CN108708571A - 一种分布式建筑能源站及能源网络运营方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式建筑能源站，其特征在于，包括屋顶发电或集热结构件，建筑四周墙体由内含蓄电池及防火砖组成的墙体构成，蓄电池可以采用与墙体完全一体化结构，建筑外立面或阳台外立面可以布置有光伏发电或太阳能集热器；房屋的窗户和玻璃幕墙的所有玻璃均可以发电。同时，这些光伏发电、蓄电池的冷却散热用于生产生活热水或冬季建筑供热。本发明将未来每栋建筑改造或新建为分布式的建筑能源中心，利用区块链技术实现建筑与建筑之间或建筑内部不同用电方与发电方之间点对点的电力交易，真正实现能源互联网和价值互联网的两网聚合，使其聚合于未来社会的每个分布式建筑能源站节点。
Description
技术领域
本发明涉及分布式能源技术领域，更具体地说，涉及一种将建筑与分布式发电、蓄电结合的建筑能源站及能源网络运营方法。
背景技术
美国经济学家杰里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出了能源互联网的概念，为多能源系统的发展提供了新的思路。能源互联网是一种新型能源利用体系，即在电力电子技术与信息通信技术的基础上，利用能量信息管理系统将集中或分布式可再生能源、储能装置、耗能负荷等联结为一个有机的整体，使其协同工作，通过能量与信息紧密耦合实现安全高效协调共享。
《第三次工业革命》一书中提出支撑新能源体系革命基础设施的五大支柱：(1)向可再生能源转型；(2)将每大洲的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源；(3)在每一栋建筑及基础设施中使用氢和其他储能技术，以存储间歇式能源；(4)利用互联网技术将每一大洲的电力网转化为类似于互联网的能源共享网络；(5)将运输工具转向可利用洲际间能源共享网络的插电式或燃料电池动力车。
在这样的能源互联网络中，处于中心地位的是作为能源的产生者和消费者的能源产消者-分布式建筑能源站。但里夫金的书里和现有文献中，都没有具体的能源产消者的具体实现方式。
发明内容
有鉴于此，本发明创新性地将蓄电池、分布式发电装置与建筑本体结构结合，提出了利用蓄电池和光伏发电板构成建筑墙体或屋顶，使得发电、蓄电装置与建筑形成一体化结构，从而真正实现每一栋建筑成为一个发电厂或蓄电站。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
包括：
屋顶光伏发电结构，包括光伏发电板或光伏发电瓦，或整个屋顶作为与光伏发电功能一体化耦合的结构件；
建筑四周墙体内部或表面包括蓄电池及防火砖，蓄电池采用与墙体完全一体化结构设计或外挂充电墙形式设计；
能源管家宝，实现能源站分布式发电设备的发电量计量，并利用区块链技术实现建筑能源站发电量、建筑用电量、不同建筑节点之间的点对点电力交易等数据的不可篡改的分布式记账。
优选地，所述屋顶发电结构件中的光伏发电板或光伏发电瓦，采用单晶硅、多晶硅、非晶硅的薄膜太阳电池中的任意一种或组合。
优选地，所述的能源站的能源管家宝通过有线或无线通讯技术连接互联网，内部安装区块链智能合约定义的能源网络运营方法程序，利用区块链技术实现数字货币储值、支付、轻钱包或记账等功能中的任意一种或几种组合。
优选地，所述建筑一体化结构的蓄电池作为建筑墙体内填充物，内侧和外侧表面布置特殊防火及隔热和承重材料结构。冬季通过蓄电池发热为建筑提供供热热源，夏季开启特殊的散热排风系统降低蓄电池温度，或通过水冷循环系统利用散热生成生活热水或建筑供热循环热水。
优选地，所述建筑一体化结构的蓄电池还可以设计成为外挂墙体表面的形式，或可以从墙体内部拆卸出来，这样的可拆卸蓄电池板也可方便地安装在电动汽车的底盘，作为电动汽车充电电池使用。
优选地，所述建筑外立面或阳台外立面采用建筑一体化结构，将光伏发电板或太阳能集热器集成在外立面上。
优选地，所述建筑能源站的窗户或玻璃幕墙均可发电，采用发电玻璃或玻璃表面贴付薄膜太阳能的技术。
优选地，所述建筑能源站的屋顶、墙面和窗户及玻璃幕墙，均可做成预制的建筑结构构件，但这些构件均需要集成光伏发电技术、光热发电技术、太阳能集热技术、微风发电技术、摩擦发电技术、蓄电池技术中的一种或几种组合。
一种建筑能源网络，其特征在于，所述的建筑能源网络包括：
第一类节点，为分布式建筑能源站；
第二类节点，为不带发电或蓄电功能的一般终端电用户建筑；
第三类节点，为与大电网进行电力交易的记账节点。
一种分布式建筑能源站及能源网络的运营方法，其特征在于，所述的建筑能源运营方法包括下列步骤：
S1判断节点类似；
S2判断是否为建筑能源站节点？是，则跳转到S21步骤进行；否，则跳转到S3进行；
S3判断是否为普通电用户建筑？是，则跳转到S31步骤进行；否，则跳转到S4进行；
S4定义此节点为电网记账节点；
S21可再生能源发电设施每发1度电产生X个数字货币；
S22蓄电池每充放1度电产生Y个数字货币；
S23制定建筑能源站发电、售电、用电、充放电智能合约；
S31制定本建筑或本电用户用电智能合约；
S41制定电网记账节点智能合约；
S5判断建筑能源站和电用户基于智能合约的购售电价格是否匹配；是则跳转到S51；否，则跳转到S6；
S51点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S6判断基于智能合约的购售电价格是否匹配？是，则跳转到S61；否，则跳转到S7；
S61，点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S7，返回循环起点，修正合约价格；
本发明创新性地将蓄电池和分布式光伏发电等技术融入建筑一体化结构或建筑预制构件，使得蓄电池和光伏发电板成为建筑的墙体和窗户或屋顶，从而高效地利用了建筑空间，真正实现了分布式建筑既是能源的生成者，也是能源的消费者，同时给未来的人们提供舒适、温暖的居住空间。
另外，本发明创新性地提出了根据可再生能源发电量和蓄电量，按比例产生能源相关数字货币的挖矿机制，并定义了能源网络的三种节点类型，从而利用数字货币实现三种能源网络节点之间的点对点的电力交易，而且这样的电力交易可以自动以区块链智能合约为交易规则自动进行。
本发明提出的这种分布式的建筑能源站及能源网络运营方法，必将改变未来能源基础设施的架构，极大地提高未来电网的运行效率，大大降低长距离输送电力、热力或燃气等能源的线路损耗，同时也会增加整个能源系统的安全性，使未来社会可以更加从容地应对气候变化和飓风、地震等极端天气气候的影响。
本发明的分布式可再生能源站及其能源网络，最终会实现未来的能源基础设施完全摆脱化石能源，从而实现建筑零碳排放和真正建立零碳社区。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的能源网络运营方法及步骤
图2为本发明所提供的一种别墅单体建筑类型的分布式建筑能源站示意图。
图3为本发明所提供的一种办公楼宇建筑类型的分布式建筑能源站示意图。
图4为本发明所提供的一种内部安装发电设施的分布式能源站示意图。
图中：
1为光伏发电、2为蓄电池、3为太阳能集热器、4为风力发电、5为能源管家宝。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
以下将通过实施例对本发明进行详细说明。
本发明的核心是提供一种分布式建筑能源站，该建筑能源站能够满足自身的能源需求，同时也可向周边建筑提供能源。
实施例1：
请参考图1，图1为本发明所提供的一种别墅单体建筑类型的建筑能源站的示意图。
一种分布式建筑能源站，其特征在于，包括：如图1所示，屋顶表面布置有光伏板(1)，屋顶内部布置有蓄电池组(2)，还包括能源管家宝(5)；
建筑四周墙体内部或表面包括蓄电池(2)及防火砖，蓄电池采用与墙体完全一体化结构设计或外挂充电墙形式设计；
能源管家宝(5)，实现能源站分布式发电设备的发电量计量，并利用区块链技术实现建筑能源站发电量、建筑用电量、不同建筑节点之间的点对点电力交易等数据的不可篡改的分布式记账。
本实施例中，所述光伏发电结构件中的光伏发电板，可以采用单晶硅、多晶硅、非晶硅的薄膜太阳电池中的任意一种或组合。
本实施例中，所述能源站的能源管家宝通过有线或无线通讯技术连接互联网，内部安装区块链智能合约定义的能源网络运营方法程序，利用区块链技术实现数字货币储值、支付、轻钱包或记账等功能中的任意一种或几种组合。
本实施例中，所述建筑一体化结构的蓄电池既可以作为建筑墙体内填充物，内侧和外侧表面布置特殊防火及隔热和承重材料结构。冬季通过蓄电池发热为建筑提供供热热源，夏季开启特殊的散热排风系统降低蓄电池温度，或通过水冷循环系统利用散热生成生活热水。
本实施例中，所述建筑一体化结构的蓄电池或充电墙还可以设计成为外挂墙体表面可拆卸的形式，或可以从墙体内部拆卸出来，这样的可拆卸蓄电池板也可方便地安装在电动汽车的底盘，作为电动汽车充电电池使用，为了便于拆卸，蓄电池分组模块化连接，每个模块一般人力就能拆卸搬运，并配备辅助拆卸的专用工具，方便可拆卸的蓄电池或充电墙模块在墙体和充电汽车底盘两个安装位置的切换。
本实施例中，所述建筑外立面或阳台外立面可以采用建筑一体化结构，将光伏发电板或太阳能集热器集成在外立面上，阳台上设置蓄热水箱，用于收集蓄电池散热和太阳能集热器收集的热量，这些热量用于生成生活热水(用于四季洗澡洗手)或冬季建筑供热。
本实施例中，所述建筑能源站的窗户或玻璃幕墙均可以发电，可以采用发电玻璃，也可以采用玻璃表面贴付薄膜太阳能发电的技术。
本实施例中，所述建筑能源站可以设置能源管家宝，可以采用区块链技术和智能计量技术，实现建筑能源站与其他建筑和电用户之间的点对点的电力交易。
本实施例中的能源管理平台可以是如图1所示，其作为建筑能源站的能源监控和管理中心，可以是一个具有无线通讯模块的类似Google收购的NEST温控器，我们称为能源管家宝(5)，通过无线通讯技术包括WIFI、ZIGEEBEE、蓝牙等技术，实时监控和收集建筑能源站内的每一个发电设备、蓄电设备和用电设备的发电量、蓄电量和用电量，并且负责利用区块链技术实现点对点的电力交易。而且此能源管家宝还可以进行数字货币轻钱包、储值和购售电交易记账等功能，作为电力交易区块链网络的一个节点，它可以实现电力计量、监控、电力交易、轻钱包、数字货币储值、能源管理、机器学习、最佳收益运行策略等功能。而且，它可以与现有的智能家居和智能管家系统结合，实现家庭的整体能源消费和生产的统一管理。
图1中的能源管家宝的大圆圈代表着此能源管家宝代表此建筑能源站作为区块链网络或能源互联网网络中的一个主节点，与其他建筑能源站进行点对点电力交易；其他每个发电、集热设备、蓄电池上面的小圆圈代表这些设备都是此建筑能源站的分节点，分节点通过有线或无线通讯将能源数据发送至能源管家宝主节点。
本实施例为本发明构建的一种建筑能源网络中的第一类节点，即分布式建筑能源站；
本实施例的能源站的运营方法较图1有所简化，其运营方法包括下列步骤：
S1判断节点类似；
S2判断是否为建筑能源站节点？是，则跳转到S21步骤进行；
S21可再生能源发电设施每发1度电产生X个数字货币；
S22蓄电池每充放1度电产生Y个数字货币；
S23制定建筑能源站发电、售电、用电、充放电智能合约；
S5判断建筑能源站和电用户基于智能合约的购售电价格是否匹配；是则跳转到S51；否，则跳转到S6；
S51点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S6判断基于智能合约的购售电价格是否匹配？是，则跳转到S61；否，则跳转到S7；
S61，点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S7，返回循环起点，修正合约价格；
本发明创新性地将蓄电池和分布式光伏发电等技术融入建筑一体化结构或建筑预制构件，使得蓄电池和光伏发电板成为建筑的墙体和窗户或屋顶，从而高效地利用了建筑空间，真正实现了分布式建筑既是能源站，也是能源的消费者，同时给未来的人们提供舒适、温暖的居住空间。
另外，本发明创新性地提出了根据可再生能源发电量和蓄电量，按比例产生能源相关数字货币的挖矿机制，并定义了能源网络的三种节点类型，从而利用数字货币实现三种能源网络节点之间的点对点的电力交易，而且这样的电力交易可以自动以区块链智能合约为交易规则自动进行。
这种分布式的建筑能源站将改变未来能源基础设施的架构，极大地提高未来电网的运行效率，大大降低长距离输送电力、热力或燃气等能源的线路损耗，同时也会增加整个能源系统的安全性，使未来社会可以更加从容地应对气候变化和飓风、地震等极端天气气候的影响。
本发明的分布式可再生能源站最终会实现未来的能源基础设施完全摆脱化石能源，从而实践碳减排和真正建立零碳社区。
实施例2
参照图2，和实施例1不同之处在于，此建筑能源站类型为一个多层办公楼宇建筑，建筑中间有公共楼道和上下楼梯或电梯。由于楼宇面积和蓄电池及发电设备数量远远大于实施例1，这些发电设施和蓄电池都以建筑一体化的设计方式，附着在建筑墙体内部(蓄电池)、表面(光伏发电板)、屋顶(光伏发电板或光伏瓦)或楼道内部墙体表面(外挂充电墙)。
另外一个与实施例1的不同之处在于，建筑能源管家宝(5)根据此办公楼宇建筑内的每层的使用面积及方便物业管理，按每层设置2个以上的建筑能源管家宝(5)，每个能源管家宝(5)管理其区域内的蓄电池或发电设备。如果建筑内每层或每个房间业主不同，每个房间的业主根据其所付房价，拥有其房间四周墙体及阳台的蓄电池或发电设备的产权，这个房间或楼层的业主就可以利用其房间或楼层的能源管家宝(5)与其他同建筑内或建筑外的其他建筑节点之间进行点对点的电力交易。
本实施例构成了一种建筑能源网络，其特征在于，所述的建筑能源网络包括：
第一类节点，为分布式能源站；
第二类节点，为不带发电或蓄电功能的一般终端电用户；
第三类节点，为与大电网进行电力交易的记账节点。
一种分布式建筑能源站及能源网络的运营方法，其特征在于，所述的建筑能源运营方法包括下列步骤：
S1判断节点类似；
S2判断是否为能源站节点？是，则跳转到S21步骤进行；否，则跳转到S3进行；
S3判断是否为普通电用户？是，则跳转到S31步骤进行；否，则跳转到S4进行；
S4定义此节点为电网记账节点；
S21可再生能源发电设施每发1度电产生X个数字货币；
S22蓄电池每充放1度电产生Y个数字货币；
S23制定建筑能源站发电、售电、用电、充放电智能合约；
S31制定本建筑或本电用户用电智能合约；
S41制定电网记账节点智能合约；
S5判断建筑能源站和电用户基于智能合约的购售电价格是否匹配；是则跳转到S51；否，则跳转到S6；
S51点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S6判断基于智能合约的购售电价格是否匹配？是，则跳转到S61；否，则跳转到S7；
S61，点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S7，返回循环起点，修正合约价格；
本实施例实现了在一个大型商业建筑内部，不同楼层、不同区域、不同房间业主之间构建一个能源网络，这个能源网络通过多台能源管理宝和区块链技术，实现点对点的电力交易，从而实现大部分交易由建筑内部实现，摆脱电网公司的垄断控制。建筑的物业公司作为一个大的记账节点，负责总体与外界电网的电力结算。
另外，可选择性增加的方案包括，图2中的蓄电池及发电设备散热的冷却依靠专用的水冷却管路、散热翅片或强制冷却风扇进行。水冷却管路收集的蓄电池及发电设备散热被汇集到地下蓄热水池(6)中，整个夏季的散热都在跨季节地存储在蓄热水池(6)中，以满足四季生活热水和冬季供热的需求。
实施例3
参照图3，和实施例1或2不同之处在于，此建筑能源站类型为内部安装有燃气或氢燃料电池分布式发电小机组，其建筑功能单一为发电站或蓄电站，通过与实施例1或2类似的建筑一体化设计，补充建筑屋顶和窗户玻璃的光伏发电板，建筑墙体外表面也可布置光伏发电板，建筑墙体内部及屋顶楼板内设置蓄电池，或建筑内墙表面挂外置的充电墙，使得此分布式发电站具有极强的蓄电能力和发电负荷调整的灵活性，从而参与电网辅助服务和深度调峰调频等服务。
实施例4
和实施例1相同也是一种别墅单体建筑，与其不同之处在于，屋顶设置更多的太阳能集热器，另外此单体建筑能源站的所有蓄电池及发电设备冷却均采用水冷系统，收集的散热热量与太阳能集热热量都汇集到别墅地下的蓄热水池，此蓄热水池满足别墅建筑四季的生活热水需求和冬季供暖需求。
实施例5
和实施例1或2类似，都是通过建筑一体化的发电、蓄电设备使得此建筑本身成为一个发电站，在此基础上，将建筑一体化中的蓄电池的一部分替换成为分布式计算或分布式存储单元，使得此建筑具有区块链数字货币挖矿加密计算、分布式任务计算或分布式存储的功能，使得这一的建筑不但成为未来区块链网络的供给电能的节点，而且成为为区块链网络的安全和稳定及数字货币的产生做出贡献的挖矿节点，也可以成为未来数字世界的分布式云计算和云存储的重要节点，从而做到建筑即能源、建筑即数据，最终形成新型的集成数据中心、能源中心两大功能的建筑一体化的未来新型建筑。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的一种分布式建筑能源站及能源网络运营方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种分布式建筑能源站，其特征在于，包括：
屋顶光伏发电结构，包括光伏发电板或光伏发电瓦，或整个屋顶作为与光伏发电功能一体化耦合的结构件；
建筑四周墙体内部或表面包括蓄电池及防火砖，蓄电池采用与墙体完全一体化结构设计或外挂充电墙形式设计；
能源管家宝，实现能源站分布式发电设备的发电量计量，并利用区块链技术实现建筑能源站发电量、建筑用电量、不同建筑节点之间的点对点电力交易等数据的不可篡改的分布式记账。
2.根据权利要求1所述的分布式建筑能源站，其特征在于，所述屋顶发电结构件中的光伏发电板或光伏发电瓦，采用单晶硅、多晶硅、非晶硅的薄膜太阳电池中的任意一种或组合。
3.根据权利要求1所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述的能源站的能源管家宝通过有线或无线通讯技术连接互联网，内部安装区块链智能合约定义的能源网络运营方法程序，利用区块链技术实现数字货币储值、支付、轻钱包或记账等功能中的任意一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述建筑一体化结构的蓄电池作为建筑墙体内填充物，内侧和外侧表面布置特殊防火及隔热和承重材料结构。冬季通过蓄电池发热为建筑提供供热热源，夏季开启特殊的散热排风系统降低蓄电池温度，或通过水冷循环系统利用散热生成生活热水或建筑供热循环热水。
5.根据权利要求1和4所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述建筑一体化结构的蓄电池还可以设计成为外挂墙体表面的形式，或可以从墙体内部拆卸出来，这样的可拆卸蓄电池板也可方便地安装在电动汽车的底盘，作为电动汽车充电电池使用。
6.根据权利要求1所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述建筑外立面或阳台外立面采用建筑一体化结构，将光伏发电板或太阳能集热器集成在外立面上。
7.根据权利要求1所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述建筑能源站的窗户或玻璃幕墙均可发电，采用发电玻璃或玻璃表面贴付薄膜太阳能的技术。
8.根据权利要求1所述分布式建筑能源站，其特征在于，所述建筑能源站的屋顶、墙面和窗户及玻璃幕墙，均可做成预制的建筑结构构件，但这些构件均需要集成光伏发电技术、光热发电技术、太阳能集热技术、微风发电技术、摩擦发电技术、蓄电池技术中的一种或几种组合。
9.一种建筑能源网络，其特征在于，所述的建筑能源网络包括：
第一类节点，为分布式建筑能源站；
第二类节点，为不带发电或蓄电功能的一般终端电用户建筑；
第三类节点，为与大电网进行电力交易的记账节点。
10.一种分布式建筑能源站及能源网络的运营方法，其特征在于，所述的建筑能源运营方法包括下列步骤：
S1判断节点类似；
S2判断是否为建筑能源站节点？是，则跳转到S21步骤进行；否，则跳转到S3进行；
S3判断是否为普通电用户建筑？是，则跳转到S31步骤进行；否，则跳转到S4进行；
S4定义此节点为电网记账节点；
S21可再生能源发电设施每发1度电产生X个数字货币；
S22蓄电池每充放1度电产生Y个数字货币；
S23制定建筑能源站发电、售电、用电、充放电智能合约；
S31制定本建筑或本电用户用电智能合约；
S41制定电网记账节点智能合约；
S5判断建筑能源站和电用户基于智能合约的购售电价格是否匹配；是则跳转到S51；否，则跳转到S6；
S51点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S6判断基于智能合约的购售电价格是否匹配？是，则跳转到S61；否，则跳转到S7；
S61，点对点电力交易达成，利用数字货币进行结算；
S7，返回循环起点，修正合约价格。
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