CN106972529A - 高速公路区域分布式多能互补能源微网系统 - Google Patents

高速公路区域分布式多能互补能源微网系统 Download PDF

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崔华
杨豫森
徐波
谭智
陈辉
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陈超
朱明志
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    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/14Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

Abstract

本发明提供了一种高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,包括分布式发电系统、太阳能集热器、电网接线系统、热水管网系统,还包括分布式光热蝶式斯特林热电联产机组、跨季节蓄热系统和建筑充电、放电及发电耦合建筑。所述的多能互补能源微网系统应用场景为高速公路的收费站、检查站和休息区。通过能源分布式利用,提高了高速公路区域的能源利用效率,减少了污染和能源浪费,分布式光热蝶式斯特林热电联产机组与跨季节蓄热系统的联合使用可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热。

Description

高速公路区域分布式多能互补能源微网系统
技术领域
本发明涉及能源利用领域,尤其涉及高速公路收费站、休息区和检查站分布式能源利用。
背景技术
分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式,可独立运行,也可并网运行,是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统,将用户多种能源需求,以及资源配置状况进行系统整合优化,采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统,是相对于集中供能的分散式供能方式。目前高速公路收费站、休息区和检查站利用的能源多为电网集中供电、热网集中供热,少数现有技术利用太阳能和风能发电,与电网供电结合保持高速公路用电系统正常运行。现有技术存在能源利用率低、能源结构单一等缺点。
申请号为CN201610598923.0的中国专利申请,公开了一种智能化供能微网,包括终端集成管理控制器、热油储能模块和高压气蓄能模块,其中终端集成管理控制器的能源输入端组连接有地热供应装置、燃气发电机、光伏发电机或风力发电机;热油储能模块由太阳能光热供能,热油储能模块和高压气蓄能模块与终端集成管理控制器相连,燃气发电机、光伏发电机和风力发电机为终端集成管理控制器供电。采用该方案,用户可选择适宜的方式组网,将地热、燃气发电机、光伏发电机和风力发电机多余能量“储存”在高压气或高温热油中,多能互补,并能适时将能量输出;在采用高压气蓄能时,通过引入射流泵可以实现中低压气体的循环回收利用,且可以重复循环利用,效率更高。
申请号为CN201310257580.8的中国专利申请提供一种零碳建筑多能互补综合能源利用系统,其特征在于,它由综合监控微网系统装置、太阳能发电装置、风力发电装置、储存电能装置、用电装置及辅助装置经电连接联成一有机整体。它的效果在于:1、能源,综合利用完善,用能与能源供应可做到协调统一;2、基本可满足建筑内的常规用电需求;3、具有并网功能;4、具有同时融合并网运行和离网运行的功能;5、综合监控系统装置将可再生能源发电和节能设备完美融合,在一起使用,达到能源的综合利用最优化,该系统可广泛用于离网、并网性需求的居民住宅、别墅、工厂、学校、医院、岛屿、旅游景点等场所。
发明内容
本发明提供了一种高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,包括分布式发电系统、太阳能集热器、电网接线系统、热水管网系统,其特征在于:还包括分布式光热蝶式斯特林热电联产机组、跨季节蓄热系统和建筑充电、放电及发电耦合建筑。
优选的是,所述分布式发电系统包括分布式风电系统和分布式光伏发电系统。
上述任一项中优选的是,所述的分布式风电系统和分布式光伏发电系统安装于高速公路现场,所发电量用于高速公路区域现场供电和/或上网售电。
上述任一项中优选的是,所述分布式光伏发电系统设置于高速公路收费站、休息区或检查站至少一种建筑物表面。
上述任一项中优选的是,所述分布式光伏发电系统设置于高速公路收费站、检查站或休息区屋顶、高速公路收费站、检查站或休息区墙体表面、高速公路其他房屋设施屋顶或高速公路其他房屋设施墙体表面的至少一个位置。
上述任一项中优选的是,所述分布式光伏发电系统设置于高速公路道路两边或中间隔离带。
上述任一项中优选的是,所述的分布式风电系统设置于高速公路收费站、检查站或休息区的空余区域、高速公路到道路两边空余区域或高速公路隔离带区域的至少一个位置。
上述任一项中优选的是,所述建筑充电、放电及发电耦合建筑包括充电电池组成的充电墙和太阳能发电装置,所述充电墙预制安装在墙体结构内和/或挂在墙体结构外表面,所述太阳能发电装置设置于墙体结构外表面、屋顶或窗户玻璃至少一个位置上。
上述任一项中优选的是,还包括充电桩和/或充电墙耦合充放电系统(充电墙)与所述建筑充电、放电及发电耦合建筑配合使用。
上述任一项中优选的是,所述太阳能发电装置为薄膜太阳能发电装置。
上述任一项中优选的是,所述分布式光热蝶式斯特林热电联产机组与所述跨季节蓄热系统管路连接,所述分布式光热蝶式斯特林热电联产机组与所述分布式发电系统电路连接。
上述任一项中优选的是,所述跨季节蓄热系统为跨季节自然水体蓄热系统,所述跨季节自然水体蓄热系统包括多个蓄热池,蓄热池池底布置保温防渗水层,蓄热池表面设置浮动式保温层,保温层外表面铺设薄膜太阳能发电装置。
上述任一项中优选的是,所述的分布式光热蝶式斯特林热电联产机组回收的热量用于高速公路各功能区域内的供热和生活热水。
上述任一项中优选的是,所述的太阳能集热器收集的热水可以用于高速公路区域建筑的生活热水供应。
上述任一项中优选的是,所述的跨季节自然水体蓄热池在夏季将太阳能集热器和分布式光热蝶式斯特林热电联产机组收集的热能进行跨季节蓄热,然后在冬季需要供热和生活热水供应的时候加以应用。
上述任一项中优选的是,还包括电锅炉,所述电锅炉与所述分布式风电系统和/或分布式光伏发电系统电路连接,所述电锅炉与跨季节自然水体蓄热池通过管路连接。
上述任一项中优选的是,还包括智能控制系统,所述智能控制系统包括电量测量装置和电量控制装置和数据处理分析装置,所述电量测量装置测得的数据传输到所述数据处理分析装置,经分析后所述电量控制装置控制充电、放电和发电以及电能的传输方向及传输量。
上述任一项中优选的是,所述电量测量装置是设置在所述分布式发电系统中发电机组回路上的电能供应计量表,以测量发电机组产生的电量。
上述任一项中优选的是,所述智能控制系统还包括远程传输模块,所述远程传输模块将所述电量测量装置采集的数据分析处理后远程传输至能效评估平台,以实现对所述分布式发电系统的实时监测和远程控制。
上述任一项中优选的是,所述的跨季节自然水体蓄热系统中蓄热池内最高温度不超过85℃。本发明的有益效果在于:通过在高速公路区域能源分布式利用,提高了能源利用效率,减少了污染和能源浪费,分布式光热蝶式斯特林热电联产机组与跨季节蓄热系统的联合使用可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热。
附图说明
图1 为本发明的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统的一优选实施例的示意图。
图中的标记:1分布式光伏发电系统,2分布式风电系统,3建筑充电、放电及发电耦合建筑,4屋顶光伏发电,5风机发电,6屋顶太阳能集热器,7跨季节自然水体蓄热水池,8充电桩和/或充电墙,9高速公路屋顶光伏发电,10电锅炉,11分布式光热蝶式斯特林热电联产机组。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容,下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述,实施例只对本发明具有示例性作用,而不具有任何限制性的作用;任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改,都应属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了高速公路收费站休息区和检查站分布式多能互补能源微网系统。如图1所示,图中虚线为电网接线系统;实线为热水管网系统,提供建筑供热和生活热水。本实施例中的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,包括分布式发电系统、太阳能集热器、电网接线系统、热水管网系统,以及分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11、建筑充电桩及充电墙耦合充放电系统(充电桩和/或充电墙8)、跨季节自然水体蓄热系统和建筑充电、放电及发电耦合建筑3。
在本实施例中,分布式光伏发电系统1和分布式风电系统2设置于高速公路道路中间的隔离带处,优选为靠近收费站的位置,有利于对收费站用电进行供电。在高速公路道路两边以及休息区设置有屋顶光伏发电4,便于向所在区域供电或将电能转化为热能存储。在收费站还设置有高速公路收费站屋顶光伏发电9。在高速公路道路两边以及休息区、检查站或收费站区域,设置有风机发电5,便于向所在区域供电或将电能转化为热能存储。本实施例中,高速公路区域,优选在高速公路休息区和/或检查站设置有分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11。分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11、分布式光伏发电系统1、分布式风电系统2、建筑充电、放电及发电耦合建筑3、屋顶光伏发电4、风机发电5、充电桩和/或充电墙8以及高速公路屋顶光伏发电9之间通过电路连接形成电路网络。在本实施例中还设置有电锅炉10,与所述电路网络电路连接,从所述电路网络获取电能,所述电能包括分布式光伏发电系统1和/或分布式风电系统2提供的电能,优选为高速公路收费站屋顶光伏发电9、屋顶光伏发电4、风机发电5等。本实施例中,在高速公路区域,优选的在高速公路休息区和/或检查站设置有太阳能集热器,优选为屋顶太阳能集热器6,将太阳能转化为热能。在本实施例高速公路区域,设置有跨季节蓄热系统,优选为跨季节自然水体蓄热系统,优选为在高速公路休息区和/或检查站设置有多个跨季节自然水体蓄热水池7,跨季节自然水体蓄热水池7与电锅炉10和/或分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11通过热水管路相连将能量转化为热能存储于跨季节自然水体蓄热水池7中,跨季节自然水体蓄热水池7之间也可以通过热水管路相连,增加热水的蓄水量。(跨季节自然水体蓄热水池7即为本发明所述跨季节自然水体蓄热系统中包括的蓄热池)跨季节自然水体蓄热水池7池底布置保温防渗水层,跨季节自然水体蓄热水池7表面设置浮动式保温层,保温层外表面铺设薄膜太阳能发电装置。跨季节自然水体蓄热水池7池内最高温度不超过85℃
所述分布式发电系统包括分布式风电系统2和分布式光伏发电系统1。分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11回收的热量用于高速公路各功能区域内的供热和生活热水。分布式风电系统2和分布式光伏发电系统1根据高速公路现场情况安装,所发电量可用于高速公路区域现场供电也可以上网售电。所述的太阳能集热器收集的热水可以用于高速公路区域建筑的生活热水供应。所述的跨季节自然水体蓄热系统可以实现夏季太阳能集热器和光热蝶式热电联产机组收集的热水的跨季节蓄热,然后在冬季需要供热和生活热水供应的时候加以应用。建筑充电、放电及发电耦合建筑3上设置有光伏发电和微风发电装置,所述建筑充电、放电及发电耦合建筑3可与高速公路设置的充电桩和/或充电墙耦合充放电系统(充电桩和/或充电墙8)等结合,实现最低成本的汽车充电和充电墙充电,然后在收益最佳的时候向电网放电。
本发明优选的分布式发电系统实现了用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组,满足特定用户的需要,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。其优点在于,分布式发电系统中各电站相互独立,用户由于可以自行控制,不会发生大规模停电事故,所以安全可靠性比较高;可以弥补大电网安全稳定性的不足,在意外灾害发生时继续供电,已成为集中供电方式不可缺少的重要补充;可对区域电力的质量和性能进行实时监控,非常适合向农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区的居民供电,可大大减小环保压力;分布式发电的输配电损耗很低,甚至没有,无需建配电站,可降低或避免附加的输配电成本,同时土建和安装成本低;可以满足特殊场合的需求,如 (处于热备用状态的)移动分散式发电车;调峰性能好,操作简单,由于参与运行的系统少,启停快速,便于实现全自动。
在本实施例中,分布式发电系统可优选为基于可再生能源的分布式发电系统,主要的技术包括:(1)太阳能光伏发电技术:太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。(2)风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术,可分为独立与并网运行两类,前者为微型或小型风力发电机组,容量为100W~10kW,后者的容量通常超过150kW。风力发电技术进步很快,单机容量在2MW以下的技术已很成熟。本发明根据高速公路区域的特点,分布式风电系统2和分布式光伏发电系统1根据高速公路现场情况合理安装,所发电量可用于高速公路区域现场供电也可以上网售电。根据高速公路现场情况合理安装主要包括:根据高速公路区域建筑物及空地分布情况在合理的位置设置风力发电或光伏发电所需的设备,并且根据实际用电需求和空间承载能力设置合理数目的风力发电或光伏发电所需的设备。优选的是,分布式光伏发电设备设置于高速公路收费站的屋顶、墙体表面、玻璃表面,或设置于高速公路休息区或检查站内建筑物的屋顶、墙体或玻璃表面,或在高速公路休息区或检查站空余位置、高速公路中间隔离带处或高速公路道路两边的空地上设置预制墙体,分布式光伏发电系统1设置于预制墙体上。预制墙体只是承载分布式光伏发电设备的其中一种形式,例如,也可以替换为带有顶部带有太阳能板的杆状设施或遮阳棚式的建筑,其顶部可用于安装太阳能收集设备;或者房屋式建筑,其屋顶、墙体或玻璃可用于安装太阳能收集设备。
在本实施例中设置有太阳能集热器。太阳能除了通过所述光伏发电系统转变为电能外,还可以通过太阳能集热器将光能转换成热能并存储。
本实施例中,所述建筑充电、放电及发电耦合建筑3与充电桩和/或充电墙耦合充放电系统(充电桩和/或充电墙8)配合使用。所述建筑充电、放电及发电耦合建筑3包括充电电池组成的充电墙和太阳能发电装置,所述充电墙安装在墙体结构内或挂在墙体外表面,所述太阳能发电装置设置于墙体结构外表面、屋顶和窗户玻璃至少一个位置上。所述太阳能发电装置为薄膜太阳能发电装置。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨,金属片等不同材料当基板来制造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数微米,因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量,节约了建设及生产成本。薄膜太阳电池除了平面之外,也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大,可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份。尤其对于高速公路区域,由于空间有限,薄膜太阳电池的使用能够更加充分的利用高速公路区域有限的空间。同时,高速公路,尤其是高速公路休息区、检查站作为车流人员密集区域,薄膜太阳电池与建筑物一体结合的设计增加了太阳能使用的安全性,并且更有利于高速公路整体设计的美化。
本实施例中,优选为分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11。分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11主要由斯特林发动机、接收器、聚光蝶和控制系统等组成。工作时,分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11将太阳光的能量用蝶式抛物面聚光镜收集起来,并将其反射到聚光镜的焦点处,聚得集中、高温、高热流密度的热量,驱动安放在聚光镜焦点附近的太阳能斯特林发动机,从而带动发电机进行发电。蝶式斯特林太阳能光热发电技术作为一种新型的发电技术,具有效率高、占地少、适于模块化组合、产业链污染小等优势,是国际公认的清洁能源,具有广阔的发展前景,市场潜力巨大,尤其适用于高速公路区域的使用。
本实施例中,所述跨季节蓄热系统为跨季节自然水体蓄热系统,优选为跨季节自然水体蓄热水池7,即优选水体作为蓄热的载体。其成本较底,使用安全,适合高速公路区域等公共场所及人员密集区域的使用。分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11与所述跨季节蓄热系统管路连接,分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11与所述分布式发电系统电路连接。
本实施例中,分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11回收的热量用于高速公路各功能区域内的供热和生活热水。所述的太阳能集热器收集的热水可以用于高速公路区域建筑的生活热水供应。所述的跨季节自然水体蓄热系统可以实现夏季太阳能集热器和分布式光热蝶式斯特林热电联产机组11收集的热水的跨季节蓄热,然后在冬季需要供热和生活热水供应的时候加以应用。
本实施例中的电锅炉10与分布式风电系统2和/或分布式光伏发电系统1电路连接,电锅炉10与跨季节自然水体蓄热水池7通过热水管路连接。分布式风电系统2和/或分布式光伏发电系统1收集的能量通过电锅炉10转化为热能存储于跨季节自然水体蓄热水池7。可实现热能在夏季收集,冬季使用。
在本实施例中,还包括智能控制系统,所述智能控制系统包括电量测量装置和电量控制装置以及数据处理系统,所述电量测量装置测得的数据传输到所述数据处理分析装置,经分析后所述电量控制装置控制充电、放电和发电以及电能的传输方向及传输量。分布式发电系统中的发电机组回路上连接电能供应计量表,以测量发电机组产生的电量。所述电量控制装置还包括远程传输模块,所述远程传输模块将所述电量测量装置采集的数据分析处理后远程传输至能效评估平台,以实现对发电系统的实时监测和远程控制。其中,根据高速公路各个区域的用电量以及热能的利用量,将多余的电量通过控制系统进行分配,选择收益最佳的时候向电网放电。或者对电能转化热能量进行控制。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明,但本领域的技术人员可以理解,可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述,但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,包括分布式发电系统、太阳能集热器、电网接线系统、热水管网系统,其特征在于:还包括分布式光热蝶式斯特林热电联产机组(11)、跨季节蓄热系统和建筑充电、放电及发电耦合建筑(3)。
2.根据权利要求1所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:所述分布式发电系统包括分布式风电系统(2)和分布式光伏发电系统(1)。
3.根据权利要求2所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:分布式风电系统(2)和分布式光伏发电系统(1)安装于高速公路现场,所发电量用于高速公路区域现场供电和/或上网售电。
4.根据权利要求3所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:分布式光伏发电系统(1)设置于高速公路收费站、休息区或检查站至少一种建筑物表面。
5.根据权利要求4所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:分布式光伏发电系统(1)设置于高速公路收费站、检查站或休息区屋顶、高速公路收费站、检查站或休息区墙体表面、高速公路其他房屋设施屋顶或高速公路其他房屋设施墙体表面的至少一个位置。
6.根据权利要求3所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:分布式光伏发电系统(1)设置于高速公路道路两边或中间隔离带。
7.根据权利要求3所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:分布式风电系统(2)设置于高速公路收费站、检查站或休息区的空余区域、高速公路到道路两边空余区域或高速公路隔离带区域的至少一个位置。
8.根据权利要求1所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:建筑充电、放电及发电耦合建筑(3)包括充电电池组成的充电墙和太阳能发电装置,所述充电墙预制安装在墙体结构内和/或挂在墙体结构外表面,所述太阳能发电装置设置于墙体结构外表面、屋顶或窗户玻璃至少一个位置上。
9.根据权利要求8所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:还包括充电桩和/或充电墙耦合充放电系统,与所述建筑充电、放电及发电耦合建筑(3)配合使用。
10.根据权利要求9所述的高速公路区域分布式多能互补能源微网系统,其特征在于:所述太阳能发电装置为薄膜太阳能发电装置。
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