气内燃机输入端连接液化天然气储罐，并连接冷水塔，为高速传动的燃气内燃机提供缸套冷却循环水。液化天然气储罐可以依据光伏大棚是否有管道天然气通达而进行配置，依据用气量情况设计，满足至少24小时内的用气储存容量。液化天然气储罐配备有气化处理系统，主要用来辅助液化天然气储罐将液态天然气化，为燃气内燃机提供天然气燃料。具体结构包括气化器(空温式气化器或电加热式气化器)、温度计、压力表、安全阀、截止阀、减压阀。

所述光伏大棚包括大棚骨架、铺设于骨架表面的塑料薄膜或玻璃、LED灯、以及隔热材料制成的保温墙体。所述LED灯包括但不限于照明用LED灯和补光用LED灯，可发出红光或蓝紫光，增加植物的光合作用，促进有机农作物快速生长，增加经济效益。

所述大棚骨架为中间高、两边低的形状，在光伏大棚的阴侧安装有升降支架和光伏组件。所述升降支架包括前支撑件、后支撑件、连接前支撑件和后支撑件的横档、设于后支撑件顶端的升降柱、以及与前支撑件顶端和升降柱顶端铰接并安装有光伏组件的顶板，从而使顶板围绕前支撑进行角度转动调节，控制光伏组件的角度。为了保证升降支架支撑的稳定性，所述前支撑件设有两个，通过横档与后支撑件形成活动连接的三角形支撑结构。

所述地下保温循环装置包括与热水箱相连的调温水箱、与调温水箱进水口和出水口连接的循环水管网、以及循环水泵，所述循环水管网铺设于农业大棚的地下土壤中。

所述电能存储装置用来存储转变光伏组件产生的电能，包括直流电能充放电控制器、交流电转换逆变器、高低压配电装置控制系统，电缆及桁架，防雷和接地。

所述过程监控系统，包括温度及光传感器、控制电路、执行机构等，具有系统运行参数显示、定时启停燃气机组、电脑和手机远程监控与实时控制等功能，主要用于实时监控光伏发电系统与分布式能源系统的运行状态，并根据太阳光照等热电输出情况进行两个系统的自动切换，确保温室农作物能够连续不间断地获得生长所需的光照与热能，以获得最大的经济效益。

过程控制系统分别与光伏大棚、分布式能源系统、电能存储装置、并网系统连接，其中，通过光伏站电气柜与光伏大棚的光伏组件连接，通过分布式能源系统电气柜与分布式能源系统连接。

所述并网系统，主要作用是完成光伏系统及燃气机组与市电并网的功能。光伏大棚用连续性新能源供应系统所产出的电能除了满足农业大棚使用外，余电部分并网后供给电网。

本发明的技术方案将天然气分布式能源与光伏农业大棚完美结合，可以根据每种农作物的生长周期进行细化，精耕细作，保证精准的生长周期，真正做到科技农业、农业现代化。白天由太阳能光伏发电，所发电量，可以支持大棚的灌溉系统，对农作物进行补光、解决温室大棚冬季供暖需求，提高大棚温度，促使农作物快速生长。夜晚或连续阴雨天气情况下由天然气分布式系统发电，支持温室大棚的供暖，提高大棚温度。所提供的过程控制监控软件，可根据各地区的太阳光照情况设定自动切换运行时间，能实现现场无需人员值守、能在两种系统内根据设定时间自动启停和自动切换的控制、能实现远程电脑和手机控制、能实现故障报警、自动保护停机，可保证大棚农作物能够连续不间断地获得生长所需的光照与热能，以获得最大的经济效益。在解决农业大棚自身的用电需求后，系统所产生的余电可以并网上传，以获得最大的经济效益。

天然气本身是清洁、环保的优质能源，燃烧产生有害气体含量非常低，尤其是二氧化硫，而且几乎无粉尘烟尘产生，也不增加固体废物的处理成本。分布式能源系统能源利用效率达到85％以上，完全符合国家关于发展热能梯级利用和能源梯级利用的法律、政策要求。因此，本发明将会推动光伏农业的快速发展，解决了光伏大棚因环境温度、气候条件的制约，突破了原先光伏农业发展的瓶颈，为绿色农业生产提供了新路径、新方向。

附图说明

图1为本发明提供的农业大棚用连续性复合型能源供应系统平面示意图；

图2为本发明提供的农业大棚截面示意图；

图3为本发明提供的天然气分布式能源原理图；

图4为本发明过程控制系统的连接关系图；

图5为本发明升降支架的结构示意图；

图6为本发明升降支架前支撑件和后支撑件的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

一种农业大棚用连续性复合能源供应装置，包括分布式能源系统100、光伏大棚系统200、过程监控系统300、电能存储装置400和并网系统500。

分布式能源系统100包括天然气源110、燃气机组120、烟气换热器130、热水箱140、板式换热器150、二氧化碳分离器160、燃气锅炉170。

燃气机组120包括燃气内燃机、发电机和冷水塔121。燃气锅炉170的烟道出口与烟气换热器130连接。燃气锅炉170主要用来给分布式能源系统供热提供补充能源，以及在燃气内燃机做维护保养或故障时起到继续给农业大棚供热的作用。

板式换热器150与热水箱140连通，用于对燃气内燃机的循环缸套水进行余热回收，转换成热能为光伏大棚供暖，提高能源利用效率。一般经过烟气余热回收和缸套水余热回收后，总的能源利用效率可达85％以上。

烟气换热器130与空气保温装置之间设有二氧化碳分离器160。二氧化碳分离器160可以提取烟气中的二氧化碳，使烟气余热温度降至30℃后通入农业大棚内使用。

燃气机组和光伏组件与电能存储装置400连接；烟气换热器130的空气输出端与空气保温装置连接，烟气换热器130的循环水输出端与热水箱140连接；热水箱140与地下保温循环装置230连通

天然气源优选为液化天然气储罐，通过农业大棚是否有管道天然气通达而进行配置，依据用气量情况设计，满足至少24小时内的用气储存容量。液化天然气储罐配备有气化处理系统，主要用来辅助液化天然气储罐将液态天然气化，为燃气内燃机提供天然气燃料。具体结构包括气化器(空温式气化器或电加热式气化器)、温度计、压力表、安全阀、截止阀、减压阀。

光伏大棚系统包括光伏大棚210、光伏组件220、空气保温装置、地下保温循环装置230；光伏大棚210包括大棚骨架、铺设于骨架表面的塑料薄膜或玻璃、LED灯211、以及隔热材料制成的保温墙体212。LED灯包括但不限于照明用LED灯和补光用LED灯，可发出红光或蓝紫光，增加植物的光合作用，促进有机农作物快速生长，增加经济效益。大棚骨架为中间高、两边低的形状，在光伏大棚的阴侧安装有升降支架和光伏组件220。升降支架包括前支撑件213、后支撑件214、连接前支撑件213和后支撑件214的横档215、设于后支撑件214顶端的升降柱216、以及与前支撑件213顶端和升降柱216顶端铰接并安装有光伏组件的顶板217，从而使顶板围绕前支撑进行角度转动调节，控制光伏组件的角度。为了保证升降支架支撑的稳定性，前支撑件设有两个，通过横档215与后支撑件形成活动连接的三角形支撑结构。地下保温循环装置230包括与热水箱140相连的调温水箱231、与调温水箱231进水口和出水口连接的循环水管网232、以及循环水泵233，循环水管网232铺设于农业大棚的地下土壤中。

电能存储装置400的输出端连接到并网系统500，用来存储转变光伏组件产生的电能，包括直流电能充放电控制器、交流电转换逆变器、高低压配电装置控制系统、电缆及桁架，防雷和接地。

过程监控系统300用于远程监控与实时控制分布式能源系统100和光伏大棚系统200。过程控制系统300通过光伏站电气柜310与光伏大棚的光伏组件220连接，通过分布式能源系统电气柜320与分布式能源系统100连接。过程监控系统300包括温度及光传感器、控制电路、执行机构等，具有系统运行参数显示、定时启停燃气机组、电脑和手机远程监控与实时控制等功能，主要用于实时监控光伏发电系统与分布式能源系统的运行状态，并根据太阳光照等热电输出情况进行两个系统的自动切换，确保温室农作物能够连续不间断地获得生长所需的光照与热能，以获得最大的经济效益。

过程控制系统分别与光伏大棚、分布式能源系统、电能存储装置、并网系统连接，其中，通过光伏站电器柜与光伏大棚的光伏组件连接，通过分布式能源系统电器柜与分布式能源系统连接。

本发明将天然气分布式能源与光伏农业大棚完美结合，可以根据每种农作物的生长周期进行细化，精耕细作，保证精准的生长周期，真正做到科技农业、农业现代化。白天由太阳能光伏发电，所发电量，可以支持大棚的灌溉系统，对农作物进行补光、解决温室大棚冬季供暖需求，提高大棚温度，促使农作物快速生长。夜晚或连续阴雨天气情况下由天然气分布式系统发电，支持温室大棚的供暖，提高大棚温度。所提供的过程控制监控软件，可根据各地区的太阳光照情况设定自动切换运行时间，能实现现场无需人员值守、能在两种系统内根据设定时间自动启停和自动切换的控制、能实现远程电脑和手机控制、能实现故障报警、自动保护停机，可保证大棚农作物能够连续不间断地获得生长所需的光照与热能，以获得最大的经济效益。在解决农业大棚自身的用电需求后，系统所产生的余电可以并网上传，以获得最大的经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：包括分布式能源系统、光伏大棚系统、并网系统、输出端连接到并网系统的电能存储装置、以及用于远程监控与实时控制分布式能源系统和光伏大棚系统的过程监控系统；所述分布式能源系统包括原动机、向电能存储装置输送电力的发电机、用于储备烟气余热和缸套水余热的热水箱；所述光伏大棚系统包括光伏大棚、向电能存储装置输送电力的光伏组件、连接热水箱的调温水箱、以及设于光伏大棚地下并通入调温水箱循环水的地下保温循环装置。

2.根据权利要求1所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述分布式能源系统设有用于对原动机缸套水余热进行回收的板式换热器。

3.根据权利要求1所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述分布式能源系统设有用于对烟气余热进行回收的烟气换热器。

4.根据权利要求3所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述烟气换热器出口端设有二氧化碳分离器并连通到光伏大棚。

5.根据权利要求3所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述分布式能源系统还设有燃气锅炉，燃气锅炉的输出端分别连接烟气换热器和热水箱。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述原动机为燃气内燃机，所述燃气内燃机输入端连接液化天然气储罐。

7.根据权利要求1所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述光伏大棚包括大棚骨架、铺设于骨架表面的塑料薄膜或玻璃、LED灯、以及隔热材料制成的保温墙体。

8.根据权利要求7所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述大棚骨架为中间高、两边低的形状，在光伏大棚的阴侧安装有升降支架和光伏组件。

9.根据权利要求8所述的一种农业大棚用连续性复合能源供应装置，其特征在于：所述升降支架包括前支撑件、后支撑件、连接前支撑件和后支撑件的横档、设于后支撑件顶端的升降柱、以及与前支撑件顶端和升降柱顶端铰接并安装有光伏组件的顶板。

10.根据权利要求9所述的一种农业大棚用连续性复合能源供应装置，其特征在于：所述前支撑件设有两个，通过横档与后支撑件形成活动连接的三角形支撑结构。

11.根据权利要求7所述的一种农业大棚用连续性复合能源供应装置，其特征在于：所述地下保温循环装置包括与热水箱相连的调温水箱、与调温水箱进水口和出水口连接的循环水管网、以及循环水泵，所述循环水管网铺设于农业大棚的地下土壤中。

12.根据权利要求1所述的一种连续性复合能源供应系统，其特征在于：所述电能存储装置包括直流电能充放电控制器、交流电转换逆变器、高低压配电装置控制系统，电缆及桁架，防雷和接地。