CN108592454B - 一种多能互补分布式能源与资源综合供能系统及供能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多能互补分布式能源与资源综合供能系统及供能方法。现有分布式能源和资源利用系统过于独立、缺少互补性和互动性，存在系统效率偏低以及资源与能源利用率低等问题。本发明可以将多种分布式能源与多种资源实现互补和利用，提高能源利用效率的同时还可以优化资源利用，实现多能互补分布式能源与资源的互联互通和高效循环利用。本发明克服现有能源系统和资源利用在技术和应用中存在的不足，实现能源、垃圾、植物和污水100%回收再利用等，提升资源再利用。从而解决能源危机、减轻环境污染、保护生态环境，推动资源综合利用工作，提高综合利用率。实现分布式能源、低温地热、垃圾循环利用的一体化目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种多能互补分布式能源与资源综合供能系统及供能方法，主要应用于区域分布式能源、区域能源互联网和区域供能。
背景技术
多能互补终端一体化系统是构建智慧城市、打造“互联网+”智慧区域能源系统的重要手段。通过天然气热电冷多联供、可再生能源和智能微网等方式，以实现多能协同供应和能源综合梯级利用是多能互补终端一体化系统的基本要求；综合能源效率最大化，热、电、冷、气、水等多种负荷就地平衡调节，供能经济合理是其主要发展目标。在园区、大型公共建筑、居民小区等集中用能区域，实施多能互补终端一体化系统，能使区域中电力、燃气、热力、供冷、供水管廊等基础设施的布局更加优化，能够为当地政府统筹解决能源供应，减少政府市政基础配套设施投入，提高供能质量，达到各方互惠共赢。
现有分布式能源和资源利用系统过于独立、缺少互补性和互动性，存在系统效率偏低以及资源与能源利用率低等问题，如申请号为201120436997.7的中国专利。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的多能互补分布式能源与资源综合供能系统及供能方法，可以将多种分布式能源与多种资源实现互补和利用，提高能源利用效率的同时还可以优化资源利用，实现多能互补分布式能源与资源的互联互通和高效循环利用。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种多能互补分布式能源与资源综合供能系统，包括资源输入系统、资源及能源循环利用系统、多能互补分布式能源系统和资源服务输出系统；其特征在于，所述资源输入系统包括太阳能输入模块、地热输入模块、天然气输入模块、垃圾输入模块、植物输入模块和城市粪便输入模块，所述资源及能源循环利用系统包括沼气处理系统、沼渣/液处理系统、植物分类收集系统、垃圾回收处理系统、生物质燃料储存装置、生物炭原料处理系统、生物气储存装置和地源热泵系统，所述多能互补分布式能源系统包括沼气发电系统、生物质发电系统、燃气分布式能源系统、供冷系统、供热系统和光伏/光热系统，所述资源服务输出系统包括有机肥输出模块、冷能输出模块、热能输出模块、电能输出模块、生物精油输出模块和生物炭产品输出模块；所述城市粪便输入模块通过管道与沼气处理系统连接，所述沼气处理系统通过管道分别与沼渣/液处理系统和沼气发电系统连接，所述沼渣/液处理系统通过输送带与有机肥输出模块连接，所述沼气发电系统通过管道与电能输出模块连接；所述植物输入模块通过输送带与植物分类收集系统连接，所述植物分类收集系统通过管道与生物精油输出模块连接，所述植物分类收集系统还通过输送带分别与生物质燃料储存装置和生物炭原料处理系统连接，所述生物质燃料储存装置通过输送带与生物质发电系统连接，所述生物质发电系统通过管道分别与冷能输出模块、热能输出模块和电能输出模块连接，所述生物炭原料处理系统通过输送带与生物炭产品输出模块连接，所述生物炭原料处理系统还通过管道与生物气储存装置连接，所述生物气储存装置通过管道与燃气分布式能源系统连接，所述燃气分布式能源系统通过管道分别与冷能输出模块和热能输出模块连接；所述垃圾输入模块通过输送带与垃圾回收处理系统连接，所述垃圾回收处理系统通过输送带与生物质燃料储存装置连接；所述天然气输入模块通过管道与燃气分布式能源系统连接；所述地热输入模块通过管道与地源热泵系统连接，所述地源热泵系统通过管道分别与燃气分布式能源系统、供冷系统和供热系统连接，所述供冷系统通过管道与冷能输出模块连接，所述供热系统通过管道分别与燃气分布式能源系统和热能输出模块连接；所述太阳能输入模块通过电缆与光伏/光热系统连接，所述光伏/光热系统通过电缆与电能输出模块连接，所述光伏/光热系统还通过管道与热能输出模块连接。结构设计合理，可实现资源和能源的深度结合，提高资源和能源的利用效率。
进一步而言，所述供冷系统为ORC供冷系统。效果较佳。
一种如上所述的多能互补分布式能源与资源综合供能系统的供能方法，其特征在于，所述供能方法如下：
1)城市粪便回收和利用：通过城市粪便输入模块接收城市粪便，城市粪便经过沼气处理系统进行沼气处理产生沼渣/液，沼渣/液进入沼渣/液处理系统产生有机肥，有机肥进入有机肥输出模块进行输出供使用；沼气处理系统还产生沼气进入沼气发电系统最终进入电能输出模块进行发电；
2)植物回收和利用：通过植物输入模块接收植物和花卉，植物和花卉经过植物分类收集系统产生生物精油和生物质燃料，生物精油进入生物精油输出模块供使用，生物质燃料进入生物质燃料储存装置并进入生物质发电系统，在生物质发电系统内产生冷能和热能并分别进入冷能输出模块和热能输出模块供使用；植物和花卉经过植物分类收集系统还产生生物炭原料，生物炭原料进入生物炭原料处理系统转化成生物炭产品最终进入生物炭产品输出模块供使用；生物炭原料进入生物炭原料处理系统还产生生物气并进入生物气储存装置，生物气最终进入分布式能源系统与天然气模块输入7产生的天然气结合；
3)垃圾回收和利用：通过垃圾输入模块实现垃圾的接收，再通过垃圾回收处理系统产生生物质燃料并进入生物质燃料储存装置，最终生物质燃料进入生物质发电系统产生能量；
4)天然气分布式能源与地热系统综合利用：天然气通过天然气输入模块并经过燃气分布式能源系统产生冷能、热能和电能，燃气分布式能源系统产生的电能输送至地源热泵系统用于提供回灌电力，燃气分布式能源系统产生的热水与地源热泵系统的热水结合，提高了地源热泵系统的供热能力和效率；同时燃气分布式能源系统还与生物质发电系统产生的能量结合，共同给用户提供多种能源；
5)地热能源综合利用：地热资源通过地热输入模块输入至地源热泵系统，所产生的冷能输送给供冷系统实现供冷，地源热泵系统产生的热能与生物质发电系统产生的能量结合，共同给用户提供能源；
6)太阳能综合利用：通过太阳能输入模块接收太阳能并进入光伏/光热系统，通过对太阳能进行光电或光热利用，所产生电能和热能分别与燃气分布式能源系统和生物质发电系统产生的能量结合，实现共同给用户提供多种能源；
7)多能互补分布式能源系统：沼气发电系统、生物质发电系统、燃气分布式能源系统、供冷系统、供热系统和光伏/光热系统中每个系统的输出均通过管道和电缆连接，实现灵活给多种用户提供能源需求。
可以灵活给多种用户提供能源需求，提高了能源利用率；相比现有的过于独立、缺少互补性的能源及资源利用系统，提高能源利用效率的同时还可以优化资源利用，实现多能互补分布式能源与资源的相结合以及高效循环利用，从而解决能源危机、减轻环境污染、保护生态环境，推动资源综合利用工作，提高综合利用率；实现了分布式能源、低温地热、垃圾循环利用的一体化目标。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）实现资源和能源的深度结合，提高资源和能源的利用效率；（2）地热系统可以与燃气分布式能源系统和光伏/光热系统融合，运行和供能方式灵活；（3）多能互补分布式能源的高效、灵活利用，对沼气发电、生物质发电、燃气分布式能源、ORC供冷、供热以及光伏/光热系统每个输出侧的冷、热、电相互融合，可以根据用户不同需求的能源品种、能源量提供全方位的能源供应；（4）实现了清洁供能，清洁供能系统是采用生物质发电、天然气分布式能源技术、光伏发电、地源热泵等清洁能源的综合能源供能系统；（5）能源利用率更高，燃气分布式能源系统可以提高地热系统的供热能力；生物气可以与天然气结合用于燃气分布式能源供能；植物和垃圾可以综合利用进行生物质发电。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图中：资源输入系统1、资源及能源循环利用系统2、多能互补分布式能源系统3、资源服务输出系统4、太阳能输入模块5、地热输入模块6、天然气输入模块7、垃圾输入模块8、植物输入模块9、城市粪便输入模块10、沼气处理系统11、沼渣/液处理系统12、沼气发电系统13、植物分类收集系统14、垃圾回收处理系统15、生物质燃料储存装置16、生物质发电系统17、生物炭原料处理系统18、生物气储存装置19、燃气分布式能源系统20、地源热泵系统21、ORC供冷系统22、供热系统23、光伏/光热系统24、有机肥输出模块25、冷能输出模块26、热能输出模块27、电能输出模块28、生物精油输出模块29、生物炭产品输出模块30。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1，一种多能互补分布式能源与资源综合供能系统，包括资源输入系统1、资源及能源循环利用系统2、多能互补分布式能源系统3和资源服务输出系统4。
资源输入系统1包括太阳能输入模块5、地热输入模块6、天然气输入模块7、垃圾输入模块8、植物输入模块9和城市粪便输入模块10，资源及能源循环利用系统2包括沼气处理系统11、沼渣/液处理系统12、植物分类收集系统14、垃圾回收处理系统15、生物质燃料储存装置16、生物炭原料处理系统18、生物气储存装置19和地源热泵系统21，多能互补分布式能源系统3包括沼气发电系统13、生物质发电系统17、燃气分布式能源系统20、ORC供冷系统22、供热系统23和光伏/光热系统24，资源服务输出系统4包括有机肥输出模块25、冷能输出模块26、热能输出模块27、电能输出模块28、生物精油输出模块29和生物炭产品输出模块30。
城市粪便输入模块10通过管道与沼气处理系统11连接，沼气处理系统11通过管道分别与沼渣/液处理系统12和沼气发电系统13连接，沼渣/液处理系统12通过输送带与有机肥输出模块25连接，沼气发电系统13通过管道与电能输出模块28连接；植物输入模块9通过输送带与植物分类收集系统14连接，植物分类收集系统14通过管道与生物精油输出模块29连接，植物分类收集系统14还通过输送带分别与生物质燃料储存装置16和生物炭原料处理系统18连接，生物质燃料储存装置16通过输送带与生物质发电系统17连接，生物质发电系统17通过管道分别与冷能输出模块26、热能输出模块27和电能输出模块28连接，生物炭原料处理系统18通过输送带与生物炭产品输出模块30连接，生物炭原料处理系统18还通过管道与生物气储存装置19连接，生物气储存装置19通过管道与燃气分布式能源系统20连接，燃气分布式能源系统20通过管道分别与冷能输出模块26和热能输出模块27连接；垃圾输入模块8通过输送带与垃圾回收处理系统15连接，垃圾回收处理系统15通过输送带与生物质燃料储存装置16连接；天然气输入模块7通过管道与燃气分布式能源系统20连接；地热输入模块6通过管道与地源热泵系统21连接，地源热泵系统21通过管道分别与燃气分布式能源系统20、ORC供冷系统22和供热系统23连接，ORC供冷系统22通过管道与冷能输出模块26连接，供热系统23通过管道分别与燃气分布式能源系统20和热能输出模块27连接；太阳能输入模块5通过电缆与光伏/光热系统24连接，光伏/光热系统24通过电缆与电能输出模块28连接，光伏/光热系统24还通过管道与热能输出模块27连接。
一种如上所述的多能互补分布式能源与资源综合供能系统的供能方法，供能方法如下：
1)城市粪便回收和利用：通过城市粪便输入模块10接收城市粪便，城市粪便经过沼气处理系统11进行沼气处理产生沼渣/液，沼渣/液进入沼渣/液处理系统12产生有机肥，有机肥进入有机肥输出模块25进行输出供使用；沼气处理系统11还产生沼气进入沼气发电系统13最终进入电能输出模块28进行发电；
2)植物回收和利用：通过植物输入模块9接收植物和花卉，植物和花卉经过植物分类收集系统14产生生物精油和生物质燃料，生物精油进入生物精油输出模块29供使用，生物质燃料进入生物质燃料储存装置16并进入生物质发电系统17，在生物质发电系统内产生冷能和热能并分别进入冷能输出模块26和热能输出模块27供使用；植物和花卉经过植物分类收集系统14还产生生物炭原料，生物炭原料进入生物炭原料处理系统18转化成生物炭产品最终进入生物炭产品输出模块30供使用；生物炭原料进入生物炭原料处理系统18还产生生物气并进入生物气储存装置19，生物气最终进入分布式能源系统20与天然气模块输入7产生的天然气结合；
3)垃圾回收和利用：通过垃圾输入模块8实现垃圾的接收，再通过垃圾回收处理系统产生生物质燃料并进入生物质燃料储存装置16，最终生物质燃料进入生物质发电系统17产生能量；
4)天然气分布式能源与地热系统综合利用：天然气通过天然气输入模块7并经过燃气分布式能源系统20产生冷能、热能和电能，燃气分布式能源系统20产生的电能输送至地源热泵系统21用于提供回灌电力，燃气分布式能源系统20产生的热水与地源热泵系统21的热水结合，提高了地源热泵系统21的供热能力和效率；同时燃气分布式能源系统20还与生物质发电系统17产生的能量结合，共同给用户提供多种能源；
5)地热能源综合利用：地热资源通过地热输入模块6输入至地源热泵系统21，所产生的冷能输送给ORC供冷系统22实现供冷，地源热泵系统21产生的热能与生物质发电系统17产生的能量结合，共同给用户提供能源；
6)太阳能综合利用：通过太阳能输入模块5接收太阳能并进入光伏/光热系统24，通过对太阳能进行光电或光热利用，所产生电能和热能分别与燃气分布式能源系统20和生物质发电系统17产生的能量结合，实现共同给用户提供多种能源；
7)多能互补分布式能源系统3：沼气发电系统13、生物质发电系统17、燃气分布式能源系统20、ORC供冷系统22、供热系统23和光伏/光热系统24中每个系统的输出均通过管道和电缆连接，实现灵活给多种用户提供能源需求。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种多能互补分布式能源与资源综合供能方法，供能系统包括资源输入系统、资源及能源循环利用系统、多能互补分布式能源系统和资源服务输出系统；其特征在于，所述资源输入系统包括太阳能输入模块、地热输入模块、天然气输入模块、垃圾输入模块、植物输入模块和城市粪便输入模块，所述资源及能源循环利用系统包括沼气处理系统、沼渣/液处理系统、植物分类收集系统、垃圾回收处理系统、生物质燃料储存装置、生物炭原料处理系统、生物气储存装置和地源热泵系统，所述多能互补分布式能源系统包括沼气发电系统、生物质发电系统、燃气分布式能源系统、供冷系统、供热系统和光伏/光热系统，所述资源服务输出系统包括有机肥输出模块、冷能输出模块、热能输出模块、电能输出模块、生物精油输出模块和生物炭产品输出模块；所述城市粪便输入模块通过管道与沼气处理系统连接，所述沼气处理系统通过管道分别与沼渣/液处理系统和沼气发电系统连接，所述沼渣/液处理系统通过输送带与有机肥输出模块连接，所述沼气发电系统通过管道与电能输出模块连接；所述植物输入模块通过输送带与植物分类收集系统连接，所述植物分类收集系统通过管道与生物精油输出模块连接，所述植物分类收集系统还通过输送带分别与生物质燃料储存装置和生物炭原料处理系统连接，所述生物质燃料储存装置通过输送带与生物质发电系统连接，所述生物质发电系统通过管道分别与冷能输出模块、热能输出模块和电能输出模块连接，所述生物炭原料处理系统通过输送带与生物炭产品输出模块连接，所述生物炭原料处理系统还通过管道与生物气储存装置连接，所述生物气储存装置通过管道与燃气分布式能源系统连接，所述燃气分布式能源系统通过管道分别与冷能输出模块和热能输出模块连接；所述垃圾输入模块通过输送带与垃圾回收处理系统连接，所述垃圾回收处理系统通过输送带与生物质燃料储存装置连接；所述天然气输入模块通过管道与燃气分布式能源系统连接；所述地热输入模块通过管道与地源热泵系统连接，所述地源热泵系统通过管道分别与燃气分布式能源系统、供冷系统和供热系统连接，所述供冷系统通过管道与冷能输出模块连接，所述供热系统通过管道分别与燃气分布式能源系统和热能输出模块连接；所述太阳能输入模块通过电缆与光伏/光热系统连接，所述光伏/光热系统通过电缆与电能输出模块连接，所述光伏/光热系统还通过管道与热能输出模块连接；所述供冷系统为ORC供冷系统；
供能方法如下：
城市粪便回收和利用：通过城市粪便输入模块接收城市粪便，城市粪便经过沼气处理系统进行沼气处理产生沼渣/液，沼渣/液进入沼渣/液处理系统产生有机肥，有机肥进入有机肥输出模块进行输出供使用；沼气处理系统还产生沼气进入沼气发电系统最终进入电能输出模块进行发电；
植物回收和利用：通过植物输入模块接收植物和花卉，植物和花卉经过植物分类收集系统产生生物精油和生物质燃料，生物精油进入生物精油输出模块供使用，生物质燃料进入生物质燃料储存装置并进入生物质发电系统，在生物质发电系统内产生冷能和热能并分别进入冷能输出模块和热能输出模块供使用；植物和花卉经过植物分类收集系统还产生生物炭原料，生物炭原料进入生物炭原料处理系统转化成生物炭产品最终进入生物炭产品输出模块供使用；生物炭原料进入生物炭原料处理系统还产生生物气并进入生物气储存装置，生物气最终进入分布式能源系统与天然气输入模块产生的天然气结合；
垃圾回收和利用：通过垃圾输入模块实现垃圾的接收，再通过垃圾回收处理系统产生生物质燃料并进入生物质燃料储存装置，最终生物质燃料进入生物质发电系统产生能量；
天然气分布式能源与地热系统综合利用：天然气通过天然气输入模块并经过燃气分布式能源系统产生冷能、热能和电能，燃气分布式能源系统产生的电能输送至地源热泵系统用于提供回灌电力，燃气分布式能源系统产生的热水与地源热泵系统的热水结合，提高了地源热泵系统的供热能力和效率；同时燃气分布式能源系统还与生物质发电系统产生的能量结合，共同给用户提供多种能源；
地热能源综合利用：地热资源通过地热输入模块输入至地源热泵系统，所产生的冷能输送给供冷系统实现供冷，地源热泵系统产生的热能与生物质发电系统产生的能量结合，共同给用户提供能源；
太阳能综合利用：通过太阳能输入模块接收太阳能并进入光伏/光热系统，通过对太阳能进行光电或光热利用，所产生电能和热能分别与燃气分布式能源系统和生物质发电系统产生的能量结合，实现共同给用户提供多种能源；
多能互补分布式能源系统：沼气发电系统、生物质发电系统、燃气分布式能源系统、供冷系统、供热系统和光伏/光热系统中每个系统的输出均通过管道和电缆连接，实现灵活给多种用户提供能源需求。
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