CN207968082U - 一种储能式大功率电器具及分布式储释能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能式大功率电器具和分布式储释能系统，千家万户既是能源消费者也参与储能对于加快推进清洁能源替代及电能替代的能源变革具有重要意义。家庭习惯使用以液化气等为能源的如灶具等器具是因为其热值高体验比一般电灶具好，但若单纯提升电器具功率传统小区家庭线路又无法承受。本实用新型是设置优选采用电动汽车流转出来的电池设置的具备储能模块的电器具，可及时释放足够大电能以满足使用体验，同时具备大功率储能的电器具在管理程序控制下可自动向电网反哺富裕能量，通过千家万户的削峰填谷累计付出不仅为平衡电网峰谷差做出贡献，也是推进家庭能源消费进行电替代变革的重大举措，节约家庭能源支出同时促进了行业的发展。

Description

一种储能式大功率电器具及分布式储释能系统

技术领域

本发明创造属于能源应用技术领域，特别是一种储能式大功率电器具及分布式储释能系统。

背景技术

应对人类可持续发展挑战的关键在于在能源领域加快推行“两个替代”的变革，即清洁替代和电能替代：在能源开发上以清洁能源替代化石能源，在能源消费上尽最大可能提升电能消费的比重。受限于当前技术等多种因素，“两个替代”推进工作进度缓慢，环境污染特别是北方地区冬天的雾霾天气严重损害人们身体健康，在燃气缺电暖小的背景下，人们在强令禁煤为环保或局部解禁保民生间陷入两难，环境治理任重道远。

家庭能源消费是社会总体能源消费的重要组成部分，因直接关乎民生及环境治理而重要、敏感。当前家庭或个体商户的能源模式一般为电能、煤和燃气，煤的低端消费如散煤在北方城郊或乡镇农村还使用较多，也是冬天雾霾产生原因之一因此需要限制；除照明及学习娱乐通讯等电子消费品外，电能应用基本分三类，带动压缩交换机做功进行制冷，如制冷空调和冰箱；带动电机做功，如食物加工机、电风扇；以及利用电直接或间接进行加热，直接加热如致热空调、电热水器，电暖器、电烤箱、电炉或电陶炉，间接加热如微波炉、电磁炉，这些设备大部分的功率设计不需要太高即可，社区及家庭电力线路也能支撑，但传统线路也限制到本需要较大功率的电器具，如当前的即热式电热水器和电气灶具（电磁炉或电陶炉），功率低导致无法获得大流量热水的即用即出，以及确保菜肴营养和美味的猛火急炒体验，这也是尽管“燃气热水器”和“燃气灶具”有泄漏及产生一氧化碳危险因素及产生燃烧污渍等缺点，人们也选择“燃气热水器”和“燃气灶具”的原因。但假如参照燃气灶具同样炒菜效果需将电气灶具功率设计至最高20kW，而水温可用的即热式热水器至少6~8.5kW（北方区域一般建议采用15kW~18kW）这将导致依据《住宅建筑电气设计规范》建造的小区住宅因设定功率容量配置不足（早期住宅为2 kW、4 kW，新建住宅8 kW或以上）而出现线路危险，并且大量大功率家电器具集中使用也将导致电网区域性用电高峰，给电网调峰调频带来压力。

另一方面，业内周知，电能算即产即用的瞬时能源，用户电能需求总量因昼夜或季节的不断变化使得发电厂及电网不得不采取各种措施适应对：发电厂预留冗余产能，通过调节水量、汽量改变发电厂的出力或关停或启动备用机组进行调整，或者电网建设专用的抽水或压缩空气等蓄能发电站。随着以风电光电为主的新能源在发电总量中所占比例的提升，这种发电侧固有的不稳定更加大了发电和用电间的不平衡，甚至导致新能源领域弃风、弃水、弃光操作大量发生，据统计，2016年全国弃风电量497亿千瓦时，弃风率18%；弃光电量70.4亿千瓦时，弃光率约11%。要解决这种不平衡，从根本上说必须通过大力发展储能来解决。如抽水储能发电厂，或商业化电池储能电站，特别是要发动千家万户以家庭储能的方式参与到储能领域中来，但在我国受限于集中式楼房为主的住宅结构，家庭光伏或风能发电实际无法大量推广，在几乎很少停电及峰谷电价差和储能度电成本比优势微弱的背景下，家庭或及个体工商户很难接受设置单纯储能的电池或其他储能装置。

因此，在当前技术及行业背景下，在家庭能源消费上要尽量做到电能全覆盖，急需解决电气灶具和即热式电热水器等器具的功率提升问题，为促进新能源建设也需要引导家庭或商家有动力参与到储能建设中来。

实用新型内容

针对当前存在的问题，本发明创造的第一个目的是提供一种储能式大功率电器具，第二个目的是提供一种基于储能式大功率电器具的分布式储释能系统。

为达成上述目的，本实用新型采用的技术方案是，

一种储能式大功率电器具，配置在包含有其他普通电器、线路承受直接功率有限的电力用户系统中，经过配电箱及计量表与电网电连接，包括依序电连接的输入电缆线、电气转换电路群、至少一组能量输出元件及承接安装固定的器具架体，所述能量输出元件对外进行能量输出；所述电气转换电路群将标准电能转换为可对外输出的能量，包含相互电连接的电源整流电路、低压供电电路、系统控制电路、功率输出控制电路、检测保护电路，所述输入电缆线与所述电源整流电路电连接输入电能，所述功率输出控制电路与所述能量输出元件电连接输出能量；

另外，

还设置储能单元，所述储能单元与所述电气转换电路群电连接，包括承接安装的储能机架以及依序电连接的充放电管理电路和储能电池，当所述电器具需要输出的功率大于所述直接功率时，或所述电网处于峰电价且不接受该价格时，所述系统控制电路及充放电管理电路调配所述储能电池通过所述能量输出元件对外进行能量输出。

进一步的，所述能量输出元件为用于制造电磁炉的电感应线圈。

或者，所述能量输出元件为用于制造电陶炉或电热水器的电发热元件。

进一步的，还设置长距离分支发热模块，所述分支发热模块与所述储能式大功率电器具及储能单元保持电气连接，包括承接安装的模块架体以及与所述电气转换电路群电连接的分支发热元件、控制显示电路。

进一步的，在所述电气转换电路群及所述储能电池区域设置余热交换水管道。

进一步的，还设置逆变器及自动转换开关，所述自动转换开关电串接于所述电网及所述其他普通电器间，所述逆变器电串接于所述储能单元与所述自动转换开关间，在电网供电中断时，所述储能单元的电能通所述逆变器及自动转换开关向所述其他普通电器供电。

进一步的，还设置计测向电网方向送电量的反向计量单元，与原单向计量构成双向计量电表，所述储能单元的电能富裕部分通过所述逆变器及自动转换开关经反向计量后向所述电网补充电能。

一种基于储能式大功率电器具的分布式储释能系统，

包括，

电接于电网的N组（N为＞1的自然数）住户单元，所述住户单元包含依序电连接的储能式大功率电器具、逆变器、自动转换开关及双向电表，所述储能式大功率电器具包括通讯单元、储能单元，所述储能式大功率电器具富裕的电能通过所述逆变器及自动转换开关并经所述双向计量表向所述电网补充电能；

客户端管理程序，安装于客户的通用的具备通讯功能的客户终端设备内，与所述储能式大功率电器具通讯连接，可设置、管理和查询客户充电储能及富裕电能释放信息及收益信息；

储释能调配管理程序，设置于分布式储释能经营单元，与所述电网调峰调频管理程序及所述储能式大功率电器具及客户端管理程序通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型的储能式大功率电器具、分布式储释能系统及应用方法解决了家庭能源消费中以灶具和热水器为主的大功率家用电器具功率无法提升至够用的电替代痛点，同时引导家庭积极参与到储能建设中来，不仅优化了厨房环境，也方便了热水使用，节约了家庭能源消费支出，海量的家庭储能富裕部分通过统一调度使用，可为电网的调峰调频做出较大贡献。

附图说明

图1是当前技术的一种电气器具应用的电气原理示意图。

图2是本发明创造其中一种应用的电气原理示意图。

图3是本发明创造结合新能源的应用的电气原理示意图。

图4是本发明创造实际应用的产品外观示意图。

图5是本发明创造的其中一种系统构成示意图。

图示中，10市电 01a单向电表 02a单向入户配电箱 03其他普通电器 21供电电缆线 20a当前电器具电气转换电路群 22a 整流电路 23a低压供电电路 24a保护检测控制电路 25a系统控制电路 26a 功率控制输出电路 30a能量转化元件 40能量接受器及受能介质 27储能单元 28逆变器 29自动转换开关 20b本发明创造电器具电气转换电路群 51 太阳板或风机 52 太阳能\风能控制器 01b双向电表 27.1储能机架27.2储能电池 100电网调峰调频管理程序 200储释能调配管理程序 300a住户单元301客户端移动设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，注意举例并非对技术方案的限制。

参考图1，这个是前技术的一种电气器具应用的电气原理示意图，大功率电气器具能量输出一般分利用电磁间接发热及利用电流直接发热，如电磁炉及电陶炉、电暖器、电热水器，电气电路构成类似，都是非常成熟的技术。图示中以一种常见的电磁炉举例，市电10通过单向电表01a接线到入户配电箱02内，入户配电箱02含漏电保护开关及空气开关，为整个家庭构建起内户总电闸及分线电闸、防触电、防短路的功能，一般按如厨房电气线路、空调线路、其他各房间线路等几组线路暗管布设，除照明线路外，通过大量的插座供电气设备插接使用。在厨房灶台处，电气灶具通过当前电器具供电电缆线21将市电引入，经过当前电器具电气转换电路群20a的处理，最后由能量转化元件30a将能量输出；电气转换电路群20a包含了几组当前技术非常成熟的线路，如整流电路22a、低压供电电路23a、 保护检测控制电路24a 、系统控制电路25a 、 功率控制输出电路26a，功率控制输出电路26a与能量转化元件30a电连接并通过它向外传递能量。当电气器具是灶具电磁炉时，能量转化元件30a就是电感线圈，能量接受器及受能介质40就是可在电磁场中发热的金属锅具及锅具内的加热对象；当电气器具是灶具电陶炉时，能量转化元件就是发热盘30b，把能转化为热能并透过微晶板传递给金属或陶瓷锅具；当电气器具是即热式电热水器时和电陶炉类似，利用发热元件发热并传递紧挨着发热元件的管道内的水。

当前家庭电器具使用的功率通过家庭线路直接加载在电网上（简称为“直接功率”），因受限于历史及合理性的（远超大部分时段总功率的线路配置意味着大部分时间线路有极大冗余），用户电力线路设置无法配置大功率电器具（比如功率20kW的电陶炉和电即热水器，考虑双头灶具和其他电器具因素，家庭最大额定功率须按70kW来配置）。

正是基于前述难题，为解决人们部分电器有短时间大功率需求同时不增大直接功率，本发明创造在普通的电器具中增设了充放电储能单元，参见图2及图4，图示中，设置了储能单元 27，包括充放电管理电路(图略)及储能电池27.2，安装在储能机架27.1上，在实际产品中，以一个集成的一体化设计放置在灶具的下侧是比较合理的，位置隐蔽，电池距离灶具的发热盘近，能量传递效率高。同时电气转换电路群20b的各电路单元在具有原功能同时还赋予了结合充放电的配套功能，如整流电路22b、低压供电电路23b、 保护检测控制电路24b、系统控制电路25b 、 功率控制输出电路26b，电池的充放电检测保护管理电路可以独立或与灶具的保护检测控制电路24b、系统控制电路25b融合设计，以获得这样的效果：根据家庭线路设置可承受的额定直接功率值，当前所有使用的电气器具总功率需求小与额定直接功率值时，电能由电网直接供给， 储能单元 27充电储能待用，当电气器具功率需求超过额定直接功率值时，通过系统控制电路25b及电池的充放电检测保护管理电路的调配，将储能单元内的电能释放出来汇总补充到电气器具的能量需求中，确保通过电网获得的电能不超过额定直接功率对应的值。这样，家庭住宅或个体工商户商铺内的额定直接功率可以控制在一个比较小的范围，比如6~8kW，但实际具备短时间内获得总功率到达如20kW乃至几个大个功率器具并行的较好的使用体验。

可充电电池的充放电都会伴随热量的释放，发热器件的面向灶具内侧也有隔热需求，因储能单元 27储能电池设置在灶台下，离洗菜盆很近，则可以利用这些热源及余热设置洗菜盆热水管道，做到保护和余热利用两不误。

因设置了储能单元27，在当电网临时停电时，储能单元 27可以释放输出电能直接供电气灶具或热水器使用，或通过逆器变28供家庭如照明等其他电器03使用，提升了在临时停电这种小概率事件中人们生活的便利性。

参见图3，部分有条件的家庭设置了光伏发电或风能发电，则从太阳板或风机51处获得的电能通太阳能\风能控制器52将电能储存到储能单元 27的储能电池27.2中，甚至储能单元 27能量富裕度大，则在自动转换开关29切换下，可以将多余的电能向电网反送，双向电表01b可以准确记录相关反送电能数据，家庭储存的富裕电能反送电网可冲抵家庭电能消费成本，例如图5所示意的一种系统构成，通过专门的分布式储释能经营单元（如电网的专属分公司或虚拟电厂或第三方商业公司）的管理，数量众多的家庭储能可以协助电网进行调峰调频，带来更大的经济效益。随着电动汽车退役电池的出现，能源行业需要为这些电池开发合适的用途以进一步降低能源综合成本，当家庭住户愿意积极参与储能，参与能源的电替代变革，将是多赢的格局，可以获得较好的社会效益。

Claims (8)

1.一种储能式大功率电器具，配置在包含有其他普通电器、线路承受直接功率有限的电力用户系统中，经过配电箱及计量表与电网电连接，包括依序电连接的输入电缆线、电气转换电路群、至少一组能量输出元件及承接安装固定的器具架体，所述能量输出元件对外进行能量输出；所述电气转换电路群将标准电能转换为可对外输出的能量，包含相互电连接的电源整流电路、低压供电电路、系统控制电路、功率输出控制电路、检测保护电路，所述输入电缆线与所述电源整流电路电连接输入电能，所述功率输出控制电路与所述能量输出元件电连接输出能量；

其特征在于，

还设置储能单元，所述储能单元与所述电气转换电路群电连接，包括承接安装的储能机架以及依序电连接的充放电管理电路和储能电池，当所述电器具需要输出的功率大于所述直接功率时，或所述电网处于峰电价且不接受该价格时，所述系统控制电路及充放电管理电路调配所述储能电池通过所述能量输出元件对外进行能量输出。

2.如权利要求1所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于，

所述能量输出元件为用于制造电磁炉的电感应线圈。

3.如权利要求1所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于

所述能量输出元件为用于制造电陶炉或电热水器的电发热元件。

4.如权利要求3所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于

还设置长距离分支发热模块，所述分支发热模块与所述储能式大功率电器具及储能单元保持电气连接，包括承接安装的模块架体以及与所述电气转换电路群电连接的分支发热元件、控制显示电路。

5.如权利要求1所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于，

在所述电气转换电路群及所述储能电池区域设置余热交换水管道。

6.如权利要求1所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于，

还设置逆变器及自动转换开关，所述自动转换开关电串接于所述电网及所述其他普通电器间，所述逆变器电串接于所述储能单元与所述自动转换开关间，在电网供电中断时，所述储能单元的电能通所述逆变器及自动转换开关向所述其他普通电器供电。

7.如权利要求4所述的一种储能式大功率电器具，其特征在于，

还设置计测向电网方向送电量的反向计量单元，与原单向计量构成双向计量电表，所述储能单元的电能富裕部分通过所述逆变器及自动转换开关经反向计量后向所述电网补充电能。

8.一种基于储能式大功率电器具的分布式储释能系统，其特征在于，

包括，

电接于电网的N组（N为＞1的自然数）住户单元，所述住户单元包含依序电连接的储能式大功率电器具、逆变器、自动转换开关及双向电表，所述储能式大功率电器具包括通讯单元、储能单元，所述储能式大功率电器具富裕的电能通过所述逆变器及自动转换开关并经所述双向计量表向所述电网补充电能；

客户端管理程序，安装于客户的通用的具备通讯功能的客户终端设备内，与所述储能式大功率电器具通讯连接，可设置、管理和查询客户充电储能及富裕电能释放信息及收益信息；

储释能调配管理程序，设置于分布式储释能经营单元，与所述电网调峰调频管理程序及所述储能式大功率电器具及客户端管理程序通讯连接。