CN210106021U - 基于热泵储电技术的分布式联合发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，由热泵储电系统、太阳能聚光系统、柴油机发电机组及其冷却系统、储热/冷系统、电力系统和风电机组组成；热泵储电系统通过正逆热力循环进行充能与释能；太阳能聚光系统将聚光热能传递并储存在储热罐中；柴油机发电机组及其冷却系统为主力发电子系统，其中冷却系统可通过控制三通阀进行冷却回路的切换，尾气余热储存在储热罐中；储热/冷系统为热量进行交换与储存的场所；电力系统通过电力设备连接各发电机与用户端；通过风电机组的行星齿轮箱实现本实用新型多种运行模式的切换；本实用新型利用热泵储电技术削弱太阳能、风能发电的波动性，充分利用柴油机余热，降低排放，提高热效率。

Description

基于热泵储电技术的分布式联合发电系统

技术领域

本实用新型涉及能源领域，尤其涉及联合发电技术领域，特别是一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统及其方法。

技术背景

能源是人类活动的动力源，对于维持人类的生活水平是必不可少的。电能是人类利用范围最广、需求最大的能源，但其作为二次能源，主要通过一次能源加工得到。现阶段，全球近三分之二的电力由化石燃料产生，这造成了近25％的温室气体排放。且化石燃料本身，作为一种不可再生能源，也是不可供人类持续利用的。因此，全球电力基础设施的快速脱碳需要从化石燃料转向可再生能源。

然而，由于太阳能、风能等可再生能源发电不连续、不稳定，电能的供给端与需求端在时间及空间上的不匹配，使得可再生能源在发电时“弃光”、“弃风”现象严重，储能是将一种类型的能量转换成另一种类型，在需要时能够以高效、低成本且可靠的方式回收所存储能量的技术。

储热技术作为储能技术的一种，现有的基于储热的可再生能源发电主要是通过储热材料来吸收和释放聚光产生的太阳热能，利用效率低。热泵储电技术是近些年兴起的高效储能技术，该技术储能密度高、容量大，还不受地理位置限制，但对其研究还处在实验室阶段。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统及其方法，能够充分利用热泵储电技术来削弱太阳能、风能发电的波动性，并充分利用柴油机余热，减少柴油机燃油消耗、降低排放，提高柴油机效率。

本实用新型首先公开了一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统及其方法，包括热泵储电系统、太阳能聚光系统、柴油机发电机组及其冷却系统、储热/冷系统、电力系统和风电机组。

其中热泵储电系统的储热换热器和储热/冷系统的储热罐里的储热介质进行热交换，热泵储电系统的储冷换热器和储热/冷系统的储冷罐里的储热介质进行热交换；热泵储电系统的活塞式膨胀/压缩机、电力系统的发电机B、风电机组的风机叶轮、电力系统的发电机A及热泵储电系统的涡轮式膨胀/压缩机的动力耦合在一起，实现协调运作及多种运行模式的切换；

太阳能聚光系统将太阳聚光热能传递并储存在储热罐中；

柴油机发电机组及其冷却系统的柴油机曲轴和发电机B相连实现发电，柴油机冷却系统连接有两条冷却回路，且可进行切换；

热泵储电系统、太阳能聚光系统、柴油机发电机组及其冷却系统通过储热/ 冷系统进行热交换；

电力系统的发电机A、发电机B通过变电箱与用户端相连，实现用电供需匹配；

风电机组由风机叶轮将风能转化并通过机械传动进一步将动力耦合进行星齿轮箱中。

所述热泵储电系统为进行正逆热力学循环的子系统，包括活塞式膨胀/压缩机、储热换热器、涡轮式膨胀/压缩机、离合器A、储冷换热器、离合器B和离合器D；工质在由活塞式膨胀/压缩机、储热换热器、涡轮式膨胀/压缩机及储冷换热器构成的回路中进行热力学循环；其中，活塞式膨胀/压缩机为曲柄连杆式机械，其与气缸连通的气道一端接储冷换热器，另一端接储热换热器，活塞式膨胀/压缩机曲轴两端分别连接离合器B与离合器D，储热换热器两端分别连接活塞式膨胀/压缩机与涡轮式膨胀/压缩机，工质在其中与所述储热/冷系统中的热流工质进行热交换；涡轮式膨胀/压缩机有两个工质进口/出口分别连接储热换热器和储冷换热器，储冷换热器两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机与活塞式膨胀/ 压缩机，工质在其中与所述储热/冷系统中的冷流工质进行热交换；离合器A两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机和所述电力系统的发电机A；离合器B两端分别连接活塞式膨胀/压缩机和所述电力系统的发电机B；离合器D两端分别连接所述风电机组的行星齿轮箱和活塞式膨胀/压缩机。

所述太阳能聚光系统为进行太阳聚光热能收集、转移的场所，包括太阳能聚光板和聚光储热工质泵，太阳辐射在太阳能聚光板上，太阳能聚光板吸收太阳辐射后温度升高，热量传递到工质中；工质由串联在工质循环回路中的聚光储热工质泵提供动力，流经太阳能聚光板并在所述储热/冷系统的储热罐中将热量储存下来。

所述柴油机发电机组及其冷却系统为主力发电部件，包括柴油机、两个冷却液流向三通阀、散热器及冷却风扇和冷却液泵；其中柴油机进气为自然吸气，尾气通过管道流经所述储热/冷系统的储热罐储存热量后排向环境，柴油机曲轴与所述电力系统的发电机B连接；两个冷却液流向三通阀之间的一条支路上设置冷却液泵、柴油机机体，第二条支路为常规冷却回路，第三条支路为与储冷罐换热的储冷冷却回路；常规冷却回路上串联有散热器及冷却风扇；冷却液泵由外部的柴油机前端皮带轮通过带传动连接驱动。

所述储热/冷系统包括储热罐、储热工质泵、储冷罐和储冷工质泵；储热罐内置储热温度传感器，太阳能聚光系统的热流工质、柴油机发电机组及其冷却系统的柴油机尾气以及所述储热/冷系统的储热工质均流经储热罐中并在此进行热交换；储热工质泵串接在储热回路中，上游连接所述热泵储电系统的储热换热器，下游连接储热罐；储冷罐内置储冷温度传感器，储冷工质与所述柴油机发电机组及其冷却系统的冷却液在此进行热交换；储冷工质泵串接在储冷回路中，上游连接所述热泵储电系统的储冷换热器，下游连接储冷罐。

所述电力系统包括发电机A、发电机B、变电箱、发电机A转子轴齿轮、发电机A转子轴、发电机A同步器；

发电机A的转子轴直接与所述热泵储电系统的离合器A连接的同时，通过发电机A同步器与发电机A转子轴齿轮连接；发电机B的转子两端均可由转动输入部件带动，一端连接所述热泵储电系统的离合器B，另一端与所述柴油机发电机组及其冷却系统的柴油机曲轴相连；变电箱的输入端与发电机A与发电机B 通过电力连接，输出端与用户端连接；发电机A转子轴齿轮空套在发电机A转子轴上，可通过发电机A同步器与发电机A转子轴连接，齿轮与所述风电机组的行星齿轮箱齿圈外部啮合；发电机A转子轴为发电机A转子在电机外的延伸轴，发电机A转子轴齿轮空套于发电机A转子轴上，通过轴上的发电机A同步器与轴连接，发电机A转子轴另一端连接所述热泵储电系统的离合器A；发电机A同步器与发电机A转子轴刚性连接，可按需求与发电机A转子轴齿轮连接。

所述风电机组包括风机叶轮、行星齿轮箱和离合器C；风机叶轮通过机械传动与离合器C一端连接；离合器C一端与风机叶轮机械连接，另一端与行星齿轮箱连接；行星齿轮箱为所述风电机组与所述热泵储电统的耦合部件，行星齿轮箱内设有行星架、齿圈、太阳轮、齿圈制动器和太阳轮制动器；行星架与离合器C 连接，太阳轮连接于所述热泵储电系统的离合器D一端，齿圈外部与所述电力系统发电机A转子轴齿轮啮合，齿圈制动器可与齿圈回转轴接触并将其固定，太阳轮制动器可与太阳轮接触并将其固定。

所述热泵储电系统为进行正逆热力学循环的子系统，其包括：活塞式膨胀/ 压缩机，为曲柄连杆式机械，其中，与气缸连通的气道一端接储冷换热器，另一端接储热换热器，活塞式膨胀/压缩机曲轴两端分别连接离合器B与离合器D，视具体热力学循环，应工质流向不同可作为膨胀机或压缩机；储热换热器，其两端分别连接活塞式膨胀/压缩机与涡轮式膨胀/压缩机，工质在其中与所述储热/ 冷系统中的热流工质进行热交换；涡轮式膨胀/压缩机，其有两个工质进口/出口分别连接储热换热器和储冷换热器，视具体热力学循环，应工质流向不同可作为膨胀机或压缩机；储冷换热器，其两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机与活塞式膨胀/压缩机，工质在其中与所述储热/冷系统中的冷流工质进行热交换；离合器A，两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机和所述电力系统的发电机A；离合器B，两端分别连接活塞式膨胀/压缩机和所述电力系统的发电机B；离合器D，两端分别连接所述风电机组的行星齿轮箱和活塞式膨胀/压缩机。

所述太阳能聚光系统为进行太阳聚光热能收集、转移的场所，其包括：，太阳辐射在太阳能聚光板上，太阳能聚光板在吸收太阳辐射后温度升高，热量传递到工质中；聚光储热工质泵，串联在工质循环回路中；工质由聚光储热工质泵提供动力，流经太阳能聚光板并在所述储热/冷系统的储热罐将热量储存下来。

所述柴油机发电机组及其冷却系统为本实用新型主力发电部件，柴油机进气为自然吸气，尾气通过管道流经所述储热/冷系统的储热罐储存热量后排向环境，柴油机曲轴与所述电力系统的发电机B连接；两个冷却液流向三通阀之间的一条支路上设置冷却液泵、柴油机机体，第二条支路为常规冷却回路，第三条支路为与储冷罐换热的储冷冷却回路；常规冷却回路上串联有散热器及冷却风扇；冷却液泵由外部的柴油机前端皮带轮通过带传动连接驱动。

所述储热/冷系统，其包括：储热罐，内置储热温度传感器，为本实用新型储存热量的部件之一，携带三股不同热源的工质流经其中并在此进行热交换：所述太阳能聚光系统的热流工质、所述柴油机发电机组及其冷却系统的柴油机尾气以及所述储热/冷系统的储热工质；储热工质泵，串接在储热回路中，上游连接所述热泵储电系统的储热换热器，下游连接储热罐；储冷罐，内置储冷温度传感器，为本实用新型储存热量的另一部件，储冷工质与所述柴油机发电机组及其冷却系统的冷却液在此进行热交换；储冷工质泵，串接在储冷回路中，上游连接所述热泵储电系统的储冷换热器，下游连接储冷罐。

所述电力系统，其包括：发电机A，其转子，即发电机A转子轴直接与所述热泵储电系统的离合器A连接的同时，通过发电机A同步器与发电机A转子轴齿轮连接；发电机B，其转子两端均可由转动输入部件带动，一端连接所述热泵储电系统的离合器B，另一端与所述柴油机发电机组及其冷却系统的柴油机曲轴相连；变电箱，输入端与发电机A与发电机B通过电力连接，输出端与用户端连接；发电机A转子轴齿轮，空套在发电机A转子轴上，可通过发电机A同步器与发电机A转子轴连接，齿轮与所述风电机组的行星齿轮箱齿圈外部啮合；发电机A 转子轴，为发电机A转子在电机外的延伸轴，发电机A转子轴齿轮空套于其上，通过轴上的发电机A同步器与轴连接，轴另一端连接所述热泵储电系统的离合器 A；发电机A同步器，与发电机A转子轴刚性连接，可按需求与发电机A转子轴齿轮连接。

所述风电机组，为风力发电设备及其与本实用新型其他系统耦合部件，包括：风机叶轮，通过机械传动与离合器C一端连接；离合器C，一端与风机叶轮机械连接，另一端与行星齿轮箱连接；行星齿轮箱，为本实用新型所述风电机组与所述热泵储电统耦合部件，其中，行星架与离合器C连接，太阳轮连接于所述热泵储电系统的离合器D一端，齿圈外部与所述电力系统发电机A转子轴齿轮啮合，齿圈制动器可与齿圈回转轴接触并将其固定，太阳轮制动器可与太阳轮接触并将其固定。

本实用新型与已有技术相比较，有益效果主要有以下方面：

(1)本实用新型将燃油化学能、风能以及太阳聚光内能高效利用起来的同时，利用热泵储点技术解决了风力与太阳能供需在时间上不匹配的问题。

(2)本实用新型中，通过将柴油机尾气热能直接热交换储存在储热罐中，充分利用了柴油机工作余热，提高了燃油利用效率。

(3)本实用新型中，通过将储冷罐中的低温热能与柴油机冷却液进行热交换，充分利用了热泵储电技术中的制冷效用，在一定程度上降低了柴油机散热器及风扇的能耗，提高了能源综合利用效率。

(4)本实用新型中，通过行星齿轮箱，将多个动力部件高效耦合起来，有效避免了复杂系统运行时的运动干涉问题。

附图说明

图1是本实用新型系统原理图；

图2是本实用新型系统结构示意图；

图3是本实用新型行星齿轮箱耦合连接示意图；

图4是本实用新型热泵储电系统充能过程示意图；

图5是本实用新型热泵储电系统释能过程示意图；

图6是本实用新型充能过程耦合连接示意图；

图7是本实用新型释能过程耦合连接示意图；

图8是本实用新型风力单独发电耦合连接示意图；

图9是本实用新型柴油机发电机组储冷冷却示意图；

图10是本实用新型柴油机发电机组常规冷却示意图；

其中，S1-热泵储电系统、S2-太阳能聚光系统、S3-柴油机发电机组及其冷却系统、S4-储热/冷系统、S5-电力系统、S6-风电机组、11-活塞式膨胀/压缩机、 12-储热换热器、13-涡轮式膨胀/压缩机、14-离合器A、15-储冷换热器、16-离合器B、17-离合器D、111-活塞式膨胀/压缩机曲轴、21-太阳能聚光版、22-聚光储热工质泵、31-柴油机、32-冷却液流向三通阀、33-散热器及冷却风扇、34- 冷却液泵、321-储冷冷却回路、322-常规冷却回路、41-储热罐、42-储热工质泵、 43-储冷罐、44-储冷工质泵、411-储热温度传感器、431-储冷温度传感器、51- 发电机A、52发电机B、53-变电箱、54-用户端、511-发电机A转子轴齿轮、512- 发电机A转子轴、513-发电机A同步器、61-风机叶轮、62-行星齿轮箱、63-离合器C、621-行星架、622-齿圈、623-太阳轮、624-齿圈制动器、625-太阳轮制动器。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例，但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例目的，不是旨在于限制本实用新型。

参阅图1所示，本实用新型提供的一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统及其方法，包括包括热泵储电系统S1、太阳能聚光系统S2、柴油机发电机组及其冷却系统S3、储热/冷系统S4、电力系统S5和风电机组S6，本实用新型采用并联式系统结构，相关子系统间通过热交换器及行星齿轮机构进行热能传递与动力耦合。

如附图1-3所示，所述热泵储电系统S1为进行正逆热力学循环的子系统，其包括：活塞式膨胀/压缩机11，为曲柄连杆式机械，其中，与气缸连通的气道一端接储冷换热器15，另一端接储热换热器12，活塞式膨胀/压缩机曲轴111 两端分别连接离合器B16与离合器D17，视具体热力学循环，应工质流向不同可作为膨胀机或压缩机；储热换热器12，其两端分别连接活塞式膨胀/压缩机11 与涡轮式膨胀/压缩机13，工质在其中与所述储热/冷系统S4中的热流工质进行热交换；涡轮式膨胀/压缩机13，其有两个工质进口/出口分别连接储热换热器 12和储冷换热器15，视具体热力学循环，应工质流向不同可作为膨胀机或压缩机；储冷换热器15，其两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机13与活塞式膨胀/压缩机11，工质在其中与所述储热/冷系统S4中的冷流工质进行热交换；离合器A14，两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机13和所述电力系统S5的发电机A51；离合器 B16，两端分别连接活塞式膨胀/压缩机11和所述电力系统S5的发电机B52；离合器D17，两端分别连接所述风电机组S6的行星齿轮箱62和活塞式膨胀/压缩机11。

如附图2所示，所述太阳能聚光系统S2为进行太阳聚光热能收集、转移的场所，其包括：太阳能聚光板21，太阳辐射在太阳能聚光板上，太阳能聚光板在吸收太阳辐射后温度升高，热量传递到工质中；聚光储热工质泵22，串联在工质循环回路中；工质由聚光储热工质泵22提供动力，流经太阳能聚光板21 并在所述储热/冷系统S4的储热罐41中将热量储存下来。

如附图2所示，所述柴油机发电机组及其冷却系统S3为本实用新型主力发电部件，其包括：柴油机31，其进气为自然吸气，尾气通过管道流经所述储热/ 冷系统S4的储热罐将热量传递给储热罐后排向环境，柴油机曲轴与所述电力系统S5的发电机B52连接；冷却液泵34，下游连接冷却液流向三通阀32，上游连接柴油机31机体，由外部的柴油机前端皮带轮通过带传动连接驱动；冷却液流向三通阀32，安装在柴油机冷却系统冷却液流路中，三个接口一个通向常规冷却回路322，一个通向储冷冷却回路321，最后一个连通柴油机31机体；散热器及冷却风扇33，为常规柴油机冷却部件，串联在冷却液常规冷却回路321中，两端分别连通两个冷却液流向三通阀32。

如附图2所示，所述储热/冷系统S4，其包括：储热罐41，内置储热温度传感器411，为本实用新型储存热量的部件之一，携带三股不同热源的工质流经其中并在此进行热交换：所述太阳能聚光系统S2的热流工质、所述柴油机发电机组及其冷却系统S3的柴油机尾气以及所述储热/冷系统S4的储热工质；储热工质泵42，串接在储热回路中，上游连接所述热泵储电系统S1的储热换热器12，下游连接储热罐41；储冷罐43，内置储冷温度传感器431，为本实用新型储存热量的另一部件，储冷工质与所述柴油机发电机组及其冷却系统3的冷却液在此进行热交换；储冷工质泵44，串接在储冷回路中，上游连接所述热泵储电系统 S1的储冷换热器15，下游连接储冷罐41。

如附图1-3所示，所述电力系统S5，其包括：发电机A51，其转子，即发电机A转子轴512直接与所述热泵储电系统S1的离合器A14连接的同时，通过发电机A同步器513与发电机A转子轴齿轮511连接；发电机B52，其转子两端均可由转动输入部件带动，一端连接所述热泵储电系统S1的离合器B16，另一端与所述柴油机发电机组及其冷却系统S3的柴油机曲轴相连；变电箱53，输入端与发电机A51与发电机B52通过电力连接，输出端与用户端54连接；发电机 A转子轴齿轮511，空套在发电机A转子轴512上，可通过发电机A同步器513 与发电机A转子轴512连接，齿轮与所述风电机组S6的行星齿轮箱62齿圈622 的外部啮合；发电机A转子轴512，为发电机A51的转子在电机外的延伸轴，发电机A转子轴齿轮511空套于其上，通过轴上的发电机A同步器513与轴连接，轴另一端连接所述热泵储电系统S1的离合器A14；发电机A同步器513，与发电机A转子轴512刚性连接，可按需求与发电机A转子轴齿轮511连接。

如附图1-3所示，所述风电机组S6，为风力发电设备及其与本实用新型其他系统耦合部件，包括：风机叶轮61，通过机械传动与离合器C63一端连接；离合器C63，一端与风机叶轮61机械连接，另一端与行星齿轮箱62连接；行星齿轮箱62，为本实用新型所述风电机组S6与所述热泵储电系统S1耦合部件，其中，行星架621与离合器C63连接，太阳轮623连接于所述热泵储电系统S1 的离合器D17一端，齿圈622的外部与所述电力系统S5发电机A转子轴齿轮511 啮合，齿圈制动器624可与齿圈622回转轴接触并将其固定，太阳轮制动器625 可与太阳轮623接触并将其固定。

本实用新型的工作过程如下：

本实用新型提供的一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统及其方法，可根据当地风力、太阳强度及用户端用电需求切换工作模式，从而在满足用户端用电需求的同时减少柴油机燃油消耗、降低排放。几种典型的运行模式如下所述：

(1)风电机组单独发电，如附图2、附图8所示，当所在地区风力较强，足以驱动风机发电，且用户端用电需求不高时，本实用新型工作在风机单独发电模式。此时，离合器A14、离合器B16、离合器D17分离，离合器C63接合，发电机A同步器513与发电机A转子轴齿轮511接合，齿圈制动器624不工作，太阳轮制动器625处于制动状态；风机叶轮61将风能转化为其转子动能，在行星齿轮箱62中，由于太阳轮623被固定，动力从行星架621传入，从齿圈622传出，实现增速传动；由于齿圈622外部齿轮与发电机A转子轴齿轮啮合，进一步带动发电机A转子轴512转动，实现发电，电力运输至变电箱53，最后配分至用户端54。

(2)热泵储电系统充能(储电)过程，如附图2、附图4和附图6所示，当所在地区风力较强，且用户端用电需求很低时，风力带动热泵储电系统S1逆向循环进行充能。此时，离合器A14、离合器C63、离合器D17处于接合状态，离合器B16分离，发电机A同步器513与发电机A转子轴齿轮511分离，太阳轮制动器625不工作，齿圈制动器624处于制动状态；风机叶轮61将风能转化为及转子动能，在行星齿轮箱62中，由于齿圈622被固定，动力从行星架621传入，从太阳轮623传出，实现增速传动；由于离合器D17接合，进一步带动活塞式膨胀/压缩机曲轴111，此时活塞式膨胀/压缩机11处于压缩机工作状态，压缩循环工质；压缩后的循环工质在储热换热器12中放热，由储热工质泵42带动，热量进一步传递并储存在储热罐41中；后工质流经工作在膨胀机状态的涡轮式膨胀/压缩机13，膨胀做功；由于离合器A14接合，涡轮式膨胀/压缩机13带动发电机A转子轴512，使发电机A51实现发电，电力运输至变电箱53，最后配分至用户端54；此时的工质温度已降至环境温度以下，经过储冷换热器15时，热量由储冷工质泵44带动，从储冷罐43传递至工质，实现制冷效果，以“冷”的形式储存在储冷罐43中；最后，工质被送进活塞式膨胀/压缩机进行下一个循环；充能过程将在风力充足时持续进行，直至储热温度传感器411和储冷温度传感器 431显示已经充能完毕。

(3)热泵储电系统释能(发电)过程，如附图2、附图5和附图7所示，当所在地区风力较弱，而用户端用电需求小于热泵储电系统S1发电量或者柴油机单独发电不足以支持，且储热温度传感器411和储冷温度传感器431显示储热罐41与储冷罐43中有充足热能时，热泵储电系统S1运行在释能模式，进行发电。此时，离合器A14与离合器B16接合，离合器C63与离合器D17分离，发电机A同步器513与发电机A转子轴齿轮511分离，太阳轮制动器625与齿圈制动器624均不工作，行星齿轮箱62不工作；电力反向输入给发电机A51，其此时工作在电动机模式，带动涡轮式膨胀/压缩机13运行在压缩机模式；热泵循环工质在涡轮式膨胀/压缩机13被压缩，进入储热换热器12，吸收来自储热罐41的热量，成为高温高压气体；后进入工作在膨胀机模式的活塞式膨胀/压缩机11，膨胀做功，带动活塞式膨胀/压缩机曲轴111转动，由于离合器B16接合，进一步带动发电机B转动，实现发电，电力运输至变电箱53，最后配分至用户端54；工质膨胀后，在储冷换热器15被来自储冷罐43的“冷量”冷却；最后送入涡轮式膨胀/压缩机13进入下一个循环，直至储热温度传感器411和储冷温度传感器 431显示储热罐41与储冷罐43中没有充足热能支撑循环为止。

(4)柴油机发电机组及其冷却系统工作过程，如附图2、附图9和附图10 所示，当用户端用电需要稳定长时间较大功率输出时，柴油机发电机组作为本实用新型发电主力进行工作，视储热温度传感器411和储冷温度传感器431显示信号，可进行柴油机发电机组单独发电或和热泵储电系统S1联合发电，联合发电已由上所述，柴油机发电机组进行单独发电介绍如下。此时离合器A、离合器B、离合器C及离合器D均处于分离状态，发电机A同步器513与发电机A转子轴齿轮511分离，太阳轮制动器625与齿圈制动器624均不工作，行星齿轮箱62不工作；柴油机31发动带动发电机B52实现发电，电力运输至变电箱53，最后配分至用户端54；柴油机31尾气将通过管道输送至储热罐41，将尾气中的余热传递并储存在储热罐41中；当储冷温度传感器431显示储冷罐43中温度符合柴油机冷却系统冷却要求时，冷却液流向三通阀32控制冷却液流经储冷冷却回路321 至储冷罐43中，进行储冷冷却，当储冷温度传感器431显示储冷罐43中温度已低于柴油机冷却系统冷却要求时，冷却液流向三通阀32控制冷却液流经常规冷却回路322至散热器及冷却风扇33，进行常规冷却。

另外，只要所在地区有充足光照，太阳能聚光系统S2便开始工作，由聚光储热工质泵22带动，将热量从太阳能聚光板21送至储热罐41并储存下来。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，该系统包括热泵储电系统(S1)、太阳能聚光系统(S2)、柴油机发电机组及其冷却系统(S3)、储热/冷系统(S4)、电力系统(S5)和风电机组(S6)；

其中热泵储电系统(S1)的储热换热器(12)和储热/冷系统(S4)的储热罐(41)里的储热介质进行热交换，热泵储电系统(S1)的储冷换热器(15)和储热/冷系统(S4)的储冷罐(43)里的储热介质进行热交换；热泵储电系统(S1)的活塞式膨胀/压缩机(11)、电力系统(S5)的发电机B(52)、风电机组(S6)的风机叶轮(61)、电力系统(S5)的发电机A(51)及热泵储电系统(S1)的涡轮式膨胀/压缩机(13)的动力耦合在一起，实现协调运作及多种运行模式的切换；

太阳能聚光系统(S2)将太阳聚光热能传递并储存在储热罐(41)中；

柴油机发电机组及其冷却系统(S3)的柴油机(31)曲轴和发电机B(52)相连实现发电，柴油机(31)冷却系统连接有两条冷却回路，且可进行切换；

热泵储电系统(S1)、太阳能聚光系统(S2)、柴油机发电机组及其冷却系统(S3)通过储热/冷系统(S4)进行热交换；

电力系统(S5)的发电机A(51)、发电机B(52)通过变电箱(53)与用户端(54)相连，实现用电供需匹配；

风电机组(S6)由风机叶轮(61)将风能转化并通过机械传动进一步将动力耦合进行星齿轮箱(62)中。

2.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述热泵储电系统(S1)为进行正逆热力学循环的子系统，包括活塞式膨胀/压缩机(11)、储热换热器(12)、涡轮式膨胀/压缩机(13)、离合器A(14)、储冷换热器(15)、离合器B(16)和离合器D(17)；工质在由活塞式膨胀/压缩机(11)、储热换热器(12)、涡轮式膨胀/压缩机(13)及储冷换热器(15)构成的回路中进行热力学循环；其中，活塞式膨胀/压缩机(11)为曲柄连杆式机械，其与气缸连通的气道一端接储冷换热器(15)，另一端接储热换热器(12)，活塞式膨胀/压缩机曲轴(111)两端分别连接离合器B(16)与离合器D(17)，储热换热器(12)两端分别连接活塞式膨胀/压缩机(11)与涡轮式膨胀/压缩机(13)，工质在其中与所述储热/冷系统(S4)中的热流工质进行热交换；涡轮式膨胀/压缩机(13)有两个工质进口/出口分别连接储热换热器(12)和储冷换热器(15)，储冷换热器(15)两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机(13)与活塞式膨胀/压缩机(11)，工质在其中与所述储热/冷系统(S4)中的冷流工质进行热交换；离合器A(14)两端分别连接涡轮式膨胀/压缩机(13)和所述电力系统(S5)的发电机A(51)；离合器B(16)两端分别连接活塞式膨胀/压缩机(11)和所述电力系统(S5)的发电机B(52)；离合器D(17)两端分别连接所述风电机组(S6)的行星齿轮箱(62)和活塞式膨胀/压缩机(11)。

3.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述太阳能聚光系统(S2)为进行太阳聚光热能收集、转移的场所，包括太阳能聚光板(21)和聚光储热工质泵(22)，太阳辐射在太阳能聚光板(21)上，太阳能聚光板(21)吸收太阳辐射后温度升高，热量传递到工质中；工质由串联在工质循环回路中的聚光储热工质泵(22)提供动力，流经太阳能聚光板(21)并在所述储热/冷系统(S4)的储热罐(41)中将热量储存下来。

4.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述柴油机发电机组及其冷却系统(S3)为主力发电部件，包括柴油机(31)、两个冷却液流向三通阀(32)、散热器及冷却风扇(33)和冷却液泵(34)；其中柴油机(31)进气为自然吸气，尾气通过管道流经所述储热/冷系统(S4)的储热罐(41)储存热量后排向环境，柴油机(31)曲轴与所述电力系统(S5)的发电机B(52)连接；两个冷却液流向三通阀(32)之间的一条支路上设置冷却液泵(34)、柴油机(31)机体，第二条支路为常规冷却回路(322)，第三条支路为与储冷罐(43)换热的储冷冷却回路(321)；常规冷却回路(322)上串联有散热器及冷却风扇(33)；冷却液泵(34)由外部的柴油机前端皮带轮通过带传动连接驱动。

5.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述储热/冷系统(S4)包括储热罐(41)、储热工质泵(42)、储冷罐(43)和储冷工质泵(44)；储热罐(41)内置储热温度传感器(411)，太阳能聚光系统(S2)的热流工质、柴油机发电机组及其冷却系统(S3)的柴油机尾气以及所述储热/冷系统(S4)的储热工质均流经储热罐(41)中并在此进行热交换；储热工质泵(42)串接在储热回路中，上游连接所述热泵储电系统(S1)的储热换热器(12)，下游连接储热罐(41)；储冷罐(43)内置储冷温度传感器(431)，储冷工质与所述柴油机发电机组及其冷却系统(S3)的冷却液在此进行热交换；储冷工质泵(44)串接在储冷回路中，上游连接所述热泵储电系统(S1)的储冷换热器(15)，下游连接储冷罐(43)。

6.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述电力系统(S5)包括发电机A(51)、发电机B(52)、变电箱(53)、发电机A转子轴齿轮(511)、发电机A转子轴(512)、发电机A同步器(513)；

发电机A的转子轴(512)直接与所述热泵储电系统(S1)的离合器A(14)连接的同时，通过发电机A同步器(513)与发电机A转子轴齿轮(511)连接；发电机B(52)的转子两端均可由转动输入部件带动，一端连接所述热泵储电系统(S1)的离合器B(16)，另一端与所述柴油机发电机组及其冷却系统(S3)的柴油机(31)曲轴相连；变电箱(53)的输入端与发电机A(51)与发电机B(52)通过电力连接，输出端与用户端(54)连接；发电机A转子轴齿轮(511)空套在发电机A转子轴(512)上，可通过发电机A同步器(513)与发电机A转子轴(512)连接，齿轮与所述风电机组(S6)的行星齿轮箱(62)齿圈(622)外部啮合；发电机A转子轴(512)为发电机A(51)转子在电机外的延伸轴，发电机A转子轴齿轮(511)空套于发电机A转子轴(512)上，通过轴上的发电机A同步器(513)与轴连接，发电机A转子轴(512)另一端连接所述热泵储电系统(S1)的离合器A(14)；发电机A同步器(513)与发电机A转子轴(512)刚性连接，可按需求与发电机A转子轴齿轮(511)连接。

7.如权利要求1所述一种基于热泵储电技术的分布式联合发电系统，其特征在于，所述风电机组(S6)包括风机叶轮(61)、行星齿轮箱(62)和离合器C(63)；风机叶轮(61)通过机械传动与离合器C(63)一端连接；离合器C(63)一端与风机叶轮(61)机械连接，另一端与行星齿轮箱(62)连接；行星齿轮箱(62)为所述风电机组(S6)与所述热泵储电统(S1)的耦合部件，行星齿轮箱(62)内设有行星架(621)、齿圈(622)、太阳轮(623)、齿圈制动器(624)和太阳轮制动器(625)；行星架(621)与离合器C(63)连接，太阳轮(623)连接于所述热泵储电系统(S1)的离合器D(17)一端，齿圈(622)外部与所述电力系统(S5)发电机A转子轴齿轮(511)啮合，齿圈制动器(624)可与齿圈(622)回转轴接触并将其固定，太阳轮制动器(625)可与太阳轮(623)接触并将其固定。

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