CN113654254A - 一种绿色智能供能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绿色智能供能系统，包括供配电系统、光催化制氢系统、氢燃料电池系统、氢气加注系统、地热发电系统、地源热泵系统和供热系统；供配电系统的输入电源共四路，输出电源提供客户端供电和上网供电；光催化制氢系统干燥氢气一路送入氢燃料电池系统，另一路送入氢气加注系统；氢燃料电池系统接入供配电系统中的电源转换装置实现燃料电池发电；氢气加注系统用于满足终端用户加气需求；地热发电系统送入供配电系统中的电源转换装置实现地热发电，并将蒸汽余热提供给供热系统，地源热泵系统获取地热热水提供给供热系统。本发明根据多种自然能源特性，结合多项跨领域的新能源技术，实现了多种能源的互补，供能的多样性，还提供了稳定的电源、热源、冷源、氢气。
Description
技术领域
本发明属于新能源应用领域，涉及一种采用太阳能、地热能等新能源来实现冷、热、电、氢综合能源供给的系统。
背景技术
太阳能是由太阳所释放出的一种能量形式，是光子运动的结果。太阳光是以光子为基本粒子而组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。太阳能是一种可再生能源，也是一种无污染的清洁能源。
地热能是来自地表以下的可再生能源，地热能的热源主要有地球的熔融岩浆、放射性物质的衰变、太阳能，由地下水的循环和极深处岩浆涌入地壳后，把热量从地下深处带至近表层，地热能是一种无污染的新型清洁能源，在距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。
光催化制氢是利用光能激发半导体催化剂内的电子跃迁至导带，实现电子和空穴分离，产生的电子和空穴在内部电场作用下迁移到粒子表面，吸附在半导体催化剂上的水分子被氧化性很强的空穴氧化成为氧气，同时产生的氢离子在电解液中迁移后被电子还原成为氢气。
空穴反应式：H2O+h+→O2+H+
电子反应式：H++e－→H2
氢燃料电池主要由阳极、阴极、电解质组成，阳极为氢电极，阴极为氧电极，两极之间是电解质。其工作原理如下：
在阳极催化剂的作用下，1个氢分子分离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为：H2→2H++2e；
在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：0.5O2+2H++2e→H2O
总的化学反应为：H2+0.5O2＝H2O
电子在外电路形成直流电。
地热能利用分为发电和供热。地热能发电是把地热能以蒸汽或热水的形式提取出来，再把蒸汽或热水中的热能转化为机械能，最终将机械能转化为电能供用户使用；地热能供热是把地热能以热水的形式提取出来，通过地源热泵后，向用户提供供热或热水。
溴化锂吸收式制冷机是用溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。溴化锂属盐类，为白色结晶，易溶于水和醇，无毒，化学性质稳定，溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发。
溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。
溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，高浓度溴化锂水溶液进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。
离心式制冷机由离心制冷压缩机、主电动机、蒸发器、冷凝器、节流装置、压缩机入口能量调节机构、抽气回收装置、润滑油系统及控制系统组成，在蒸发器中，制冷剂(液态)在较低的饱和温度状态下吸收进入蒸发器传热管内冷水的热量而沸腾气化(制冷剂由液态转换为气态)，使蒸发器管内冷水出水温度下降，提供给客户端。同时，蒸发器内的制冷剂(气态)经离心制冷压缩机升压后进入冷凝器，制冷剂(气态)在冷凝器中通过与冷却介质换热，变为低温高压制冷剂(液态)，最后通过膨胀阀的节流、减压又把低温低压的制冷剂(液态)送至蒸发器中吸收传热管内冷水的热量，如此形成循环。
实现多能源的互补，供能的多样性是发展的趋势。
发明内容
为实现绿色能源供应，克服目前技术壁垒，本发明提供了一种绿色智能供能系统，其技术方案如下：
一种绿色智能供能系统，包括供配电系统、光催化制氢系统、氢燃料电池系统、氢气加注系统、地热发电系统、地源热泵系统和供热系统；
所述供配电系统的输入电源共四路，分别接受分布式光伏发电、分布式风能发电、燃料电池发电和地热发电，输出电源至少分别提供客户端供电和上网供电；
所述光催化制氢系统用于将水分解为氢气和氧气，最终获得的干燥氢气一路送入所述氢燃料电池系统，另一路送入所述氢气加注系统；
所述氢燃料电池系统用于电化学反应输出电能，接入所述供配电系统中的电源转换装置实现燃料电池发电；
所述氢气加注系统用于满足终端用户加气需求；
所述地热发电系统用于获取地热来源的蒸汽并转换为电能送入所述供配电系统中的电源转换装置实现地热发电，并将蒸汽余热提供给所述供热系统；
所述地源热泵系统用于获取地热来源的热水并提供给所述供热系统。
较佳的，还包括离心式制冷机组，所述供配电系统的输出电源还分出一路为离心式制冷机组供电。
较佳的，还包括吸收式制冷机组，由所述地热发电系统产生的蒸汽驱动。
较佳的，所述地热发电系统包括依次连接的地热蒸汽提取装置、蒸汽净化器以及汽轮机发电装置，从地热中提取的蒸汽经过蒸汽净化器得到干蒸汽，分为三部分输出；第一部分送入汽轮机发电装置产生电能，第二部分送入所述光催化制氢系统用于干燥氢气，第三部分送入所述吸收式制冷机组；汽轮机发电装置的凝结水注入地下，以维持地下水的平衡。
较佳的，所述光催化制氢系统包括依次相连的光催化制氢装置、氢气分离器、氢气干燥器、氢气加压机、高压氢气控制器以及氢气储存装置；所述氢气干燥器设有干蒸汽入口和凝结水出口，其中干蒸汽入口与所述地热发电系统中的蒸汽净化器的一个输出端连接；所述氢气储存装置设置有氢气管道及多路连接口。
较佳的，所述氢气加注系统包括氢气加注机、供气管道和设置于供气管道上的阀门，所述供气管道的输入端连接所述氢气储存装置设置的其中一路连接口，输出端连接至氢气加注机。
较佳的，所述地源热泵系统包括地热水提取装置、地源热泵机组和净水箱，提取的热水经地源热泵机组提取热量后注入地下，以维持地下水的平衡；地源热泵机组将吸收的热量转化为热水送至供热系统，并由所述净水箱补充地源热泵系统中消耗掉的水，形成供热水循环。
较佳的，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池组、空气导流装置和氢气控制阀，来自所述光催化制氢系统的干燥氢气经氢气控制阀通入氢燃料电池组，空气导流装置提供空气也通入氢燃料电池组，通过电化学反应输出电能和水，其中电能接入所述供配电系统中的电源转换装置，水排至所述净水箱。
较佳的，还包括充电桩系统，所述供配电系统的输出电源还分出一路经电气控制为充电桩系统供电。
较佳的，所述吸收式制冷机组采用的工质为溴化锂水溶液。
本发明具有以下有益效果：
本发明根据多种自然能源特性，结合多项跨领域的新能源技术，不仅实现了多种能源的互补，也实现了供能的多样性，可以提供稳定的电源、热源、冷源、氢气。
进一步的，能源之间互补，能源利用率高，供能更稳定。
进一步的，本发明供电系统采用集中供配电的方式，在电网高峰时，可以多发电上网，在低谷时，可以利用自身氢气储存装置进行储能，以此来削峰填谷，达到最经济的运行状态。
进一步的，本发明所提供的充电桩、氢气加注机满足未来汽车能源的综合供应需求，是未来综合动力站的设计模式之一，可大力推广。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明原理示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明将传统地热技术、燃料电池技术、制冷技术、光催化制氢技术等新能源技术跨领域结合以解决未来电、热、冷、氢综合能源供给问题。
一种绿色智能供能系统，包括供配电系统、光催化制氢系统、氢燃料电池系统、氢气加注系统、地热发电系统、地源热泵系统和供热系统；供配电系统的输入电源共四路，分别接受分布式光伏发电、分布式风能发电、燃料电池发电和地热发电，输出电源至少分别提供客户端供电和上网供电，还可用于充电桩供电、离心式制冷机组供电等。
光催化制氢系统用于将水分解为氢气和氧气，最终获得的干燥氢气一路送入所述氢燃料电池系统，另一路送入所述氢气加注系统；
光催化制氢系统包括依次相连的光催化制氢装置、氢气分离器、氢气干燥器、氢气加压机、高压氢气控制器以及氢气储存装置；氢气干燥器设有干蒸汽入口和凝结水出口，其中干蒸汽入口与地热发电系统中的蒸汽净化器的一个输出端连接；氢气储存装置设置有氢气管道及多路连接口，方便使用端对接。
氢燃料电池系统用于电化学反应输出电能，接入供配电系统中的电源转换装置实现燃料电池发电；
氢燃料电池系统包括氢燃料电池组、空气导流装置和氢气控制阀，来自光催化制氢系统的干燥氢气经氢气控制阀通入氢燃料电池组，空气导流装置提供空气也通入氢燃料电池组，通过电化学反应输出电能和水，其中电能接入供配电系统中的电源转换装置，水排至所述净水箱。
氢气加注系统用于满足终端用户加气需求；
氢气加注系统包括氢气加注机、供气管道和设置于供气管道上的阀门，供气管道的输入端连接氢气储存装置设置的其中一路连接口，输出端连接至氢气加注机。
地热发电系统用于获取地热来源的蒸汽并转换为电能送入所述供配电系统中的电源转换装置实现地热发电，并将蒸汽余热提供给所述供热系统；
地热发电系统包括依次连接的地热蒸汽提取装置、蒸汽净化器以及汽轮机发电装置，从地热中提取的蒸汽经过蒸汽净化器得到干蒸汽，分为三部分输出；第一部分送入汽轮机发电装置产生电能，第二部分送入光催化制氢系统用于干燥氢气，第三部分送入吸收式制冷机组；汽轮机发电装置的凝结水注入地下，以维持地下水的平衡。
地源热泵系统用于获取地热来源的热水并提供给所述供热系统。
地源热泵系统包括地热水提取装置、地源热泵机组和净水箱，提取的热水经地源热泵机组提取热量后注入地下，以维持地下水的平衡；地源热泵机组将吸收的热量转化为热水送至供热系统，并由所述净水箱补充地源热泵系统中消耗掉的水，形成供热水循环。
供热系统由地热发电系统和地源泵系统共同承担，其中热水负荷由地源热泵系统提供。
该绿色智能供能系统还包括制冷系统，制冷系统包括离心式制冷机组和吸收式制冷机组，离心式制冷机组由供配电系统的输出电源还分出一路为离心式制冷机组供电，也就是离心式制冷机组由电源转换装置的电源驱动供电。
吸收式制冷机组，由地热发电系统产生的蒸汽驱动，吸收式制冷机组采用的工质为溴化锂水溶液。
还包括充电桩系统，所述供配电系统的输出电源还分出一路经电气控制为充电桩系统供电。
本发明根据多种自然能源特性，结合多项跨领域的新能源技术，不仅实现了多种能源的互补，也实现了供能的多样性，不但能够提供稳定的电源、热源、冷源、氢气。与传统单一供能系统相比，能源利用率更高，供能更稳定。本发明采用集中供配电的方式，在电网高峰时，可以多发电上网，在低谷时，可以利用自身氢气储存装置进行储能，以此来削峰填谷，达到最经济的运行状态。本发明所提供的充电桩、氢气加注机满足未来汽车能源的综合供应需求，是未来综合动力站的设计模式之一，可大力推广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种绿色智能供能系统，其特征在于，包括供配电系统、光催化制氢系统、氢燃料电池系统、氢气加注系统、地热发电系统、地源热泵系统和供热系统；
所述供配电系统的输入电源共四路，分别接受分布式光伏发电、分布式风能发电、燃料电池发电和地热发电，输出电源至少分别提供客户端供电和上网供电；
所述光催化制氢系统用于将水分解为氢气和氧气，最终获得的干燥氢气一路送入所述氢燃料电池系统，另一路送入所述氢气加注系统；
所述氢燃料电池系统用于电化学反应输出电能，接入所述供配电系统中的电源转换装置实现燃料电池发电；
所述氢气加注系统用于满足终端用户加气需求；
所述地热发电系统用于获取地热来源的蒸汽并转换为电能送入所述供配电系统中的电源转换装置实现地热发电，并将蒸汽余热提供给所述供热系统；
所述地源热泵系统用于获取地热来源的热水并提供给所述供热系统。
2.根据权利要求1所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，还包括离心式制冷机组，所述供配电系统的输出电源还分出一路为离心式制冷机组供电。
3.根据权利要求1所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，还包括吸收式制冷机组，由所述地热发电系统产生的蒸汽驱动。
4.根据权利要求3所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述地热发电系统包括依次连接的地热蒸汽提取装置、蒸汽净化器以及汽轮机发电装置，从地热中提取的蒸汽经过蒸汽净化器得到干蒸汽，分为三部分输出；第一部分送入汽轮机发电装置产生电能，第二部分送入所述光催化制氢系统用于干燥氢气，第三部分送入所述吸收式制冷机组；汽轮机发电装置的凝结水注入地下，以维持地下水的平衡。
5.根据权利要求4所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述光催化制氢系统包括依次相连的光催化制氢装置、氢气分离器、氢气干燥器、氢气加压机、高压氢气控制器以及氢气储存装置；所述氢气干燥器设有干蒸汽入口和凝结水出口，其中干蒸汽入口与所述地热发电系统中的蒸汽净化器的一个输出端连接；所述氢气储存装置设置有氢气管道及多路连接口。
6.根据权利要求5所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述氢气加注系统包括氢气加注机、供气管道和设置于供气管道上的阀门，所述供气管道的输入端连接所述氢气储存装置设置的其中一路连接口，输出端连接至氢气加注机。
7.根据权利要求1所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述地源热泵系统包括地热水提取装置、地源热泵机组和净水箱，提取的热水经地源热泵机组提取热量后注入地下，以维持地下水的平衡；地源热泵机组将吸收的热量转化为热水送至供热系统，并由所述净水箱补充地源热泵系统中消耗掉的水，形成供热水循环。
8.根据权利要求7所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池组、空气导流装置和氢气控制阀，来自所述光催化制氢系统的干燥氢气经氢气控制阀通入氢燃料电池组，空气导流装置提供空气也通入氢燃料电池组，通过电化学反应输出电能和水，其中电能接入所述供配电系统中的电源转换装置，水排至所述净水箱。
9.根据权利要求1所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，还包括充电桩系统，所述供配电系统的输出电源还分出一路经电气控制为充电桩系统供电。
10.根据权利要求3所述的一种绿色智能供能系统，其特征在于，所述吸收式制冷机组采用的工质为溴化锂水溶液。
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|---|---|---|---|---|
| CN115059594A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-16 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 | 一种深地空间水、电及制冷多联供系统 |
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2021
- 2021-07-21 CN CN202110823644.0A patent/CN113654254A/zh active Pending
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| CN115059594A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-16 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 | 一种深地空间水、电及制冷多联供系统 |
| CN115059594B (zh) * | 2022-07-07 | 2024-05-03 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 | 一种深地空间水、电及制冷多联供系统 |
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