CN106368818B - 一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置及控制方法 - Google Patents

一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，包括集热器系统、燃气轮机发电装置、沼气发生装置和有机朗肯循环发电系统；所述集热器系统包括太阳能集热器、用户装置和热媒水泵；所述有机朗肯循环发电系统包括换热室、膨胀机、发电装置、工质泵、冷凝器和冷媒水泵；所述换热室包括第一换热器、第一三通电磁阀、第一止回阀、第一电磁阀、第二止回阀、第二换热器、第三止回阀、第四止回阀、第二电磁阀、第三换热器和第二三通电磁阀；本发明还公开了一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置的控制方法，本发明的联合装置能够高效运行，满足日常生活对气、热水和电能的需要，实现能源的梯级利用。

Description

一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置及控制方法
技术领域
本发明涉及能源与环境技术领域，特别是一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置及控制方法。
背景技术
太阳能(Solar Energy)，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。开发利用太阳能不仅能够降低燃烧常规能源带来的污染，还可以缓解能源紧张。
燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在系统的主要流程中，只有压气机、燃烧室和燃气透平三大部件组成。它具有结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。
有机朗肯循环(ORC)能有效利用中低品位能，特别对生物质能、地热能及工业废热等具有很好的回收作用。并且有机朗肯循环(ORC)具有简单易控、效率较高、安全性好等优点。高效利用有机朗肯循环(ORC)对于节能减排、建设资源节约型社会具有重要意义。
沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，燃烧后的气体对环境污染小。传统的化粪池存在去除有机物能力差、不符合卫生标准，定期抽粪、运输量大，管理不便、易发生沼气爆炸等缺点，沼气池具有有机物去除率高，阻止污泥上浮，并通过多级过滤，出水呈中性，卫生环保效果好，可获优质燃气--沼气。建设一个沼气池可以使用20年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。
由于太阳能是昼夜间歇性能源，受到阴雨天气影响，并且冬夏季光照强度又不一样，因此将太阳能与有机朗肯循环(ORC)和沼气池相结合，既能有效利用太阳能充足时候的热量，又能补足太阳能不足时，用户对生活热水的需求。
在极端气候的条件下，太阳能集热器中的水，会面临结冻的危险，严重时可能破坏太阳能集热器及与其相通的水管通道。为了防止结冻，大多数的做法是添加防冻液和做管道保温。这种做法虽然解决了结冻的问题，但是增加了产品的成本，而且还需要经常检查防冻液是否足量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置及控制方法，本发明的联合装置能够高效运行，满足日常生活对气、热水和电能的需要，实现能源的梯级利用。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，包括集热器系统、燃气轮机发电装置、沼气发生装置和有机朗肯循环发电系统；其中，
所述集热器系统包括太阳能集热器、用户装置和热媒水泵；
所述有机朗肯循环发电系统包括换热室、膨胀机、发电装置、工质泵、冷凝器和冷媒水泵；
所述换热室包括第一换热器、第一三通电磁阀、第一止回阀、第一电磁阀、第二止回阀、第二换热器、第三止回阀、第四止回阀、第二电磁阀、第三换热器和第二三通电磁阀；其中，
太阳能集热器的热煤水入口与用户装置的热煤水出口相连，太阳能集热器的第一热煤水出口与用户装置的第一热煤水入口相连，太阳能集热器的第二热煤水出口与热媒水泵的入口相连；
沼气发生装置的第一沼气出口与燃气轮机发电装置的燃气入口相连，沼气发生装置的第二沼气出口与用户装置的燃气入口相连，沼气发生装置的热媒水入口与换热室的热媒水出口相连，沼气发生装置的冷媒水出口与冷凝器的冷媒水入口连接，沼气发生装置的冷媒水入口与冷媒水泵的冷媒水出口相连，冷媒水泵的冷媒水入口与冷凝器的冷媒水出口相连，沼气发生装置的热媒水出口与用户装置的第二热媒水入口连接；
换热室的烟气入口与燃气轮机发电装置的烟气出口相连，换热室的热媒水入口与热媒水泵的热媒水出口相连，换热室的烟气出口输出的烟气排放至大气中，换热室的热媒流体出口与膨胀机的工质入口相连，换热室的热媒流体入口与工质泵的工质出口相连，膨胀机的工质出口与冷凝器的工质入口相连，冷凝器的工质出口与工质泵的工质入口相连；
第一换热器的热媒水入口与第一三通电磁阀的第一出口相连，第一换热器的热媒水出口与第一止回阀的出口、换热室的热媒水出口分别相连，第一换热器的烟气入口与第一电磁阀的出口相连，第一换热器的烟气出口与第二止回阀的入口相连；
第二换热器的热媒流体入口与第三止回阀的出口、第四止回阀的出口分别相连，第二换热器的热媒流体出口与换热室的热媒流体出口相连，第二换热器的烟气的入口与换热室的烟气入口相连，第二换热器的烟气的出口与第一电磁阀的入口、第二电磁阀的入口分别相连，第二电磁阀的出口与第二止回阀的出口、换热室的烟气出口分别相连；
第三换热器的热媒水入口与第一三通电磁阀的出口相连，第一三通电磁阀的入口与换热室的热媒水入口相连，第三换热器的热媒水出口与第一止回阀的入口相连，第三换热器的热媒流体入口与第二三通电磁阀的第二出口相连，第二三通电磁阀的第一出口与第三止回阀的入口相连，第二三通电磁阀的入口与换热室的热媒流体入口连接，第三换热器的热媒流体出口与第四止回阀的入口相连。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，所述有机朗肯循环发电系统还包括发生器，发生器的热媒流体入口与换热室的热媒流体出口相连，发生器的热媒流体出口与换热室的热媒流体入口相连，发生器的工质出口与膨胀机的工质入口相连，发生器的工质入口与工质泵的工质出口相连。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，第一换热器的热媒水出口通过三通管道与第一止回阀的出口、换热室的热媒水出口分别相连，第二换热器的热媒流体入口通过三通管道与第三止回阀的出口、第四止回阀的出口分别相连，第二换热器的烟气的出口通过三通管道与第一电磁阀的入口、第二电磁阀的入口分别相连，第二电磁阀的出口通过三通管道与第二止回阀的出口、换热室的烟气出口分别相连。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，有机朗肯循环发电系统的工质为R123。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，有机朗肯循环发电系统的循环工质采用纯工质或者混合工质。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，发电装置包括储电设备、电能表和空气开关。
作为本发明所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置进一步优化方案，第一换热器、第二换热器和第三换热器是板式换热器，第二换热器和第三换热器的导热流体是乙二醇。
基于上述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置的控制方法，当室外温度低于预设的温度时，控制第一三通电磁阀的入口和第一三通电磁阀的第一出口导通，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，第二三通电磁阀的入口和第二三通电磁阀的第一出口导通，太阳能集热器中的水通过换热室中的第一换热器进行换热，从而加热太阳能集热器出来的水；
当室外温度高于或等于预设的温度时，控制第一三通电磁阀的入口和第一三通电磁阀的第二出口导通，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，第二三通电磁阀的入口和第二三通电磁阀的第二出口导通，生活热水通过换热室中第三换热器对导热流体进行预热。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明系统装置不利用防冻液和管道保温，通过系统装置将太阳能集热器和燃烧室中被烟气加热后的水进行不断循环，从而解决管道水冻结问题；
（2）本发明的联合装置能够高效运行，满足日常生活对气、热水和电能的需要，实现能源的梯级利用。
附图说明
图1是本发明的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置的结构原理图。
图2为本发明换热室的结构原理图。
图3是冬季发电系统运行流程图。
图4是夏季发电系统运行流程图。
图中的附图标记解释为：
1为太阳能集热器，1-a为太阳能集热器的热煤水入口，1-b为太阳能集热器的第一热煤水出口，1-c为太阳能集热器的第二热煤水出口；
2为用户装置，2-a为用户装置的热煤水出口，2-b为用户装置的第一热煤水入口，2-c为用户装置的燃气入口，2-d为用户装置的第二热媒水入口；
8为热媒水泵，8-a为热媒水泵的入口，8-b为热媒水泵的热媒水出口；
7为沼气发生装置，7-a为沼气发生装置的第一沼气出口，7-b为沼气发生装置的第二沼气出口，7-c为沼气发生装置的热媒水入口，7-d为沼气发生装置的冷媒水出口，7-e为沼气发生装置的冷媒水入口，7-f为沼气发生装置的热媒水出口；
6为燃气轮机发电装置，6-a为燃气轮机发电装置的燃气入口，6-b为燃气轮机发电装置的烟气出口；
5为换热室， 5-a为换热室的烟气入口，5-b为换热室的热媒水入口，5-c为换热室的烟气出口，5-d为换热室的热媒流体出口，5-e为换热室的热媒流体入口，5-f为换热室的热媒水出口；
4为发电装置；
10为冷媒水泵，10-b为冷媒水泵的冷媒水出口，10-a为冷媒水泵的冷媒水入口；
12为冷凝器，12-b为冷凝器的冷媒水出口，12-c为冷凝器的工质入口，12-d为冷凝器的工质出口，12-a为冷凝器的冷媒水入口；
11为发生器，11-b为发生器的热媒流体入口，11-a为发生器的热媒流体出口，11-d为发生器的工质入口，11-c为生器的工质出口；
3为膨胀机，3-a为膨胀机的工质入口，3-b为膨胀机的工质出口；
9为工质泵，9-a为工质泵的工质入口，9-b为工质泵的工质出口；
13为第一换热器，13-a为第一换热器的热媒水入口，13-b为第一换热器的热媒水出口，13-c为第一换热器的烟气入口，13-d为第一换热器的烟气出口；
V-1为第一三通电磁阀，V-1-b为第一三通电磁阀的第一出口，V-1-c为第一三通电磁阀的第二出口，V-1-a为三通电磁阀的入口；
V-8为第一止回阀，V-8-b为第一止回阀的出口，V-8-a为第一止回阀的入口；
V-3为第一电磁阀，V-3-b为第一电磁阀的出口，V-3-a为第一电磁阀的入口；
V-5为第二止回阀，V-5-a为第二止回阀的入口，V-5-b为第二止回阀的出口；
14为第二换热器，14-a为第二换热器的热媒流体入口，14-b为第二换热器的热媒流体出口，14-c为第二换热器的烟气的入口，14-d为第二换热器的烟气的出口；
V-6为第三止回阀，V-6-b为第三止回阀的出口，V-6-a为第三止回阀的入口；
V-7为第四止回阀，V-7-b为第四止回阀的出口，V-7-a为第四止回阀的入口；
V-4为第二电磁阀，V-4-a为第二电磁阀的入口，V-4-b为第二电磁阀的出口；
15为第三换热器，15-c为第三换热器的热媒水入口，15-d为第三换热器的热媒水出口，15-a为第三换热器的热媒流体入口，15-b为第三换热器的热媒流体出口；
V-2为第二三通电磁阀，V-2-c为第二三通电磁阀的第二出口，V-2-b为第二三通电磁阀的第一出口，V-2-a为第二三通电磁阀的入口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示是本发明的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，包括集热器系统、燃气轮机发电装置6、沼气发生装置7和有机朗肯循环发电系统；其中，
所述集热器系统包括太阳能集热器1、用户装置2和热媒水泵8；
所述有机朗肯循环发电系统包括换热室5、膨胀机3、发电装置4、工质泵9、冷凝器12和冷媒水泵10；
图2为本发明的换热室的结构原理图，所述换热室包括第一换热器13、第一三通电磁阀V-1、第一止回阀V-8、第一电磁阀V-3、第二止回阀V-5、第二换热器14、第三止回阀V-6、第四止回阀V-7、第二电磁阀V-4、第三换热器15和第二三通电磁阀V-2；其中，
太阳能集热器1的热煤水入口1-a与用户装置2的热煤水出口2-a相连，太阳能集热器1的第一热煤水出口1-b 与用户装置2的第一热煤水入口2-b相连，太阳能集热器1的第二热煤水出口1-c 与热媒水泵8的入口8-a相连；
沼气发生装置7的第一沼气出口7-a与燃气轮机发电装置6的燃气入口6-a相连，沼气发生装置7的第二沼气出口7-b与用户装置2的燃气入口2-c相连，沼气发生装置7的热媒水入口7-c与换热室5的热媒水出口5-f相连，沼气发生装置7的冷媒水出口7-d与冷凝器12的冷媒水入口12-a连接，沼气发生装置7的冷媒水入口7-e与冷媒水泵10的冷媒水出口10-b相连，冷媒水泵10的冷媒水入口10-a与冷凝器12的冷媒水出口12- b相连，沼气发生装置7的热媒水出口7-f与用户装置2的第二热媒水入口2-d连接；
换热室5的烟气入口5-a与燃气轮机发电装置6的烟气出口6-b相连，换热室5的热媒水入口5-b与热媒水泵8的热媒水出口8-b相连，换热室5的烟气出口5-c输出的烟气排放至大气中，换热室5的热媒流体出口5-d与膨胀机3的工质入口3-a相连，换热室5的热媒流体入口5-e与工质泵9的工质出口9-b相连，膨胀机3的工质出口3-b与冷凝器12的工质入口12-c相连，冷凝器12的工质出口12-d与工质泵9的工质入口9-a相连；
第一换热器13的热媒水入口13-a与第一三通电磁阀V-1的第一出口V-1-b相连，第一换热器13的热媒水出口13-b与第一止回阀8的出口V-8-b、换热室5的热媒水出口5-f分别相连，第一换热器13的烟气入口13-c与第一电磁阀V-3的出口V-3-b相连，第一换热器13的烟气出口13-d与第二止回阀V-5的入口V-5-a相连；
第二换热器14的热媒流体入口14-a与第三止回阀6的出口V-6-b、第四止回阀7的出口V-7-b分别相连，第二换热器14的热媒流体出口14-b与换热室5的热媒流体出口5-d相连，第二换热器14的烟气的入口14-c与换热室5的烟气入口5-a相连，第二换热器14的烟气的出口14-d与第一电磁阀V-3的入口V-3-a、第二电磁阀V-4的入口V-4-a分别相连，第二电磁阀V-4的出口V-4-b与第二止回阀V-5的出口V-5-b、换热室5的烟气出口5-c分别相连；
第三换热器15的热媒水入口15-c与第一三通电磁阀V-1的出口V-1-c相连，第一三通电磁阀V-1的入口V-1-a与换热室5的热媒水入口5-b相连，第三换热器15的热媒水出口15-d与第一止回阀V-8的入口V-8-a相连，第三换热器15的热媒流体入口15-a与第二三通电磁阀V-2的第二出口V-2-c相连，第二三通电磁阀V-2的第一出口V-2-b与第三止回阀V-6的入口V-6-a相连，第二三通电磁阀V-2的入口V-2-a与换热室5的热媒流体入口5-e连接，第三换热器15的热媒流体出口15-b与第四止回阀V-7的入口V-7-a相连。
所述有机朗肯循环发电系统还包括发生器11，发生器11的热媒流体入口11-b与换热室5的热媒流体出口5-d相连，发生器11的热媒流体出口11-a与换热室5的热媒流体入口5-e相连，发生器11的工质出口11-c与膨胀机3的工质入口3-a相连，发生器11的工质入口11-d与工质泵9的工质出口9-b相连。
第一换热器13的热媒水出口13-b通过三通管道与第一止回阀8的出口V-8-b、换热室5的热媒水出口5-f分别相连，第二换热器14的热媒流体入口14-a通过三通管道与第三止回阀6的出口V-6-b、第四止回阀7的出口V-7-b分别相连，第二换热器14的烟气的出口14-d通过三通管道与第一电磁阀V-3的入口V-3-a、第二电磁阀V-4的入口V-4-a分别相连，第二电磁阀V-4的出口V-4-b通过三通管道与第二止回阀V-5的出口V-5-b、换热室5的烟气出口5-c分别相连。
有机朗肯循环发电系统的工质为R123。
有机朗肯循环发电系统的循环工质采用纯工质或者混合工质。
发电装置包括储电设备、电能表和空气开关。
本发明还包括流量计、压力探头和温度探头。
图1中的1为太阳能集热器，是产生热水的装置，7为沼气发生装置，是产生沼气的装置，6为燃气轮机发电装置，产生电能，3、4、9、11、12组成ORC发电装置。用户装置2不用热水时，太阳能热水用来给ORC发电装置提供预热热源，同时为沼气发生装置供热提高沼气发生效率。沼气池产生的沼气供给燃气轮机发电，废烟气为ORC发电装置提供热源。用户装置2不用热水时，太阳能热水用不在给ORC发电装置提供预热热源，不在为沼气发生装置供热，热水供用户使用，其它过程和用热水时相同。
图2为本发明的换热室的结构原理图，太阳温度较低的太阳能热水通过第一换热器13被高温烟加热，温度升高可供用户使用。
热媒流体通过第二换热器14与高温烟气换热，热媒流体温度升高，为ORC发电系统提供热源，
热媒水通过第三换热器15与热媒流体换热，预热热媒流体。
电磁阀可以控制各个管道流体的流向，完成不同运行模式下的运行。
当生活热水足够用时，第一三通电磁阀的入口V-1-a与第一三通电磁阀的第二出口V-1-c导通；当生活热水不足够用时，第一三通电磁阀的入口V-1-a与第一三通电磁阀的第一出口V-1-b导通时，烟气加热热媒水，以供给用户热水。
当生活热水足够用时，第二三通电磁阀的入口V-2-a与第二三通电磁阀的第二出口V-2-c导通，生活热水经过第三换热器15预热热媒流体；当生活热水不足够用时，第二三通电磁阀的入口V-2-a与第二三通电磁阀的第一出口V-2-b导通，热媒流体不经过第三换热器15预热。
第一换热器、第二换热器和第三换热器是板式换热器，第二换热器和第三换热器的导热流体是乙二醇。
本发明是通过将太阳能热水系统、沼气池、燃气轮机和有机朗肯循环发电系统功能相互叠加，从而组成可再生能源联合发电系统；该装置包括太阳能集热器、燃气轮机和有机朗肯循环发电系统、产生生活用气的沼气池系统、沼气燃烧室、储电设备、储气设备，通过控制可以使联合装置高效运行，满足日常生活对气、热水和电能的需要，实现能源的多级利用。
该系统采用太阳能集热器和有机朗肯循环(ORC)系统结合使用。太阳能集热器可实现光热效应，从而得到高温热水。高温热水通过与从工质泵出来的工质换热，对有机朗肯循环(ORC)系统的工质进行预热，充分利用太阳能通过光热转化成的热量，同时满足用户对热水的需求。
该系统采用太阳能集热器和沼气池系统结合使用。太阳能集热器得到的高温热水可以通过换热管对沼气进行加热，从而促进沼气池化学反应，产生更多的沼气以备使用。在满足生活用热水的同时，满足生活用燃气需要。
该系统采用燃气轮机发电和有机朗肯循环(ORC)系统结合使用。燃气轮机内燃烧沼气池发酵产生的沼气，排出高温烟气，高温烟气在换热室内加热导热流体，通过导热流体将热量传递给有机朗肯循环(ORC)的工质，从而驱动有机朗肯循环(ORC)系统发电。在满足生活用气的同时，为用户提供电能，实现能源梯级利用。
该系统采用燃气轮机发电系统和沼气池系统结合使用。沼气池发酵产生的沼气，通过在燃气轮机发电装置中的燃烧室内燃烧，驱动透平机发电。在满足生活用气的同时，为用户提供电能，实现沼气的双项利用，多余的沼气可以存储，也可以用于发电，多余的电能可以存储或者上国家电网。
该系统采用有机朗肯循环(ORC)系统和沼气发生装置（即沼气池系统）结合使用。有机朗肯循环(ORC)系统不必设置冷却塔，从冷凝器中出来的高温水通过管道流到沼气池，加热沼气池的同时自身得以冷却，通过与太阳能产生的热水的配合使用，不仅可以使得沼气池处于最佳反应温度范围，而且可以为有机朗肯循环(ORC)系统提供适宜温度的冷却水。能够使得能量得以综合利用。
该系统采用太阳能集热器、有机朗肯循环(ORC)系统和沼气池系统三者有机结合使用。太阳能集热器得到的高温热水通过第三换热器15对有机朗肯循环(ORC)系统的工质进行预热，在第三换热器15中换热后的热水既可以供用户使用也可以加热沼气池，促进沼气池化学反应，产生更多的沼气。沼气池系统产生的沼气通过第二换热器14加热媒流体，从而驱动有机朗肯循环(ORC)系统发电，沼气燃烧后的高温烟气通过第一换热器13加热热媒水，同时沼气池产生的沼气也供用户使用。该系统能满足用户用热水，燃气的需要，同时多余的沼气还可以满足用户部分电能的需求，并且如果沼气发出电额电能有余量既可以存储，也可以上国家电网。
在本发明的一个优选实施例中，有机朗肯循环(ORC)发电系统，工质泵9由电网取电带动。
在本发明的一个优选实施例中，热媒水循环由热媒水泵8提供动力，当有机朗肯循环(ORC)系统发出的电能不足时，热媒水泵8由电网取电带动，当有机朗肯循环(ORC)系统和燃气轮机发出的电能充足时，由(ORC)发出的电能带动，从而节省泵的用电费用。
在本发明的一个优选实施例中，太阳能集热器包括保证该系统正常安全运行的其它设备，例如，温度探头。
在本发明的一个优选实施例中，有机朗肯循环发电系统还包括保证该系统正常运行的其它设备，例如，流量计、压力探头和温度探头等。
在本发明的一个优选实施例中，产生生活用气的沼气池系统还包括保证该系统正常运行的其它设备，例如，脱硫器、压力探头和温度探头等。
在本发明的一个优选实施例中，换热室还包括保证该系统正常运行的其它设备，例如，换热器的支撑设备、烟气管道处的压力探头和温度探头等。
在本发明的一个优选实施例中，有机朗肯循环发电系统的工质可以但不限于R123。
在本发明的一个优选实施例中，换热室5中第二换热器和第三换热器的导热流体可以是但不限于乙二醇。
在本发明的一个优选实施例中，换热室5中第一换热器、第二换热器和第三换热器的可以是但不限于板式换热器。
本发明所述的联合系统，不限制各个设备的形式、形状和容量，可根据实际条件采用不同的形式、形状和容量。
所述的发生器可以有该设备，也可以不要该设备。
有机朗肯循环发电系统的工质可以但不限于R123。
发电装置包括能够保证安全、节约用电的相关设备。例如，储电设备、电能表和空气开关等。
可根据实际运行要求，自由控制电磁阀的开度，保证输出的热媒水和燃气满足用户需求。
可根据实际运行要求，自由控制电磁阀的开度，保证输出的热媒水、燃气和冷媒水满足有机朗肯循环系统安全运行需求。
用户装置具体包含送向用户的热媒水利用装置、补水泵、燃气利用装置等，具体结构不做详述，不限制形式。
图3是冬季发电系统运行流程图。在本发明的一个优选实施例中，冬季气温较低，室外温度T低于预设的温度T1，当用户需要热水时，可以直接使用热水，当阳光不充足时，太阳能热水器不能产生所需温度的水，此时，第一三通电磁阀V-1的入口V-1-a和第一三通电磁阀V-1的第一出口V-1-b导通，第一电磁阀V-3开启，第二电磁阀V-4关闭，第二三通电磁阀V-2的入口V-2-a和第二三通电磁阀V-2的第一出口V-2-b导通，太阳能热水器中温度较低的水可以通过换热室5中第一换热器13与通过在燃气轮机发电装置的燃烧室内燃烧驱动透平机发电排出的高温烟气进行换热，从而加热太阳能中出来的温度较低的水。当用户用水时，热水直接供用户使用，不通过沼气池的换热管与沼气池换热，当用户不用水时，热水通过沼气池进行循环。由于太阳能产生的热水量不足，所以经过烟气加热的热水不再预热导热流体，此时有机朗肯循环(ORC)发电系统，完全通过沼气燃烧放出的热量驱动，但是应该先满足用户对燃气的需求。图3、图4中的T1为预设的温度。
图4是夏季发电系统运行流程图，在本发明的一个优选实施例中，夏季气温较高，阳光充足时，室外温度T高于或等于预设的温度T1，太阳能热水器能产生温度较高的水，此时，第一三通电磁阀V-1的入口V-1-a和第一三通电磁阀V-1的第二出口V-1-c导通，第一电磁阀V-3关闭，第二电磁阀V-4开启，第二三通电磁阀V-2的入口V-2-a和第二三通电磁阀V-2的第二出口V-2-c导通，高温热水不再通过换热室5中第一换热器13与通过在燃气轮机的燃烧室内燃烧驱动透平机发电排出的高温烟气进行换热，而是通过换热室5中第三换热器15对导热流体进行预热，在第三换热器15中与导热流体换热后的高温水，再次流入沼气池换热管与热沼气池换热，促进化学反应，最后回到太阳能集热器水箱，用户可以直接使用出来的热水。此运行模式既能对高温热水降温达到用户所需温度，也能合理利用太阳能促进发电和生产沼气。夏季由于温度高，沼气池化学反应快，并且用户所需的热水量相对较少，此时会有较多的沼气产生，也会生产出较多的电能，多余的沼气可以存储，也可以全部用来发电，如果电能有结余，可以上国家电网，也可以将电能存储起来。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，包括集热器系统、燃气轮机发电装置、沼气发生装置和有机朗肯循环发电系统；所述集热器系统包括太阳能集热器、用户装置和热媒水泵；所述有机朗肯循环发电系统包括换热室、膨胀机、发电装置、工质泵和冷凝器；沼气发生装置的第一沼气出口与燃气轮机发电装置的燃气入口相连，沼气发生装置的第二沼气出口与用户装置的燃气入口相连，沼气发生装置的热媒水入口与换热室的热媒水出口相连，换热室的烟气入口与燃气轮机发电装置的烟气出口相连，换热室的烟气出口输出的烟气排放至大气中，膨胀机的工质出口与冷凝器的工质入口相连，冷凝器的工质出口与工质泵的工质入口相连；其特征在于，
所述有机朗肯循环发电系统还包括冷媒水泵；
所述换热室包括第一换热器、第一三通电磁阀、第一止回阀、第一电磁阀、第二止回阀、第二换热器、第三止回阀、第四止回阀、第二电磁阀、第三换热器和第二三通电磁阀；其中，
太阳能集热器的热煤水入口与用户装置的热煤水出口相连，太阳能集热器的第一热煤水出口与用户装置的第一热煤水入口相连，太阳能集热器的第二热煤水出口与热媒水泵的入口相连；
沼气发生装置的冷媒水出口与冷凝器的冷媒水入口连接，沼气发生装置的冷媒水入口与冷媒水泵的冷媒水出口相连，冷媒水泵的冷媒水入口与冷凝器的冷媒水出口相连，沼气发生装置的热媒水出口与用户装置的第二热媒水入口连接；
换热室的热媒水入口与热媒水泵的热媒水出口相连，换热室的热媒流体出口与膨胀机的工质入口相连，换热室的热媒流体入口与工质泵的工质出口相连；
第一换热器的热媒水入口与第一三通电磁阀的第一出口相连，第一换热器的热媒水出口与第一止回阀的出口、换热室的热媒水出口分别相连，第一换热器的烟气入口与第一电磁阀的出口相连，第一换热器的烟气出口与第二止回阀的入口相连；
第二换热器的热媒流体入口与第三止回阀的出口、第四止回阀的出口分别相连，第二换热器的热媒流体出口与换热室的热媒流体出口相连，第二换热器的烟气的入口与换热室的烟气入口相连，第二换热器的烟气的出口与第一电磁阀的入口、第二电磁阀的入口分别相连，第二电磁阀的出口与第二止回阀的出口、换热室的烟气出口分别相连；
第三换热器的热媒水入口与第一三通电磁阀的出口相连，第一三通电磁阀的入口与换热室的热媒水入口相连，第三换热器的热媒水出口与第一止回阀的入口相连，第三换热器的热媒流体入口与第二三通电磁阀的第二出口相连，第二三通电磁阀的第一出口与第三止回阀的入口相连，第二三通电磁阀的入口与换热室的热媒流体入口连接，第三换热器的热媒流体出口与第四止回阀的入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，所述有机朗肯循环发电系统还包括发生器，发生器的热媒流体入口与换热室的热媒流体出口相连，发生器的热媒流体出口与换热室的热媒流体入口相连，发生器的工质出口与膨胀机的工质入口相连，发生器的工质入口与工质泵的工质出口相连。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，第一换热器的热媒水出口通过三通管道与第一止回阀的出口、换热室的热媒水出口分别相连，第二换热器的热媒流体入口通过三通管道与第三止回阀的出口、第四止回阀的出口分别相连，第二换热器的烟气的出口通过三通管道与第一电磁阀的入口、第二电磁阀的入口分别相连，第二电磁阀的出口通过三通管道与第二止回阀的出口、换热室的烟气出口分别相连。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，有机朗肯循环发电系统的工质为R123。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，有机朗肯循环发电系统的循环工质采用纯工质或者混合工质。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，发电装置包括储电设备、电能表和空气开关。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置，其特征在于，第一换热器、第二换热器和第三换热器是板式换热器，第二换热器和第三换热器的导热流体是乙二醇。
8.基于权利要求1所述的一种太阳能热水器和沼气池联合发电装置的控制方法，其特征在于，当室外温度低于预设的温度时，控制第一三通电磁阀的入口和第一三通电磁阀的第一出口导通，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，第二三通电磁阀的入口和第二三通电磁阀的第一出口导通，太阳能集热器中的水通过换热室中的第一换热器进行换热，从而加热太阳能集热器出来的水；
当室外温度高于或等于预设的温度时，控制第一三通电磁阀的入口和第一三通电磁阀的第二出口导通，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，第二三通电磁阀的入口和第二三通电磁阀的第二出口导通，生活热水通过换热室中第三换热器对导热流体进行预热。
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