CN107477553A - 一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其技术特点是：设计电锅炉容量，以满足利用低谷电独立24小时供热能力；计算太阳能集热器日蓄热量；设计蓄热水箱容积以满足非低谷电时间段用热量；计算为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度；控制系统根据上述模型及参数监控蓄热水箱内的温度，对太阳能集热器和电锅炉的启停进行控制，并根据末端散热需求对蓄热水箱的放热进行控制。本发明充分发挥太阳能和电锅炉的优点，对电锅炉和太阳能集热器进行最优负荷配置和运行模式控制，其利用廉价的低谷电和太阳能集热器，满足非低谷电时间段用热量，确保供暖的可靠性和经济性。
Description
一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略
技术领域
[0001]本发明属于锅炉技术领域，尤其是一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源 控制策略。
背景技术
[0002]伴随着我国经济转型，能源革命越来越成为国家的一个主要工作方向。面对当前 日益严峻的大气污染问题，国家出台了一系列政策开展铁腕治理，大力推进北方地区冬季 清洁取暖，建设京津冀“无煤区”，实现能源的绿色和可持续发展，这成为能源供给和消费革 命的重要内容。目前，在城市中逐渐采用电锅炉代替燃煤锅炉供暖以利于环保。采用电锅炉 能够充分地将电能转化成热能，储存在蓄热水箱中，在需要的时候将热量释放出来。电能是 清洁二次能源，零排放，无污染，电能转化成热能的转化率超过95%，安全性高，无噪音。但 是电锅炉存在占用供电容量、用电量过高、运行成本高等问题。目前太阳热能技术也得到了 广泛应用，太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，最 具经济价值、技术最成熟且己商业化的一项技术，但是太阳能受制于天气因素，单纯的太阳 能供热常常导致供热量不足。现有的太阳能配合电辅热供热设备由于设备负荷设计不合 理，控制方法不当等原因，不能最大限度的充分利用太阳能，难以实现能源最优利用。
发明内容
[0003]本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、节约能源且可靠性 高的基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略。
[0004]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0005] —种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，包括以下步骤：
[000<5]步骤1、设计电锅炉容量，以满足利用低谷电独立24小时供热能力；
[0007]步骤2、计算太阳能集热器日蓄热量；
[0008]步骤3、设计蓄热水箱容积以满足非低谷电时间段用热量；
[0009]步骤4、计算为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度；
[0010]步骤5、控制系统根据上述模型及参数监控蓄热水箱内的温度，对太阳能集热器和 电锅炉的启停进行控制，并根据末端散热需求对蓄热水箱的放热进行控制。
[0011]所述步骤1采用如下模型计算电锅炉容量：
[0012] P=KXFXqXHi/H2
[0013]式中，P为电锅炉功率，K为蓄热热损失系数，K取值为1.10〜1.15; F为采暖面积;q 为建筑日平均热负荷指标，Hi为采暖时间，出电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。
[00M]所述步骤2采用如下模型计算太阳能集热器日蓄热量：
[0015] Q —JXmX (l~n2)S/f
[0016]式中：Q为太阳能集热器日蓄热量，j为当地集热器倾斜面上日均太阳辐照量，加则 为集热器平均集热效率，阳则为管路及蓄热装置热损失率，s为太阳能集热面积，？为太阳能 保证率。
[0017] 所述步骤3采用如下模型设计蓄热水箱容积：
[0018] V = 3.6 (K X F X q X H3+Q) / (C X p X At) _9]式中:V为蓄热水箱容积，K为蓄热热损失系数，K取值为丨.10〜丨.15;F为采暖面积； q为建筑日平均热负荷指标，H3为非低谷电时间段等效耗热量时间，Q为太阳能集热器日蓄 热量，C为水的比热容，p为水的密度，At为蓄热温差。
[0020]所述步骤4的计算方法为：
[0021] ti = 3.6 (KXFXqXH3+Q)/(CXpXV)+to
[0022]式中，为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度，如为60。(：，1( 为蓄热热损失系数，K取值为1.10〜1.15;F为采暖面积;q为建筑日平均热负荷指标，H3为非 低谷电时间段等效耗热量时间，Q为太阳能集热器日蓄热量，C为水的比热容，p为水的密度， V为蓄热水箱容积。
[0023]本发明的优点和积极效果是：
[0024] t发明充分发挥太阳能和电锅炉的优点，对电锅炉和太阳能集热器进行最优负荷 配置和运行模式控制，实现能源最优利用。利用廉价的低谷电，平抑用电负荷，减少发电单 位夜间运行的停机限负荷，并按照经济性、环保性最大化原则，充分利用现场屋顶和闲置空 间面积，全部安装太阳能集热器，使得蓄热水箱最大限度存储太阳能蓄热量，满足非低谷电 时间段用热量，确保供暖的可靠性和经济性。
附图说明
[0025]图1为本发明的控制策略示意图；
[0026]图2为本发明的太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉连接示意图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
[0028] —种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，是在图2所示的太阳能、 电锅炉互补蓄热锅炉上实现的。该太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉包括控制系统及太阳能集 热器、电锅炉、蓄热水箱和末端散热器，太阳能集热器及电锅炉与蓄热水箱之间通过保温输 水管相连接，蓄热水箱与末端散热器通过保温输水管道相连接，控制系统与太阳能集热器、 电锅炉、蓄热水箱相连接实现最优负荷配置和运行模式的控制功能。控制系统通过时间段 设置、监控水箱温度对太阳能集热器和电锅炉的启停进行控制，并根据末端散热需求对蓄 热水箱的放热进行控制。太阳能集热器和电锅炉根据控制系统命令，对蓄热水箱进行蓄热。 [0029] —种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，包括以下步骤：
[0030]步骤1、设计电锅炉容量，以满足利用低谷电独立24小时供热能力：
[0031]由于太阳能受制于天气因素，存在较大的不确定性，为确保供暖可靠性和经济性， 电锅炉应具备利用低谷电独立24小时供热的能力。电锅炉容量设计：
[0032] P=KXFXqXHi/H2
[0033] 式中，Pi为电锅炉功率，单位为W;K为蓄热热损失系数，一般取1.10-1.15;F为采暖 面积，单位为m2;q为建筑日平均热负荷指标，单位为W/m;Hl为采暖时间，单位为匕出电锅炉 向蓄热水箱蓄热的时间(低谷电时间），单位为h。
[0034]步骤2、计算太阳能集热器日蓄热量。
[0035]按照经济性、环保性最大化原则，充分利用现场屋顶和闲置空间面积，全部安装太 阳能集热器。太阳能集热器日蓄热量：
[0036] Q=JXniX (l-n2) S/f
[0037]式中：Q为太阳能集热器日蓄热量，单位为MJ;J为当地集热器倾斜面上日均太阳辐 照量，单位为MJ/(m2 • d) ;m则为集热器平均集热效率，单位为则为管路及蓄热装置热 损失率，单位为％ ; S为太阳能集热面积，单位为m2; f为太阳能保证率，单位为％。
[0038]步骤3、设计蓄热水箱谷积以满足非低谷电时间段用热量。
[0039]蓄热水箱应最大限度存储太阳能蓄热量，同时保证供暖可靠性，满足非低谷电时 间段用热量。蓄热水箱容积设计：
[0040] V=3.6 (KXFXqXH3+Q) / (CXpX △ t)
[0041]式中:V为蓄热水箱容积，单位为m3;H3为非低谷电时间段等效耗热量时间;C为水的 比热容，单位为kj/kg°C;p为水的密度，单位为kg/m3;At为蓄热温差。
[0042]步骤4、计算为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度：
[0043] ti = 3.6 (KXFXqXH3+Q)/(CXpXV)+to
[0044] 式中，^为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度，单位为。C; to 为 60°C。
[0045] _步骤5、控制系统根据上述模型及参数监控蓄热水箱，对太阳能集热器和电锅炉的 启停进行控制，并根据末端散热需求对蓄热水箱的放热进行控制。控制系统的具体方法如 图1所示：
[0046]在日间，当太阳能集热器水温超过9(TC时，控制系统控制太阳能集热器停止蓄热， 当太阳能集热器水温水温低于9〇。(：时，控制系统控制太阳能集热器持续蓄热。在夜间，当蓄 热水箱水温超过。时，控制系统控制电锅炉停止工作，当蓄热水箱水温低于^时，控制系统 控制电锅炉在低谷时段开启，使蓄热水箱水温升至tl。
[OO47]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包 括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案 得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、设计电锅炉容量，以满足利用低谷电独立24小时供热能力； ~ 步骤2、计算太阳能集热器日蓄热量； 步骤3、设计蓄热水箱容积以满足非低谷电时间段用热量； 步骤4、计算为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度； 步骤5、控制系统根据上述模型及参数监控蓄热水箱内的温度，对太阳能集热器和电锅 炉的启停进行控制，并根据末端散热需求对蓄热水箱的放热进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其特 征在于:所述步骤1采用如下模型计算电锅炉容量： ' P = KXFXqXHi/H2 式中，P为电锅炉功率，K为蓄热热损失系数，K取值为1 • 10〜1 • 15 ;F为采暖面积;q为建 筑日平均热负荷指标为采暖时间，H2电锅炉向蓄热水箱蓄热的时间。
3. 根据权利要求1所述的一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其特 征在于:所述步骤2采用如下模型计算太阳能集热器日蓄热量： Q=JXniX (l-n2)S/f 式中：Q为太阳能集热器日蓄热量，J为当地集热器倾斜面上日均太阳辐照量，m则为集 热器平均集热效率，n2则为管路及蓄热装置热损失率，S为太阳能集热面积，f为太阳能保证 率。
4. 根据权利要求1所述的一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其特 征在于:所述步骤3采用如下模型设计蓄热水箱容积： V = 3.6(KXFXqXH3+Q)/(CXpX At) 式中：V为蓄热水箱容积，K为蓄热热损失系数，K取值为1 • 10〜1 • 15; F为采暖面积;q为 建筑日平均热负荷指标，H3为非低谷电时间段等效耗热量时间，Q为太阳能集热器日蓄热 量，C为水的比热容，p为水的密度，At为蓄热温差。
5. 根据权利要求1所述的一种基于太阳能、电锅炉互补蓄热锅炉的能源控制策略，其特 征在于:所述步骤4的计算方法为： ti = 3.6(KXFXqXH3+Q)/(CXpXV)+to 式中，U为满足非低谷电时间段用热时蓄热水箱的热水所达最低温度，to为60°C，K为蓄 热热损失系数，K取值为1.10〜1.15;F为采暖面积;q为建筑日平均热负荷指标，H3为非低谷 电时间段等效耗热量时间，Q为太阳能集热器日蓄热量，C为水的比热容，p为水的密度，V为 蓄热水箱容积。
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