CN106052186A - 一种小型家用分布式能源冷热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，包括智能管理单元及与其相连的燃机单元、供冷单元、供热单元和供电单元；燃机单元包括依次相连的LNG储罐、LNG气化器(3)及燃机(4)；供热单元包括供热换热器(5)及热水箱(6)，该热水箱(6)通过供热换热器(5)与燃机(4)进行热交换；供冷单元包括供冷换热装置(12)和用冷设备(9)，用冷设备(9)通过供冷换热装置(12)与LNG气化器(3)发生热交换；供电单元包括发电机(10)和用电设备(13)，发电机(10)与燃机(4)连接。与现有技术相比，本发明在市电基础上提供冷热电三联供能源解决方案，同时能接入可再生能源，提高了能源使用效率。

Description

一种小型家用分布式能源冷热电联供系统
技术领域
本发明属于清洁能源高效利用应用技术领域，涉及一种小型家用分布式能源冷热电联供系统。
背景技术
天然气是我国“十三五”期间能源结构调整的重要组成元素，是一次能源清洁利用转型的重要承担者。未来伴随科学技术进一步提升，我国将会以西气东输管道，海上与陆上运输诸多方式组成天然气生产与生活的重要保障网络，供应着30％的电力及其它工业生产需求，还有40％以上的城市居民生活需求。
然而令人遗憾的是，广大农村边远地区居民由于天然气管网尚未或者无法铺设等原因，依然使用落后的煤炭、柴禾秸秆等，燃烧效率低且环境污染大，是造成当地局部区域PM10、PM2.5超标、空气污染问题的主要原因之一，如何寻找一种合理的能源及其对应的高效利用方式，是帮助解决这部分居民的生活清洁高效用能，也是国家能源结构调整、节能减排的主要工作内容。
天然气分布式能源以其超高的综合能源利用效率(70％以上)，以及方便在负荷中心就近实现能源供应成为现代能源供应方式。燃气分布式能源系统可以发电还可以提供冷、热水供应，使居民家庭用能水平、用能条件、生活舒适度都可以得到显著改善，同样也非常适合农村地区居民使用，使之成为取代柴薪的一种高效能源利用系统。
但一直以来，由于许多欠发达的农村地区，特别是边远山区、农牧区、海岛渔村等没有天然气管网的地方，受人口分布密度小、天然地理条件限制等因素造成初期管网建设周期长，投资大，如果贸然大规模实施天然气管网建设，会使得能源最终送达农户的成本显著增加而不经济，所以如何采用一种经济的方式，将天然气送达边远地区，并与小型分布式能源站结合，为这些地方的居民特别是农民、牧民、渔民提高用能水平、完善用能条件、提升生活舒适度是个异常艰巨的挑战。
一般而言，解决这一问题最合理途径就是利用液化天然气(LNG)方式，利用其易于运输的物化性质进行陆路运输，突破没有管网的客观限制。但是由于液化天然气(LNG)也需要在农村等地区建立储罐及相应的汽化设备、辅设连接各家各户的管网等，总体投资依然比较昂贵，可能会造成每户居民承担的成本较高，超出一般农户经济能力承受范围，因此预计也将无法大面积铺开。针对这种情况，如何基于现有农村各农户间不同经济发展水平，将液化天然气(LNG)大规模引入农村、并为农牧民设计一种比较合理、经济的小型天然气分布式能源站，使之达到城市能效利用水平成为当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高农村地区能源使用效率、改善大气环境治理，为进一步农村城镇化改造创造基础条件的小型家用分布式能源冷热电联供系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，包括智能管理单元及与该智能管理单元通讯连接的燃机单元、供冷单元、供热单元、供电单元和智能管理单元；
所述的燃机单元包括依次相连的LNG储罐、LNG气化器及燃机；
所述的供热单元包括供热换热器及热水箱，该热水箱通过供热换热器与燃机进行热交换；
所述的供冷单元包括供冷换热装置和用冷设备，所述的用冷设备通过供冷换热装置与LNG气化器发生热交换；
所述的供电单元包括发电机和用电设备，所述的发电机与燃机连接，为用电设备供电。
所述的供热单元通过将燃机的冷却通道与供热换热器的热介质通道连通形成第一循环介质回路，供热换热器的冷介质通道与热水箱相连，形成热水循环回路，将热水箱中的水加热。
所述的供热单元还通过将LNG气化器和热水箱连接，为热水箱提供加热水所需的燃气。
所述的供热单元还包括太阳能集热装置，所述的太阳能集热装置与热水箱连接，该太阳能集热装置与智能管理单元通讯连接。
所述的供冷换热装置包括储冷器和供冷换热器，LNG气化器的热介质通道与储冷器的冷介质通道连通，形成第二循环介质回路，储冷器的热介质通道与供冷换热器的冷介质通道连接，形成冷冻水循环回路，供冷换热器的热介质通道与用冷设备连接，形成冷风回路，将空气冷却，供应冷风。
所述的供冷换热装置还包括电制冷支路，所述的电制冷支路设置在储冷器的热介质通道的两端，该电制冷支路上设有电制冷装置。
所述的供电单元还包括用于为用电设备供电的电网、生物质能发电装置、光伏发电装置和/或风能发电装置，所述的电网、生物质能发电装置、光伏发电装置和/或风能发电装置与智能管理单元通讯连接。
所述的LNG储罐包括车载LNG储罐和/或用户侧LNG储罐，所述的车载LNG储罐与LNG气化器可拆卸连接。
所述的LNG储罐和用户侧LNG储罐均采用标准化LNG储罐。
该系统还包括远程安全控制中心，所述的智能管理单元与远程安全控制中心通讯连接。
本发明为自主研究开发的小型家用分布式能源冷热电联供系统。特别是利用液化天然气的冷能有突破，包括独立式家用能源智能管理单元，使农户可以在原有农用汽车、拖拉机等机具液化天然气(LNG)燃料罐基础上，农闲停车在自家庭院时，可以便捷地连接管道与置于室外的这种小型家用分布式能源系统，并且未来可扩充家用太阳能、风能等可再生能源系统接入，提供冷热电三种能源形式给农户居家使用。而且当该小型分布式能源站所生产的能量(电、热水、冷能)超过自家需求时，也可供应周边邻居使用，构成一个局域能源运行中心，该热电联供系统及相应集成应用技术可以为改造中国农村现有落后的能源利用、提高用能效率提供一整套合理的解决方案。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)利用天然气动力的农用机动车(卡车、拖拉机、私家车等)，以标准化液化天然气(LNG)储罐为家用燃气热电联供系统供气。同时为了保障不同时段的气源需求，可以在用户侧安放相同型号的标准化的车载LNG储罐(用户侧LNG储罐)，两者设置标准接口，实现分布式能源系统的LNG燃料即插即用，并能通过阀门控制选择接入车载LNG储罐或者选择接入相同型号的用户侧LNG储罐，从而实现LNG车载储罐的多用途与即插即用的便利性。而标准化的车载与用户侧储罐，可以通过LNG车送至加液站进行燃料补充，该方式同时解决了分布式能源系统燃料LNG加注的输送问题。
(2)LNG储罐配以管路接口及相关智能管理单元，分别相应连接家庭电网、热水、冷水、空调或者地窖冷库等地方，实现整个家庭院落所有需能单位总体管理：
电力：LNG储罐的LNG通过气化器后，气化供应燃机用燃料，燃机产生机械能通过发电机输出电力进入智能管理单元。智能管理单元可以通过扩展口，接入光伏、风能与生物质能等可再生能源，通过合理消纳，共同提供电力供农家户用。仍有不足部分由外部市电提供。
燃气：LNG通过气化器后，提供部分天然气为农户生活用燃气，同时提供部分天然气用于热水箱补燃，以备燃机余热利用的供热不足。
供热：本系统的热源首先来自于燃机的余热利用，或者系统可以通过热水扩展口，接入屋顶太阳能集热系统，共同提供热能供农家户用。不足部分可以由燃气补燃提供。
供冷：本系统农户供冷需求的满足主要来自于LNG气化时冷能利用。该设计不同于常规的天然气热电联供系统供冷需求来自燃机余热的吸收式转化，而是直接利用LNG气化冷能。这样的设计即达到了气化LNG的目的，同时实现了冷能的有效利用，也克服了常规分布式热电联供系统中由于冷能与热能的热源总量有限，无法同时满足需求的缺陷，减少了系统设备的初投资。
(3)本发明的智能管理单元兼具燃机单元管理功能、供冷单元控制与调节功能、电能利用单元控制与优化功能、可再生能源接入选择控制功能，并且可以很方便的实现LNG储罐参数检测与预报功能。本发明还可以通过将智能管理单元与远程安全控制中心连接，实现远程安全控制，必要时可以设计移动APP，实现LNG供应方与终端用户的互动与精准服务。智能管理系统通过传输设备，以能源互联的方式与远程安全控制中心保持联系，为用户提供更为智能、便捷、高效、安全的服务。
附图说明
图1为本发明的连接示意图；
图2为本发明冷能利用模快和热能利用单元的连接示意图。
图中，1为车载LNG储罐，2为用户侧LNG储罐，3为LNG气化器，4为燃机，5为供热换热器，6为热水箱，7为储冷罐，8为供冷换热器，9为用冷设备，10为发电机，11为电网，12为供冷换热装置，13为用电设备，14为太阳能集热装置，15为光伏发电装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，包括燃机单元、供冷单元、供热单元、供电单元及智能管理单元；
燃机单元包括依次相连的LNG储罐、LNG气化器3及燃机4，LNG储罐包括车载LNG储罐1和用户侧LNG储罐2，车载LNG储罐1与LNG气化器3可拆卸连接，LNG储罐1和用户侧LNG储罐2均采用标准化LNG储罐，根据车辆发动机排量大小、家庭所需供能大小选择储罐大小，原则控制在各LNG储罐不大于180L体积，LNG气化器3采用水浴式气化器。
供热单元包括供热换热器5及热水箱6，该热水箱6通过供热换热器5与燃机4进行热交换，具体地：供热单元通过将燃机4的冷却通道与供热换热器5的热介质通道连通形成第一循环介质回路(第一循环介质回路中的循环介质采用乙二醇水溶液)，供热换热器5的冷介质通道与热水箱6相连，形成热水循环回路，将热水箱6中的水加热。供热单元还通过将LNG气化器3和热水箱6及用气设备通过天然气管道连接，为热水箱6提供加热水所需的燃气以及为用气设备供气。该供热单元还包括太阳能集热装置14，太阳能集热装置14与热水箱6连接，智能管理单元设有太阳能集热装置接口，该太阳能集热装置14通过太阳能集热装置接口与智能管理单元连接。
供冷单元包括供冷换热装置12、用冷设备9和电制冷支路，用冷设备9通过供冷换热装置12与LNG气化器3发生热交换，具体地：供冷换热装置12包括储冷器7和供冷换热器8，LNG气化器3的热介质通道与储冷器7的冷介质通道连通，形成第二循环介质回路(第二循环介质回路中的循环介质采用乙二醇水溶液)，储冷器7的热介质通道与供冷换热器8的冷介质通道连接，形成冷冻水循环回路，供冷换热器8的热介质通道与用冷设备9连接，形成冷风回路，将空气冷却，为用冷设备9(空调房间、冷库、地窖等)供应冷风，电制冷支路设置在储冷器的热介质通道的两端，该电制冷支路上设有电制冷装置，如果LNG冷能利用不足时，可以启动电制冷装置，开启阀门使得产生的冷冻水流进储冷罐，补充冷能需求。系统设计中，冷冻水循环回路中的冷媒介质采用与电制冷支路相同的冷媒介质(冷冻水)。
供电单元包括发电机10和用电设备13，发电机10与燃机4连接，为用电设备13供电，供电单元还包括用于为用电设备13供电的电网11、生物质能发电装置、光伏发电装置和/或风能发电装置，电网11、生物质能发电装置及光伏发电装置和风能发电装置通过设置在智能管理单元的电网接入接口、生物质能发电装置接入接口及光伏发电装置接入接口和风能发电装置接入接口与智能管理单元连接，本实施例采用电网11、光伏发电装置15和风能发电装置通过设置在智能管理单元的电网接入接口、光伏发电装置接入接口和风能发电装置接入接口与智能管理单元连接。
智能管理单元设有燃机单元接口、供冷单元接口、供热单元接口及供电单元接口，LNG燃机单元、供冷单元、供热单元、供电单元分别通过燃机单元接口、供冷单元接口、供热单元接口及供电单元接口与智能管理单元连接，实现用户侧安全控制，该系统还包括远程安全控制中心，智能管理单元与远程安全控制中心通讯连接。必要时可以设计移动APP，实现LNG供应方与终端用户的互动与精准服务。智能管理系统通过传输设备，以能源互联的方式与远程安全控制中心保持联系，为用户提供更为智能、便捷、高效、安全的服务。

Claims (10)

1.一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，包括智能管理单元及与该智能管理单元通讯连接的燃机单元、供冷单元、供热单元、供电单元和智能管理单元；
所述的燃机单元包括依次相连的LNG储罐、LNG气化器(3)及燃机(4)；
所述的供热单元包括供热换热器(5)及热水箱(6)，该热水箱(6)通过供热换热器(5)与燃机(4)进行热交换；
所述的供冷单元包括供冷换热装置(12)和用冷设备(9)，所述的用冷设备(9)通过供冷换热装置(12)与LNG气化器(3)发生热交换；
所述的供电单元包括发电机(10)和用电设备(13)，所述的发电机(10)与燃机(4)连接，为用电设备(13)供电。
2.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供热单元通过将燃机(4)的冷却通道与供热换热器(5)的热介质通道连通形成第一循环介质回路，供热换热器(5)的冷介质通道与热水箱(6)相连，形成热水循环回路，将热水箱(6)中的水加热。
3.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供热单元还通过将LNG气化器(3)和热水箱(6)连接，为热水箱(6)提供加热水所需的燃气。
4.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供热单元还包括太阳能集热装置(14)，所述的太阳能集热装置(14)与热水箱(6)连接，该太阳能集热装置与智能管理单元通讯连接。
5.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供冷换热装置(12)包括储冷器(7)和供冷换热器(8)，LNG气化器(3)的热介质通道与储冷器(7)的冷介质通道连通，形成第二循环介质回路，储冷器(7)的热介质通道与供冷换热器(8)的冷介质通道连接，形成冷冻水循环回路，供冷换热器(8)的热介质通道与用冷设备(9)连接，形成冷风回路，将空气冷却，供应冷风。
6.根据权利要求5所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供冷换热装置(12)还包括电制冷支路，所述的电制冷支路设置在储冷器的热介质通道的两端，该电制冷支路上设有电制冷装置。
7.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的供电单元还包括用于为用电设备(13)供电的电网(11)、生物质能发电装置、光伏发电装置和/或风能发电装置，所述的电网(11)、生物质能发电装置、光伏发电装置和/或风能发电装置与智能管理单元通讯连接。
8.根据权利要求1所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的LNG储罐包括车载LNG储罐(1)和/或用户侧LNG储罐(2)，所述的车载LNG储罐(1)与LNG气化器(3)可拆卸连接。
9.根据权利要求8所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，所述的LNG储罐(1)和用户侧LNG储罐(2)均采用标准化LNG储罐。
10.根据权利要求1～9任一所述的一种小型家用分布式能源冷热电联供系统，其特征在于，该系统还包括远程安全控制中心，所述的智能管理单元与远程安全控制中心通讯连接。
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