CN210265038U - 一种用于农业产业园的光热发电供能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于农业产业园的光热发电供能系统，包括农业设施单元、太阳能集热储能单元、发电单元、低温供能单元与跨季蓄热单元，所述农业设施单元与所述太阳能集热储能单元的集热器阵列并排相间设置，所述低温供能单元与所述跨季蓄热单元连接；所述太阳能集热储能单元与所述发电单元之间设置有蒸汽发生器、过热器与再热器，所述发电单元与所述低温供能单元通过凝汽器连接。本实用新型采用上述结构的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，实现能源从高温到低温的梯级利用，提高农业产业园区的经济效益。

Description

一种用于农业产业园的光热发电供能系统

技术领域

本实用新型涉及可再生能源技术领域，特别是涉及一种用于农业产业园的光热发电供能系统。

背景技术

从2017年到2020年，全国将创建300多个国家现代农业产业园区，现代农业产业园区是传统农业向现代农业转变的典型代表，将推动传统农业向高产、高效的现代化农业发展，可以带动乡村发展、农民增收与乡村产业融合，推动乡村产业振兴。由于我国农业长期投入不足，农业产业园一般位置偏远，配套设施不完善，如何解决农业产业园区的低碳用能问题，是目前亟待解决的问题。

农业产业园区在冬季需要消耗大量能源来供暖，目前我国北方地区的温室大棚多使用燃煤锅炉等方式进行供暖，不但大气污染物排放超标，导致大气污染越来越严重，而且储煤场、煤渣对土壤污染严重，不利于农作物的种植，目前农业领域急需发展绿色清洁、可再生能源的供暖系统。

在发电过程中，高温蒸汽经过汽轮机透平做功后，排到凝汽器中的废热温度在25-50℃左右，属于低品位热源，在冬季可以使用高温水源热泵提取升温后，给温室大棚供暖，但在春夏秋三季不需要供暖时，利用难度较大，热量通过冷却塔释放到空气中，热能浪费严重，急需一种技术可以结合农业产业园的特点，将这部分热量储存起来，实现跨季蓄热的功能，从而实现从高品位热能到低品位热能的充分利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于农业产业园的光热发电供能系统，全年实现给农业产业园区与外部设施提供电能，还可以利用发电余热，在非供暖季实现余热跨季储能的功能，在夏季满足制冷的需求，在供暖季满足供暖的需求，实现能源从高温到低温的梯级利用，提高农业产业园区的经济效益。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于农业产业园的光热发电供能系统，包括农业设施单元、太阳能集热储能单元、发电单元、低温供能单元与跨季蓄热单元，所述农业设施单元与所述太阳能集热储能单元的集热器阵列并排相间设置，所述低温供能单元与所述跨季蓄热单元连接；

所述太阳能集热储能单元与所述发电单元之间设置有蒸汽发生器、过热器与再热器，所述发电单元与所述低温供能单元通过凝汽器连接。

优选的，所述太阳能集热储能单元包括依次连接的第二电动三通阀、油气分离器、导热油泵、第一电动三通阀、槽式集热器、油盐换热器和第三电动三通阀，所述第一电动三通阀还与所述油盐换热器的入油口连通。

优选的，所述油盐换热器的一端连接低温熔盐罐，其另一端连接高温熔盐罐，所述低温熔盐罐的出口侧设有低温熔盐泵，所述高温熔盐罐的出口侧设有高温熔盐泵，所述高温熔盐罐与所述低温熔盐罐的内部均设有防凝电加热器。

优选的，所述油气分离器的一侧设有连接氮封装置的高低位槽装置。

优选的，所述第三电动三通阀一端的管路贯穿再热器后与所述第二电动三通阀连通，所述第三电动三通阀另一端的管路依次贯穿过热器、蒸汽发生器后与所述第二电动三通阀连通。

优选的，所述发电单元包括依次连接的汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器、第四电动三通阀和生物质锅炉，所述第四电动三通阀的管路还依次贯穿所述蒸汽发生器、所述过热器后与所述汽轮机的高压缸连通，所述汽轮机的高压缸出口管贯穿所述再热器后与所述汽轮机低压缸连接，所述生物质锅炉与所述汽轮机的高压缸连通，所述汽轮机低压缸的一端设有汽轮发电机，所述汽轮机的低压缸分别通过抽气管道与所述低压加热器、所述除氧器、所述高压加热器和溴化锂机组连接。

优选的，所述低温供能单元包括依次闭合连接的所述凝汽器内换热盘管、冷却水循环泵、第五电动三通阀、第六电动三通阀、高温地源热泵机组和第七电动三通阀，所述第五电动三通阀还通过冷却塔、电动二通阀与所述凝汽器的换热盘管入水口连通，所述溴化锂机组的出水口还与所述冷却塔的入水口连通。

优选的，所述溴化锂机组与所述农业设施单元的制冷机构连接，所述农业设施单元的制冷机构出水口经过制冷循环泵与所述溴化锂机组的入水口连通；

优选的，所述高温地源热泵机组的冷凝端与所述农业设施单元的供暖机构连接，所述农业设施单元的供暖机构出水口通过供暖循环泵与所述高温地源热泵机组的冷凝端入水口连通。

优选的，所述第六电动三通阀还与所述跨季蓄热单元的入口连通，所述第七电动三通阀还与所述跨季蓄热单元的出水口连通，所述跨季蓄热单元是由设置在土壤中的竖直地埋管阵列构成；

所述农业设施单元还包括温室大棚和养殖房。

因此，本实用新型采用上述结构的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，有益效果至少如下：

(1)本实用新型利用温室大棚与太阳能槽式集热器相间并列布置，太阳能槽式集热器下方可正常种植农作物，这样改变了过去传统农业对土地的平面使用，提高了农业产业园的土地利用率，实现了现代农业与清洁能源的有效结合，解决了农业产业园地处偏远，基础设施建设落后，供能设施不足的难题。

(2)本实用新型配置有高温熔盐储能装置与生物质锅炉辅助设备，可以全年稳定发电，在非供暖季利用发电余热进行跨季储能与夏季制冷，在供暖季利用发电余热与跨季蓄热单元来供暖，这样通过能源的梯级利用，实现了从高品位热能到低品位热能的充分利用，节能效果显著，可以给农业产业园带来较好的经济效益。

(3)本实用新型耦合太阳能与生物质能两种可再生能源，生物质能可使用农业产业园废秸秆、废菌棒或其他农业废弃物作为来源，能够实现农业生产的闭式循环，并将农业废弃物转废为宝，用来发电，进一步增加经济效益。太阳能与生物质能属于清洁能源，可以替代目前农业用热领域使用较多的燃煤锅炉，有助于减少大气污染物排放，打赢蓝天保卫战，具有较强的推广示范意义。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的原理示意图；

图3是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的能量利用示意图。

附图标记

100、农业设施单元；200、太阳能集热储能单元；300、发电单元；400、低温供能单元；500、跨季蓄热单元；

201、槽式集热器；202、油盐换热器；203、低温熔盐罐；204、高温熔盐罐；205、低温熔盐泵；206、高温熔盐泵；207、防凝电加热器；208、导热油泵；209、第一电动三通阀；210、第二电动三通阀；211、第三电动三通阀；212、油气分离器；213、高低位槽装置；214、氮封装置；

301、生物质锅炉；302、蒸汽发生器；303、过热器；304、再热器；305、汽轮机；306、汽轮发电机；307、凝汽器；308、凝结水泵；309、低压加热器；310、除氧器；311、高压加热器；312、第四电动三通阀；313、抽汽管道；

401、冷却水循环泵；402、第五电动三通阀；403、溴化锂机组；404、高温地源热泵机组；405、第六电动三通阀；406、第七电动三通阀；407、冷却塔；408、电动二通阀；409、供暖循环泵；410、制冷循环泵。

501、竖直地埋管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

图1是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的结构示意图，图2是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的原理示意图，图3是本实用新型一种用于农业产业园的光热发电供能系统的能量利用示意图，如图所示，一种用于农业产业园的光热发电供能系统，包括农业设施单元100、太阳能集热储能单元200、发电单元300、低温供能单元400与跨季蓄热单元500，农业设施单元100还包括温室大棚和养殖房，农业设施单元100与太阳能集热储能单元200的槽式集热器201阵列并排相间设置，提高了农业产业园的土地利用率，实现了现代农业与清洁能源的有效结合。

太阳能集热储能单元200包括依次连接的第二电动三通阀210、油气分离器212、导热油泵208、第一电动三通阀209、槽式集热器201、油盐换热器202和第三电动三通阀211，槽式集热器201收集的热量在导热油泵208的作用下通入油盐换热器202中，并通过第三电动三通阀211流出。油气分离器212的一侧设有连接氮封装置214的高低位槽装置213，具有液位预警功能。

第三电动三通阀211一端的管路贯穿再热器304后与第二电动三通阀210连通，介质油在再热器304中散热后通过第二电动三通阀210回到槽式集热器中。第三电动三通阀211另一端的管路依次贯穿过热器303、蒸汽发生器302后与第二电动三通阀210连通，介质油依次经过过热器303、蒸汽发生器302散热后进入第二电动三通阀210的管路中。即太阳能集热储能单元200与发电单元300之间设置有蒸汽发生器302、过热器303与再热器304，太阳能集热储能单元300吸收的热量于再热器304、过热器303、蒸汽发生器302进行热交换。

油盐换热器202的一端连接低温熔盐罐203，低温熔盐罐203的出口侧设有低温熔盐泵205，其另一端连接高温熔盐罐204，高温熔盐罐204的出口侧设有高温熔盐泵206，低温熔盐罐203在低温熔盐泵205的作用下泵入，在油盐换热器202中吸热后变成高温熔盐，并储入高温熔盐罐204中。在此过程中，油盐换热器202中的介质油放热，实现能量在熔盐中的储存。或者，高温熔盐罐204中的高温熔盐在高温熔盐泵206的作用下进入油盐换热器202中放热，变成低温熔盐后回到低温熔盐罐203中。在此过程中，油盐换热器202中的介质油吸热，实现熔盐储能的释放。高温熔盐罐204与低温熔盐罐203的内部均设有防凝电加热器207，防止熔盐凝结。

第一电动三通阀209还与油盐换热器202的入油口连通，太阳能不足时，第一电动三通阀209与油盐换热器202连接，介质油直接经过第一电动三通阀209进入油盐换热器202中吸热。

发电单元300包括依次连接的汽轮机305、凝汽器307、凝结水泵308、低压加热器309、除氧器310、高压加热器311、第四电动三通阀312和生物质锅炉301，生物质锅炉301与汽轮机305的高压缸连通，汽轮机305内的冷凝水在凝结水泵308的作用下依次进入低压加热器309、除氧器310和高压加热器311中，对水进行初步加热，然后在生物质锅炉301的加热作用下变成蒸汽进入汽轮机305的高压缸中。

第四电动三通阀312的管路还依次贯穿蒸汽发生器302、过热器303后与汽轮机305连通，初步加热后的水依次经过蒸汽发生器302、过热器303再次吸热。汽轮机305的高压缸出口管贯穿再热器304后与汽轮机305的低压缸连接，汽轮机305中高压缸的水在再热器304吸热后进入汽轮机305的低压缸中。汽轮机305上低压缸的一端设有汽轮发电机306，带动汽轮发电机306发电。汽轮机306的低压缸分别通过抽气管道313与低压加热器309、除氧器310和高压加热器311连接，汽轮机305中低压缸的蒸汽也可以进入低压加热器309、除氧器310、高压加热器311中。

汽轮机305的低压缸通过抽气管道与溴化锂机组403连接，溴化锂机组403与农业设施单元100的制冷机构连接，农业设施单元100的制冷机构与溴化锂机组403的入水口之间设有制冷循环泵410，在制冷循环泵410的作用下，水蒸汽在溴化锂机组410吸热，由此，农业设施单元的制冷机构实现制冷。溴化锂机组403的出水口还与冷却塔407的入水口连通，冷却水可以在冷却塔407中进行冷却。

发电单元300与低温供能单元400通过凝汽器307连接，发电单元300上凝汽器307内的换热盘管位于低温供能单元400内。低温供能单元400包括依次闭合连接的凝汽器307内换热盘管、冷却水循环泵401、第五电动三通阀402、第六电动三通阀405、高温地源热泵机组404和第七电动三通阀406，冷凝水在高温地源热泵机组404散热后回到换热盘管内吸热。

高温地源热泵机组404的冷凝端与农业设施单元100的供暖机构连接，农业设施单元100的供暖机构出水口通过供暖循环泵409与高温地源热泵机组404的冷凝端入水口连通，在供暖循环泵409的作用下，农业设施单元100的供暖机构中冷水不断吸热。

低温供能单元400与跨季蓄热单元500连接，跨季蓄热单元500是由设置在土壤中的竖直地埋管501阵列构成，低温供能单元400将热量储存在跨季蓄热单元500中。第六电动三通阀406与跨季蓄热单元400的入口连通，第七电动三通阀406还与跨季蓄热单元500的出水口连通，第六电动三通阀406管路内的水在跨季蓄热单元500内散热后经第七电动三通阀406回到凝汽器307内的换热盘管中。

第五电动三通阀402还通过冷却塔407、电动二通阀408与凝汽器307的换热盘管入水口连通，第五电动三通阀402管路内的水流热量在冷却塔407进行释放后，经过电动二通阀408回到换热盘管内。

本实用新型在使用时，导热油泵208通过第一电动三通阀209将低温导热油循环至槽式集热器201镜场管路中，槽式集热器201收集太阳能，将低温导热油加热至393℃的高温导热油，高温导热油通过油盐换热器202进入第三电动三通阀，高温导热油分别进入过热器303与再热器304，给过热器303与再热器304内的蒸汽升温加热，经过过热器303加热之后的导热油温度降低，进入蒸汽发生器302，给凝结水加热变成低温蒸汽，进一步降温，低温导热油汇集到第二电动三通阀210，通过油气分离器212回到导热油泵208的进油端，完成一个循环。

当太阳能收集的热量富裕，导热油温度能够维持汽轮机305正常发电时，启动低温熔盐泵205，将低温熔盐罐203中的292℃的低温熔盐循环到油盐换热器202中，低温熔盐与393℃高温导热油进行换热后，升温至385℃高温熔盐，输送至高温熔盐罐204中存储，这样完成了高温储能过程。当夜间或阴雨雪天，太阳能不足时，启动高温熔盐泵206，将高温熔盐罐204中的385℃高温熔盐循环至油盐换热器202中，高温熔盐与低温导热油进行换热后，降温至292℃低温熔盐，输送至低温熔盐罐203中存储，这样，通过熔盐高温储能设备，平稳与延长汽轮机305发电时间。

凝结水通过第四电动三通阀312分别输送至蒸汽发生器302与生物质锅炉301中，通过导热油加热变为低温蒸汽，被输送至过热器303中，进一步升温变为高温高压383℃过热蒸汽，383℃过热蒸汽进入汽轮机305的高压缸，驱动汽轮机305透平做功，带动汽轮发电机306发电。过热蒸汽在高压缸冷却变为低温低压蒸汽，被输送至再热器304中被高温导热油二次加热升温，被输送至汽轮机305的低压缸继续透平做功，带动汽轮发电机306发电，50-70℃的低压乏汽在凝汽器307中冷却变为50℃左右的凝结水。

在汽轮机305低压缸一部分蒸汽被输送至低压加热器309给凝结水初步预热，一部分蒸汽被输送至除氧器310给凝结水热力除氧，一部分蒸汽被输送至高压加热器311给凝结水进一步预热，凝结水泵308将凝汽器307中的凝结水输送依次通过低压加热器309、除氧器310、高压加热器311，完成对凝结水的除氧与余热后，通过第四电动三通阀312进入蒸汽发生器302与生物质锅炉301，完成整个循环。

在非供暖季，将第五电动三通阀的402的第二口关闭，第三口打开，第六电动三通阀405的第二口打开，第三口关闭，第七电动三通阀406的第二口打开，第三口关闭，这样从凝汽器307出来30-50℃冷却水通过第五电动三通阀、第六电动三通进入跨季蓄热单元500，通过竖直地埋管501与土壤的换热，将热量储存在土壤中，冷却水温度降低，然后通过第七电动三通阀406返回凝汽器，依次往复循环，可以将凝汽器307中的乏汽余热储存在土壤中。当土壤温度上升太高影响到凝汽器307的正常冷却时，通过按比例调节第五电动三通阀402，打开一部分第二口，冷却水进入冷却塔407，通过冷却塔将热量释放到空气中，冷却塔407作为跨季蓄热单元500的备用冷却设备，这样在土壤中温度过高或竖直地埋管501系统出现故障时，不会影响发电单元300的正常工作。

在夏季，农业设施单元100有制冷需求时，通过抽汽管道313，从汽轮机305抽汽不小于143℃的蒸汽，驱动溴化锂机组制冷，产生7-12℃的冷冻水，通过制冷循环泵410将冷冻水输送到农业设施单元100制冷机构，满足夏季制冷的需求。

在供暖季初期与供暖末期，此时热负荷较小，采用凝汽器307余热供暖，将第五电动三通阀402、第六电动三通阀405与第七电动三通阀406的的第二口关闭，第三口打开，高温地源热泵机组404蒸发器侧吸收凝汽器307余热，经过二次升温后在冷凝器侧变为80℃的高温供暖热水，通过供暖循环泵409将供暖水输送至农业设施单元100的供暖机构，满足供暖需求。

在供暖季中期，此时热负荷较大，采用凝汽器307余热与跨季蓄热单元复合供暖，将第五电动三通阀402第二口关闭，第三口打开，将第六电动三通阀405与第七电动三通阀406的第二口与第三口按比例调节，经过热量计算，确定相应的阀门开度，高温地源热泵机组404蒸发器侧吸收凝汽器307余热和跨季蓄热单元储存的热量，经过二次升温后在冷凝器侧变为80℃的高温供暖热水，通过供暖循环泵409将供暖水输送至农业设施单元100的供暖机构，满足供暖需求。

因此，本实用新型采用上述结构的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，全年实现给农业产业园区与外部设施提供电能，还可以利用发电余热，在非供暖季实现余热跨季储能的功能，在夏季满足制冷的需求，在供暖季满足供暖的需求，实现能源从高温到低温的梯级利用，提高农业产业园区的经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：包括农业设施单元、太阳能集热储能单元、发电单元、低温供能单元与跨季蓄热单元，所述农业设施单元与所述太阳能集热储能单元的集热器阵列并排相间设置，所述低温供能单元与所述跨季蓄热单元连接；

所述太阳能集热储能单元与所述发电单元之间设置有蒸汽发生器、过热器与再热器，所述发电单元与所述低温供能单元通过凝汽器连接；

所述太阳能集热储能单元包括依次连接的第二电动三通阀、油气分离器、导热油泵、第一电动三通阀、槽式集热器、油盐换热器和第三电动三通阀，所述第一电动三通阀还与所述油盐换热器的入油口连通；

所述第三电动三通阀一端的管路贯穿再热器后与所述第二电动三通阀连通，所述第三电动三通阀另一端的管路依次贯穿过热器、蒸汽发生器后与所述第二电动三通阀连通；

所述发电单元包括依次连接的汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器、第四电动三通阀和生物质锅炉，所述第四电动三通阀的管路还依次贯穿所述蒸汽发生器、所述过热器后与所述汽轮机的高压缸连通，所述汽轮机的高压缸出口管贯穿所述再热器后与所述汽轮机低压缸连接，所述生物质锅炉与所述汽轮机的高压缸连通，所述汽轮机低压缸的一端设有汽轮发电机，所述汽轮机的低压缸分别通过抽气管道与所述低压加热器、所述除氧器、所述高压加热器和溴化锂机组连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述油盐换热器的一端连接低温熔盐罐，其另一端连接高温熔盐罐，所述低温熔盐罐的出口侧设有低温熔盐泵，所述高温熔盐罐的出口侧设有高温熔盐泵，所述高温熔盐罐与所述低温熔盐罐的内部均设有防凝电加热器。

3.根据权利要求1所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述油气分离器的一侧设有连接氮封装置的高低位槽装置。

4.根据权利要求1所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述低温供能单元包括依次闭合连接的所述凝汽器内换热盘管、冷却水循环泵、第五电动三通阀、第六电动三通阀、高温地源热泵机组和第七电动三通阀，所述第五电动三通阀还通过冷却塔、电动二通阀与所述凝汽器的换热盘管入水口连通，所述溴化锂机组的出水口还与所述冷却塔的入水口连通。

5.根据权利要求4所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述溴化锂机组与所述农业设施单元的制冷机构连接，所述农业设施单元的制冷机构出水口经过制冷循环泵与所述溴化锂机组的入水口连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述高温地源热泵机组的冷凝端与所述农业设施单元的供暖机构连接，所述农业设施单元的供暖机构出水口通过供暖循环泵与所述高温地源热泵机组的冷凝端入水口连通。

7.根据权利要求6所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述第六电动三通阀还与所述跨季蓄热单元的入口连通，所述第七电动三通阀还与所述跨季蓄热单元的出水口连通，所述跨季蓄热单元是由设置在土壤中的竖直地埋管阵列构成。

8.根据权利要求1所述的一种用于农业产业园的光热发电供能系统，其特征在于：所述农业设施单元还包括温室大棚和养殖房。

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