CN113904371B - 一种基于规模化热交换的新能源发电系统 - Google Patents

一种基于规模化热交换的新能源发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于规模化热交换的新能源发电系统，太阳能发电子系统，用于进行太阳能发电，并将产生的太阳能发电量输送至配电分配子系统；风力发电子系统，用于进行风力发电，并将产生的风力发电量输送至配电分配子系统；热交换子系统，通过电能产生热能，并将热能进行储存，然后将热能传输至供暖系统内；以及配电分配子系统，分别与太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热交换子系统进行连接，本发明通过增加热交换子系统以及配电分配子系统，能够根据太阳能发电子系统以及风力发电子系统的最优发电状态进行电量的再利用，以解决现有的新能源发电系统的发电资源利用率较低的问题。

Description

一种基于规模化热交换的新能源发电系统
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种基于规模化热交换的新能源发电系统。
背景技术
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外，还有氢能等；而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能等能源，称为常规能源。新能源发电也就是利用现有的技术，通过上述的新型能源，实现发电的过程。
现有的发电系统中，比较便于投入运作的是风力发电和太阳能发电，在一些土地资源、风力以及太阳能丰富的地区通常会使用风力以及太阳能进行发电。尤其是在我国的北方地区，由于气候寒冷干旱，光照好，且风力资源也较为丰厚，更尤其的是在冬半年的时候，北方地区的风力强劲，且晴天多，使得风力以及太阳能资源更加的充沛，但是现有的发电系统存在一定的配电并网问题，冬半年时北方具备供暖系统，通常都是烧煤进行供暖，使得冬半年的用电需求较下半年采用空调制冷方面用电的需求下降，因此冬半年丰富的新能源发电资源就很难得到有效利用，并且由于新能源发电的不稳定因素较多，很难完全弃用稳定的火电发电系统，因此冬半年的新能源发电资源不能得到有效利用的问题亟待解决。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于规模化热交换的新能源发电系统，通过增加热交换子系统以及配电分配子系统，能够根据太阳能发电子系统以及风力发电子系统的最优发电状态进行电量的再利用，以解决现有的新能源发电系统的发电资源利用率较低的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于规模化热交换的新能源发电系统，包括：
太阳能发电子系统，用于进行太阳能发电，并将产生的太阳能发电量输送至配电分配子系统；
风力发电子系统，用于进行风力发电，并将产生的风力发电量输送至配电分配子系统；
热交换子系统，通过电能产生热能，并将热能进行储存，然后将热能传输至供暖系统内；
以及配电分配子系统，分别与太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热交换子系统进行连接，能够将太阳能发电量以及风力发电量进行分配处理后，分别将电量传输至电网系统以及热交换子系统内。
进一步地，所述配电分配子系统包括：
数据库模块，存储有太阳能发电子系统的上一年度的太阳能月均发电量、风力发电子系统的上一年度的风力月均发电量、电网系统的上一年度的月均用电量；
预估模块，根据上一年度的太阳能月均发电量、上一年度的风力月均发电量以及上一年度的月均用电量进行处理，得到当月的日最低电网供电量；
采集模块，对太阳能发电子系统以及风力发电子系统的发电量进行采集计算，得到太阳能实时发电量以及风力实时发电量；
处理模块，根据太阳能实时发电量、风力实时发电量以及日最低电网供电量处理得到热交换子系统的发电分配量；
分配模块，将日最低电网供电量传输至电网系统中，将发电分配量传输至热交换子系统中。
进一步地，所述数据库模块还包括热交换子系统蓄满一次热能所需的热交换耗电量；
所述处理模块包括第一处理单元，所述第一处理单元配置有第一算法，所述第一算法根据风力实时发电量以及上一年度的风力月均发电量计算得到下一日风力发电预估量；
所述分配模块包括第一调控单元，所述第一调控单元配置有第一分配策略，所述第一调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统正常运作；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统关闭。
进一步地，所述第一算法配置为：
Figure BDA0003300065510000041
其中，Fy为下一日风力发电预估量，Fss为风力实时发电量，Fyf为上一年度的风力月均发电量，k1为第一系数；
进一步地，所述太阳能发电子系统包括离网发电模块以及并网发电模块，所述离网发电模块与分配模块相连接，所述并网发电模块通过分配模块与电网系统相连接；
所述分配模块还包括第二调控单元，所述第二调控单元配置有第二调控策略，所述第二调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量时，控制并网发电模块与电网系统相连以及控制离网发电模块与热交换子系统相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量且小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制并网发电模块关闭，并控制离网发电模块与热交换子系统相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制离网发电模块以及并网发电模块关闭。
进一步地，所述风力发电子系统包括风轮组件、发电机以及塔筒，所述风轮组件设置在塔筒顶部，所述风轮组件用于带动发电机的轴进行转动。
进一步地，所述热交换子系统包括电热装置、热交换器以及控制器，所述控制器与配电分配子系统相连接，所述控制器与电热装置相连接，所述控制器用于控制电热装置的通电的通断，所述热交换器内设置有蓄热保温体，所述热交换器上设置有热介质传输管路，所述热介质传输管路与供暖系统相连接；
所述热交换子系统还包括热交换传输一体装置，所述电热装置还包括电热子装置，所述热交换传输一体装置与电热子装置相连，所述热交换传输一体装置上设置热介质传输管路，热交换传输一体装置通过热介质传输管路与供暖系统相连接。
进一步地，所述控制器内配置有供热分配策略，所述供热分配策略包括：当热交换器内的蓄热保温体的热量储存值到达储存阈值时，切断电热装置与热交互器之间的连接；启动电热子装置对热交换传输一体装置进行加热，并通过热介质传输管路实时向供暖系统进行传输。
进一步地，所述控制器还包括热交换监测模块以及热交换估算模块，所述热交换监测模块用于监测输入电热装置内的电量以及热交换器内的温度值；所述热交换估算模块配置有第二算法，所述第二算法用于根据输入电热装置内的电量以及温度值进行计算得到热交换器内的热量存储值。
进一步地，所述第二算法配置为：
Figure BDA0003300065510000051
其中，Pcr为热量存储值，Dd为输入电热装置内的电量，Td为温度值，α为转换因子，A1为第一比例值。
本发明的有益效果：本发明通过设置配电分配子系统，分别与太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热交换子系统进行连接，能够将太阳能发电量以及风力发电量进行分配处理后，分别将电量传输至电网系统以及热交换子系统内，设置热交换子系统，能够通过电能产生热能，并将热能进行储存，然后将热能传输至供暖系统内，从而实现对太阳能发电子系统以及风力发电子系统在冬半年期间的发电量能够得到有效的利用。
本发明配电分配子系统中设置数据库模块、预估模块、采集模块、处理模块以及分配模块，能够通过处理分配，将日最低电网供电量传输至电网系统中，将发电分配量传输至热交换子系统中，从而保证给与电网系统一个稳定的输电量，保证电网系统的供电安全性，同时能够将剩余的电量充分进行利用；
本发明的处理模块中设置第一处理单元，分配模块包括第一调控单元以及第二调控单元，能够根据电网系统的用电量需求以及热交换子系统所需的热交换耗电量的需求，对太阳能发电子系统和风力发电子系统进行运作的调控，提高了新能源发电系统运作的合理性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的配电分配子系统的原理框图；
图3为本发明的太阳能发电子系统的原理框图；
图4为本发明的热交换子系统的原理框图。
图中：1、新能源发电系统；11、太阳能发电子系统；111、离网发电模块；112、并网发电模块；12、风力发电子系统；13、热交换子系统；131、电热装置；1311、电热子装置；132、热交换器；133、控制器；1331、热交换监测模块；1332、热交换估算模块；134、热交换传输一体装置；14、配电分配子系统；141、数据库模块；142、预估模块；143、采集模块；144、处理模块；1441、第一处理单元；145、分配模块；1451、第一调控单元；1452、第二调控单元；2、电网系统；3、供暖系统。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，一种基于规模化热交换的新能源发电系统1，包括：太阳能发电子系统11、风力发电子系统12、热交换子系统13以及配电分配子系统14，太阳能发电子系统11用于进行太阳能发电，并将产生的太阳能发电量输送至配电分配子系统14；风力发电子系统12用于进行风力发电，并将产生的风力发电量输送至配电分配子系统14；热交换子系统13通过电能产生热能，并将热能进行储存，然后将热能传输至供暖系统3内；配电分配子系统14分别与太阳能发电子系统11、风力发电子系统12以及热交换子系统13进行连接，能够将太阳能发电量以及风力发电量进行分配处理后，分别将电量传输至电网系统2以及热交换子系统13内，通过配电分配子系统14对太阳能发电子系统11以及风力发电子系统12产生的电量进行合理分配，通过热交换子系统13实现发电量的合理利用。
请参阅1和图2，所述配电分配子系统14包括：数据库模块141、预估模块142、采集模块143、处理模块144以及分配模块145；数据库模块141存储有太阳能发电子系统11的上一年度的太阳能月均发电量、风力发电子系统12的上一年度的风力月均发电量、电网系统2的上一年度的月均用电量；预估模块142根据上一年度的太阳能月均发电量、上一年度的风力月均发电量以及上一年度的月均用电量进行处理，得到当月的日最低电网供电量；采集模块143对太阳能发电子系统11以及风力发电子系统12的发电量进行采集计算，得到太阳能实时发电量以及风力实时发电量；处理模块144根据太阳能实时发电量、风力实时发电量以及日最低电网供电量处理得到热交换子系统13的发电分配量；分配模块145将日最低电网供电量传输至电网系统2中，将发电分配量传输至热交换子系统13中。
所述数据库模块141还包括热交换子系统13蓄满一次热能所需的热交换耗电量。
所述处理模块144包括第一处理单元1441，所述第一处理单元1441配置有第一算法，所述第一算法根据风力实时发电量以及上一年度的风力月均发电量计算得到下一日风力发电预估量；所述第一算法配置为：
Figure BDA0003300065510000081
其中，Fy为下一日风力发电预估量，Fss为风力实时发电量，Fyf为上一年度的风力月均发电量，k1为第一系数。
所述分配模块145包括第一调控单元1451，所述第一调控单元1451配置有第一分配策略，所述第一调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统11正常运作；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统11关闭，由于风力发电系统可以全天24小时不间断的进行运作，只有有风力存在就可以产生电量，因此优先使用风力发电产生的电量，能够保证供电量的稳定性。
请参阅图1-图3，所述太阳能发电子系统11包括离网发电模块111以及并网发电模块112，所述离网发电模块111与分配模块145相连接，所述并网发电模块112通过分配模块145与电网系统2相连接。通过将太阳能发电子系统11分为离网发电模块111以及并网发电模块112，能够对太阳能发电子系统11的两个模块的运作进行调控，从而提高调控的紧密度，避免太阳能发电子系统11整体的大规模关闭或者开启运作。
所述分配模块145还包括第二调控单元1452，所述第二调控单元1452配置有第二调控策略，所述第二调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量时，控制并网发电模块112与电网系统2相连以及控制离网发电模块111与热交换子系统13相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量且小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制并网发电模块112关闭，并控制离网发电模块111与热交换子系统13相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制离网发电模块111以及并网发电模块112关闭。
请参阅图1，所述风力发电子系统12包括风轮组件、发电机以及塔筒，所述风轮组件设置在塔筒顶部，所述风轮组件用于带动发电机的轴进行转动。
请参阅图1和图4，所述热交换子系统13包括电热装置131、热交换器132以及控制器133，所述控制器133与配电分配子系统14相连接，所述控制器133与电热装置131相连接，所述控制器133用于控制电热装置131的通电的通断，所述热交换器132内设置有蓄热保温体，所述热交换器132上设置有热介质传输管路，所述热介质传输管路与供暖系统3相连接。
所述热交换子系统13还包括热交换传输一体装置134，所述电热装置131还包括电热子装置1311，所述热交换传输一体装置134与电热子装置1311相连，所述热交换传输一体装置134上设置热介质传输管路，热交换传输一体装置134通过热介质传输管路与供暖系统3相连接。
所述控制器133内配置有供热分配策略，所述供热分配策略包括：当热交换器132内的蓄热保温体的热量储存值到达储存阈值时，切断电热装置131与热交互器之间的连接；启动电热子装置1311对热交换传输一体装置134进行加热，并通过热介质传输管路实时向供暖系统3进行传输。
所述控制器133还包括热交换监测模块1331以及热交换估算模块1332，所述热交换监测模块1331用于监测输入电热装置131内的电量以及热交换器132内的温度值；所述热交换估算模块1332配置有第二算法，所述第二算法用于根据输入电热装置131内的电量以及温度值进行计算得到热交换器132内的热量存储值；所述第二算法配置为：
Figure BDA0003300065510000111
其中，Pcr为热量存储值，Dd为输入电热装置131内的电量，Td为温度值，α为转换因子，A1为第一比例值。
工作原理：太阳能发电子系统11和风力发电子系统12分别利用太阳能和风力进行发电，通过配电分配子系统14能够将太阳能发电子系统11和风力发电子系统12产生的电量进行合理分配，将一部分稳定的电量传输至电网系统2中，将剩余的电量传输至热交换子系统13中，热交换子系统13中，通过电热装置131进行电能转化为热能存储至热交换器132中，能够将电能合理利用，并通过热交换器132将热能再传输至供暖系统3中，通过电热子装置1311能够将电能转化为热能，并通过热交换传输一体装置134传输至供暖系统3中，提高了新能源发电系统1的发电量的合理利用。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，包括：
太阳能发电子系统(11)，用于进行太阳能发电，并将产生的太阳能发电量输送至配电分配子系统(14)；
风力发电子系统(12)，用于进行风力发电，并将产生的风力发电量输送至配电分配子系统(14)；
热交换子系统(13)，通过电能产生热能，并将热能进行储存，然后将热能传输至供暖系统(3)内；
以及配电分配子系统(14)，分别与太阳能发电子系统(11)、风力发电子系统(12)以及热交换子系统(13)进行连接，能够将太阳能发电量以及风力发电量进行分配处理后，分别将电量传输至电网系统(2)以及热交换子系统(13)内；所述配电分配子系统(14)包括：
数据库模块(141)，存储有太阳能发电子系统(11)的上一年度的太阳能月均发电量、风力发电子系统(12)的上一年度的风力月均发电量、电网系统(2)的上一年度的月均用电量；
预估模块(142)，根据上一年度的太阳能月均发电量、上一年度的风力月均发电量以及上一年度的月均用电量进行处理，得到当月的日最低电网供电量；
采集模块(143)，对太阳能发电子系统(11)以及风力发电子系统(12)的发电量进行采集计算，得到太阳能实时发电量以及风力实时发电量；
处理模块(144)，根据太阳能实时发电量、风力实时发电量以及日最低电网供电量处理得到热交换子系统(13)的发电分配量；
分配模块(145)，将日最低电网供电量传输至电网系统(2)中，将发电分配量传输至热交换子系统(13)中；所述数据库模块(141)还包括热交换子系统(13)蓄满一次热能所需的热交换耗电量；
所述处理模块(144)包括第一处理单元(1441)，所述第一处理单元(1441)配置有第一算法，所述第一算法根据风力实时发电量以及上一年度的风力月均发电量计算得到下一日风力发电预估量；
所述分配模块(145)包括第一调控单元(1451)，所述第一调控单元(1451)配置有第一调控策略，所述第一调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统(11)正常运作；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制太阳能发电子系统(11)关闭；所述第一算法配置为：
Figure FDA0004241233360000021
其中，Fy为下一日风力发电预估量，Fss为风力实时发电量，Fyf为上一年度的风力月均发电量，k1为第一系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述太阳能发电子系统(11)包括离网发电模块(111)以及并网发电模块(112)，所述离网发电模块(111)与分配模块(145)相连接，所述并网发电模块(112)通过分配模块(145)与电网系统(2)相连接；
所述分配模块(145)还包括第二调控单元(1452)，所述第二调控单元(1452)配置有第二调控策略，所述第二调控策略包括：当下一日风力发电预估量小于日最低电网供电量时，控制并网发电模块(112)与电网系统(2)相连以及控制离网发电模块(111)与热交换子系统(13)相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量且小于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制并网发电模块(112)关闭，并控制离网发电模块(111)与热交换子系统(13)相连；当下一日风力发电预估量大于日最低电网供电量加热交换耗电量时，控制离网发电模块(111)以及并网发电模块(112)关闭。
3.根据权利要求2所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述风力发电子系统(12)包括风轮组件、发电机以及塔筒，所述风轮组件设置在塔筒顶部，所述风轮组件用于带动发电机的轴进行转动。
4.根据权利要求3所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述热交换子系统(13)包括电热装置(131)、热交换器(132)以及控制器(133)，所述控制器(133)与配电分配子系统(14)相连接，所述控制器(133)与电热装置(131)相连接，所述控制器(133)用于控制电热装置(131)的通电的通断，所述热交换器(132)内设置有蓄热保温体，所述热交换器(132)上设置有热介质传输管路，所述热介质传输管路与供暖系统(3)相连接；
所述热交换子系统(13)还包括热交换传输一体装置(134)，所述电热装置(131)还包括电热子装置(1311)，所述热交换传输一体装置(134)与电热子装置(1311)相连，所述热交换传输一体装置(134)上设置热介质传输管路，热交换传输一体装置(134)通过热介质传输管路与供暖系统(3)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述控制器(133)内配置有供热分配策略，所述供热分配策略包括：当热交换器(132)内的蓄热保温体的热量储存值到达储存阈值时，切断电热装置(131)与热交互器之间的连接；启动电热子装置(1311)对热交换传输一体装置(134)进行加热，并通过热介质传输管路实时向供暖系统(3)进行传输。
6.根据权利要求5所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述控制器(133)还包括热交换监测模块(1331)以及热交换估算模块(1332)，所述热交换监测模块(1331)用于监测输入电热装置(131)内的电量以及热交换器(132)内的温度值；所述热交换估算模块(1332)配置有第二算法，所述第二算法用于根据输入电热装置(131)内的电量以及温度值进行计算得到热交换器(132)内的热量存储值。
7.根据权利要求6所述的一种基于规模化热交换的新能源发电系统，其特征在于，所述第二算法配置为：
Figure FDA0004241233360000041
其中，Pcr为热量存储值，Dd为输入电热装置(131)内的电量，Td为温度值，α为转换因子，A1为第一比例值。
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