CN106321356A - 边际新型分布式能量系统 - Google Patents
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Abstract
边际新型分布式能量系统，包括风力机、压缩机、冷却器、储气装置、热交换机、气动发电机、发电机、柴油机及太阳能板，所述风力机与压缩机相连，压缩机通过冷却器与储气装置相连；在边际地区用电低谷的时候，采用压缩空气驱动气动发电机工作发电满足地区用电，当用电负荷高于气动发电量的时候，采用柴油机发电，与此同时将柴油机发电排出的废气加入压缩空气，而柴油机的冷却水余温也可以用来加热压缩空气，从而驱动气动发电机发电，提高能源利用效率；充分利用风能发电、太阳能发电、柴油发电以及充分回收利用柴油排放的废气中的热量和压力辅助发电，弥补各种能源发电的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及边际新型分布式能量系统领域，尤其是一种边际新型分布式能量系统。
背景技术
随着人类活动范围的扩大，边际地区(海岛、高山村庄、牧场、边防站等)的用电需求逐渐增加。传统的集中式能量系统(Centralized Energy System,CES)，例如大型供电电网，必须通过输配线路才能将生产的电能供给用户。随着电网的进一步扩大，电能输配成本越来越高，长距离电能输送成本将占供电总成本的50％-80％。美国能源部评估结果表明，该国平均的电网输送成本约为2.5美分/kWh，而电能输送到边际地区的成本可高达20美分/kWh。从硬件投资成本以及输电成本考虑，边际地区普遍采用分布式能量系统(DistributedEnergy System,DES)以获得生产所需的电能。所谓分布式能量系统是相对于传统的集中式能量系统而言，其定义为分布在用户端的能量综合利用系统。分布式能量系统以传统化石能源(柴油、汽油、天然气等)为主，可再生能源(太阳能、风能、沼气能)为辅，利用一切可以利用的能量，实现直接满足用户需求的能量梯级利用以及污染物适度、分散排放。分布式能量系统是集中式能量系统的有力补充，尤其适用于孤立地区。分布式能量系统动力源种类繁多，主要包括内燃机、燃气轮机、燃料电池、光伏发电、风能发电、潮汐能发电等。内燃发电机组作为中小型发电设备，具有投资少、运行可靠、移动性好、占地面积小、环境适应性强等特点，是目前应用最广的分布式能量系统动力源之一。除了直接用于发电或者海水淡化外，内燃机还广泛运用于分布式热电冷联产系统，在产生电能的同时，内燃机冷却水废热可加热产生生活热水，而排气废热可通过余热锅炉进行回收产生饱和蒸汽或者过热蒸汽，并驱动汽轮机做功、吸收式制冷机进行制冷或热泵提供热源等。考虑到多处边际地区水资源短缺，而风资源和太阳能资源都挺好，所以本发明主要研究了基于风能、太阳能、压缩空气和柴油的分布式能量系统。
本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种充分利用风能发电、太阳能发电、柴油发电以及充分回收利用柴油排放的废气中的热量和压力辅助发电，弥补各种能源发电的局限性的边际新型分布式能量系统。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
边际新型分布式能量系统，包括风力机、压缩机、冷却器、储气装置、热交换机、气动发电机、发电机、柴油机及太阳能板，所述风力机与压缩机相连，压缩机通过冷却器与储气装置相连；
所述气动发电机和储气装置之间设置有热交换机，储气装置的出气端与热交换机的入气端相连，热交换机的出气端与气动发电机相连，气动发电机的输电端与发电机相连；
所述柴油机的输电端也与发电机相连，发电机通过导线与负载相连，柴油机的上端设置有排气端口，柴油机上还设置有冷却水入口端和热水出口端，柴油机上的热水出口端通过管道与气动发电机的输入端相连，气动发电机的出口端通过管道与柴油机的冷却水入口端相连，柴油机上端的排气端口引出两根管道为第一根管道和第二根管道，第一根管道与热交换机相连，第二根管道与气动发电机相连；
所述太阳能板通过导线与负载相连；
进一步的，所述储气装置可以是人工密闭气罐、废气矿井、盐井以及人工管道；
具体的，所述太阳能板通过逆变器与负载相连。
工作原理为：当边际地区起风的时候，风力机启动，风力机驱动空气压缩机工作，将风能以压缩空气势能形式储存于储气装置中，在这种工作情况下，即使风速比较低，由于风力机直接带动压缩机工作，所以也可以充分利用低风速的风能，减少风机的“弃风”现象，增大了风能利用效率。储气装置可以是人工密闭气罐、废弃矿井、盐井以及人工管道等。在用电低谷时，储气装置释放压缩空气，压缩空气进入压缩空气发动机气缸膨胀做功，并带动发电机发电，以满足用电负荷；而当用电需求增加时，超过压缩空气发动机发电量时，柴油机启动，增加供电量以满足实际的用电负荷。
若压缩空气发动机和柴油机同时运行时，可以回收利用柴油机排气能量以及冷却水能量，来提高压缩空气做功能力，实现整机的能量高效转化。可以将柴油机自由排气与压缩空气直接混合，回收利用柴油机自由排气所蕴含的热能和压力能；而对于柴油机强制排气，则利用热交换机采用热交换方式将柴油机排气热量传递给压缩空气，回收强制排气蕴含的热能，实现柴油机排气能量梯级回收利用。
同时，还可以将柴油机冷却水引入压缩空气发动机气缸壁，利用柴油机冷却水蕴含的热量来补充气动发电机中压缩空气膨胀过程热量，使压缩空气膨胀过程趋向等温膨胀。经过冷却的循环水再次进入柴油机，降低柴油机冷却风扇的功耗，进一步提高混合动力能量转化效率。
同样为了增大可再生能源的利用效率，提高混合动力能量转化效率，采用太阳能发电，当边际地区天气晴朗，太阳能辐射达到一定条件的时候，太阳能发电工作，其太阳能板吸收太阳能辐射，将太阳能转换为电能，此时输出的电能为直流电，然后将此直流电逆变为交流电，再输送给负载端，辅助风能、压缩空气和柴油机发电，创造更加稳定、充足和节能的边际新型分布式能源系统。
本发明的优点在于：在边际地区用电低谷的时候，采用压缩空气驱动气动发电机工作发电满足地区用电，当用电负荷高于气动发电量的时候，采用柴油机发电，与此同时将柴油机发电排出的废气加入压缩空气，而柴油机的冷却水余温也可以用来加热压缩空气，从而驱动气动发电机发电，提高能源利用效率；充分利用风能发电、太阳能发电、柴油发电以及充分回收利用柴油排放的废气中的热量和压力辅助发电，弥补各种能源发电的局限性。
附图说明
图1是本发明提出的边际新型分布式能量系统的结构示意图。
其中，1、风力机，2、压缩机，3、冷却器，4、储气装置，5、热交换机，6、气动发电机，7、发电机，8、柴油机，9、太阳能板，10、负载。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
参照图1所示，该边际新型分布式能量系统，包括风力机1、压缩机2、冷却器3、储气装置4、热交换机5、气动发电机6、发电机7、柴油机8及太阳能板9，所述风力机1与压缩机2相连，压缩机2通过冷却器3与储气装置4相连；
所述气动发电机6和储气装置4之间设置有热交换机5，储气装置4的出气端与热交换机5的入气端相连，热交换机5的出气端与气动发电机6相连，气动发电机6的输电端与发电机7相连；
所述柴油机8的输电端也与发电机7相连，发电机7通过导线与负载10相连，柴油机8的上端设置有排气端口，柴油机8上还设置有冷却水入口端和热水出口端，柴油机8上的热水出口端通过管道与气动发电机6的输入端相连，气动发电机6的出口端通过管道与柴油机8的冷却水入口端相连，柴油机8上端的排气端口引出两根管道为第一根管道和第二根管道，第一根管道与热交换机5相连，第二根管道与气动发电机6相连；
所述太阳能板9通过导线与负载10相连；
进一步的，所述储气装置4可以是人工密闭气罐、废气矿井、盐井以及人工管道；
具体的，所述太阳能板9通过逆变器与负载10相连；
当边际地区起风的时候，风力机启动，风力机驱动空气压缩机工作，将风能以压缩空气势能形式储存于储气装置中，在这种工作情况下，即使风速比较低，由于风力机直接带动压缩机工作，所以也可以充分利用低风速的风能，减少风机的“弃风”现象，增大了风能利用效率。储气装置可以是人工密闭气罐、废弃矿井、盐井以及人工管道等。在用电低谷时，储气装置释放压缩空气，压缩空气进入压缩空气发动机气缸膨胀做功，并带动发电机发电，以满足用电负荷；而当用电需求增加时，超过压缩空气发动机发电量时，柴油机启动，增加供电量以满足实际的用电负荷。
若压缩空气发动机和柴油机同时运行时，可以回收利用柴油机排气能量以及冷却水能量，来提高压缩空气做功能力，实现整机的能量高效转化。可以将柴油机自由排气与压缩空气直接混合，回收利用柴油机自由排气所蕴含的热能和压力能；而对于柴油机强制排气，则利用热交换机采用热交换方式将柴油机排气热量传递给压缩空气，回收强制排气蕴含的热能，实现柴油机排气能量梯级回收利用。
同时，还可以将柴油机冷却水引入压缩空气发动机气缸壁，利用柴油机冷却水蕴含的热量来补充气动发电机中压缩空气膨胀过程热量，使压缩空气膨胀过程趋向等温膨胀。经过冷却的循环水再次进入柴油机，降低柴油机冷却风扇的功耗，进一步提高混合动力能量转化效率。
同样为了增大可再生能源的利用效率，提高混合动力能量转化效率，采用太阳能发电，当边际地区天气晴朗，太阳能辐射达到一定条件的时候，太阳能发电工作，其太阳能板吸收太阳能辐射，将太阳能转换为电能，此时输出的电能为直流电，然后将此直流电逆变为交流电，再输送给负载端，辅助风能、压缩空气和柴油机发电，创造更加稳定、充足和节能的边际新型分布式能源系统。
在边际地区用电低谷的时候，采用压缩空气驱动气动发电机工作发电满足地区用电，当用电负荷高于气动发电量的时候，采用柴油机发电，与此同时将柴油机发电排出的废气加入压缩空气，而柴油机的冷却水余温也可以用来加热压缩空气，从而驱动气动发电机发电，提高能源利用效率；充分利用风能发电、太阳能发电、柴油发电以及充分回收利用柴油排放的废气中的热量和压力辅助发电，弥补各种能源发电的局限性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.边际新型分布式能量系统，包括风力机(1)、压缩机(2)、冷却器(3)、储气装置(4)、热交换机(5)、气动发电机(6)、发电机(7)、柴油机(8)及太阳能板(9)，其特征在于：
所述风力机(1)与压缩机(2)相连，压缩机(2)通过冷却器(3)与储气装置(4)相连；
所述气动发电机(6)和储气装置(4)之间设置有热交换机(5)，储气装置(4)的出气端与热交换机(5)的入气端相连，热交换机(5)的出气端与气动发电机(6)相连，气动发电机(6)的输电端与发电机(7)相连；
所述柴油机(8)的输电端也与发电机(7)相连，发电机(7)通过导线与负载(10)相连，柴油机(8)的上端设置有排气端口，柴油机(8)上还设置有冷却水入口端和热水出口端，柴油机(8)上的热水出口端通过管道与气动发电机(6)的输入端相连，气动发电机(6)的出口端通过管道与柴油机(8)的冷却水入口端相连，柴油机(8)上端的排气端口引出两根管道为第一根管道和第二根管道，第一根管道与热交换机(5)相连，第二根管道与气动发电机(6)相连；
所述太阳能板(9)通过导线与负载(10)相连。
2.如权利要求1所述的边际新型分布式能量系统，其特征在于，所述储气装置(4)可以是人工密闭气罐、废气矿井、盐井以及人工管道。
3.如权利要求1所述的边际新型分布式能量系统，其特征在于，所述太阳能板(9)通过逆变器与负载(10)相连。
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