CN211739255U - 一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置。包括风力发电机、光伏发电机、箱体。风力发电机和光伏发电机在箱体的外面，在箱体内，上端设有保温水箱，保温水箱内设有电热丝和温度传感器，中间部分为散热片和温差发电片，下端为冷水箱和水泵，各部分间通过带有阀门的水管相连，自上而下形成流道。借助水的巨大比热容，在白天用电低谷时期，装置用多余的风电和光电加热隔热箱内的水体，从而将不稳定难储存的电能转化为稳定易储存的内能。在夜间的低温时期，保温箱内的热水放至散热片内。通过热对流，将热水的内能转化为箱体内空气的热能，从而提高室温。

Description

一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置

技术领域

本实用新型涉及节能减排技术领域，具体涉及一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置。

背景技术

西北地区是我国重要的地理单元，面积广大，国境线漫长，少数民族众多，生态环境脆弱。西北地区昼夜温差大，一些地方气候条件十分恶劣，西北地区的供暖供电问题一直困扰着人们。

目前市场上有许多的供暖设备，但其实用性仍有所欠缺：空调、电热暖等一些电暖设备很耗电，成本高，不环保；生火供暖破坏生态，危险性极高，易酿成火灾；暖气只分布在人口密集的大城市，在地广人稀的西北地区覆盖面不广。

西北地区的用电主要是靠电线输送，但部分西北地区气候恶劣，常有灾害发生，经常出现断电情况，但是传统应急供电的方式存在许多缺陷：蓄电池技术，蓄电池容量小，废弃电池处理时稍有不慎，将会对环境造成巨大污染；太阳能和风能发电，西北地区太阳能和风能虽然充足，但这两种能源极不稳定且时差性强，不利于有效利用；抽水蓄能技术，西北地区干旱少雨，抽水蓄能很难实现。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，用以解决西北地区供暖供电难的问题。

(二)技术方案

本实用新型的技术方案：一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，包括提出了基于水的内能进行储水蓄热，削峰填谷储存电能的技术，是对传统水利蓄能技术的补充和完善；提出利用塞贝克效应和水的内能进行应急供电的技术，这是对传统应急供电技术的补充和完善；实现了水资源的重复循环利用，运行过程中不会产生污染物，而且能够极大的减少碳排放，是一种环境更友好型、生态友好型的蓄能装置。

一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，所述装置包括：保温水箱、电热丝、散热片、温差发电片、滑轨、家用电器、光伏发电机、风力发电机、冷水箱、驱动电机、压力传感器、温度传感器、水管、稳压器、控制器；箱体内分别安置有保温水箱、散热片、家用电器、冷水箱、驱动电机，箱体外分别安装有光伏发电机及风力发电机，光伏发电机及风力发电机均与驱动电机电连接，保温水箱与冷水箱和散热片通过水管相连通，各部分间通过带有阀门(电磁阀)的水管相连，自上而下形成流道，保温水箱内部固定安装有电热丝，且保温水箱内侧中部均设置有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器均与控制器信号输入端电连接，温差发电片通过滑轨贴于散热片下表面，温差发电片与驱动电机电连接，家用电器与控制器通过继电器电连接，光伏发电机及风力发电机均与变压器、稳压器、逆变器电连接。

进一步地，箱体内上端设有保温水箱，中间部分为散热片和温差发电片，下端为冷水箱和水泵，保温水箱与散热片、冷水箱及水管构成水流道，通过驱动电机驱动水泵将冷水箱内的水抽回保温水箱。

进一步地，保温水箱与冷水箱及水泵通过水管构成保温水箱进水端，方便将冷水箱内水抽回至保温水箱，且水管阀门开闭控制通过控制器控制，保温水箱与散热片、冷水箱及水管构成保温水箱出水端，方便将散热片内冷水排出至冷水箱，且水管阀门开闭控制通过控制器控制。

在白天，阳光和风能充足，风力发电机和光伏发电机发的电供给家庭用电器使用，此外，多余的电能将通过电热丝来加热保温水箱内的水体，直至水沸腾，温度传感器采集温度高于控制器设定阈值时，此时温度传感器将信号传输至控制器，控制器从而切断电源，停止电热丝加热，过程中压力传感器一直监视保温水箱内的气压，当气压超过容许限制时，压力传感器将信号传输至控制器，使保温水箱放气减压。在夜晚，温度急剧下降，此时保温水箱内的热水在温度传感器的监控下，将热水缓慢流入散热片内，通过热对流，起到提高室温的效果。在需要应急供电的情况下，温差发电片通过滑轨贴到散热片下面，此时，热电片将会把水的内能转化为电能，供给用电器使用。当散热片内的热水不能继续供暖或供电时，温度传感器采集到保温水箱内温度低于控制器设定阈值时，控制器控制保温水箱出水端的水管阀门断开，散热片内的水流入冷水箱。第二天白天，风电和光电充足时，驱动电机驱动水泵将冷水箱内的水通过保温水箱进水端抽回至保温水箱，然后重复以上循环。

本实用新型的有益效果是：不需要外加电源，能量完全来自于太阳能和风能；在一个普通家庭里，它可以实现应急供电6.3小时、持续供暖21.8小时；相对于市面上的一套同样供暖设备，可以节约成本5301元；每天可以减少4.86×10⁷J弃风弃光，相当于14度电；每年节约547千克标准煤，相当于1.5吨碳排放；实现了水资源循环利用，运行过程中不会产生任何污染物；结构简单，耐用，能够在极端条件下进行应急供电。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的电路原理图。

附图标记：保温水箱1、电热丝2、散热片3、温差发电片4、滑轨5、家用电器6、光伏发电机7、风力发电机8、冷水箱9、驱动电机10、压力传感器11、温度传感器12、水管13、稳压器14、控制器15。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1、一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，所述装置包括保温水箱1、电热丝2、散热片3、温差发电片4、滑轨5、家用电器6、光伏发电机7、风力发电机8、冷水箱9、驱动电机10、压力传感器11、温度传感器12、水管13、稳压器14、控制器15；箱体内分别安置有保温水箱1、散热片3、家用电器6、冷水箱9、驱动电机10，箱体外分别安装有光伏发电机7及风力发电机8，光伏发电机7及风力发电机8均与驱动电机10电连接，保温水箱1与冷水箱9和散热片3通过水管13相连通，保温水箱1内部固定安装有电热丝2，且保温水箱1内侧中部均设置有压力传感器11和温度传感器12，压力传感器11和温度传感器12均与控制器15信号输入端电连接，温差发电片4通过滑轨5贴于散热片3下表面，温差发电片4与驱动电机10电连接，家用电器6与控制器15通过继电器电连接，光伏发电机7及风力发电机8均与变压器、稳压器14、逆变器电连接。

具体地，电热丝2控制端通过三极管T1(9012)与控制器15输入端电连接，

具体地，控制器15可以采用STC单片机或其他单片机控制。

下面通过一系列计算来证明本装置可以达到的有益效果。

【蓄能计算】：西北地区地广人稀，可假设每家每户配备10㎡光伏发电机7和一台家用风力发电机8，该规格的光伏发电板和家用风机功率大约均为1KW。由于西北地区光照充足，可按每日8h满负荷发电计算，则光伏发电机日发电量为：

W_光＝1×10³W×8×3600s＝2.88×10⁷J (1)

西北地区风能资源丰富，白天可用风时按8h计算，则日风力发电量为：

W_风＝1×10³W×8×3600s＝2.88×10⁷J (2)

对于游牧居民而言，白天主要进行放牧作业，家用电器使用较少。设白天用电量为1度电，则剩余电能为：

W_剩＝W_光+W_风-W_用＝2.88×10⁷J+2.88×10⁷J-0.36×10⁷J＝5.4×10⁷J (3)

目前市面上电阻丝2的电-热转化效率均在90％以上，因此可以储存在水中的热能为：

Q_水＝0.9×W_剩＝0.9×5.4×10⁷J＝4.86×10⁷J (4)

Q_水＝4.86×10⁷J (4)

根据热力学性质可以计算，如果将水由20℃加热至100℃，这些热量可以加热的水体质量为：

由于水的密度约为1kg/L，因此只需144L水即可。

【放能计算】：利用目前市面上的温差发电片4可以将10％的内能转化为电能；将另外90％的内能以热能形式散发到空气中，从而起到提高室温的效果。

因此，本装置可以提供的热能为：

Q_热＝0.9×Q_水＝0.90×4.86×10⁷J＝4.37×10⁷J (6)

这相当于12.15度电。

设房间内的空气总体积为100m3，夜间供暖的目标是将室温由-10℃提升至20℃，则需要的热能为：

Q_需＝V_气×ρ_气×ε_气×[20℃-(-10℃)]

＝100m³×1.3kg/m³×1.1×10³J/(kg×℃)×30℃

＝0.43×10⁷J (7)

剩余用于保持温度的热能为：

Q_剩＝Q_热-Q_需＝4.37×10⁷J-0.43×10⁷J＝3.94×10⁷J (8)

每平方米普通木板墙在内温20℃，外温-10℃的情况下，导热速率为5W。设房间的总表面为100m2，则这些剩余热能可以保持箱体内20℃不变的时长为：

由此可见，本装置提供的保温效果足以满足西北干旱地区的夜间供暖需求。

本装置可以提供的应急备用电能为：

W_电＝0.10×Q_水＝0.10×4.86×10⁷J＝4.86×10⁶J， (10)

这相当于1.35度电。由于安装了本蓄能装置之后，家中无需额外安装空调、热水器、烧水壶。普通居民家中剩余的家用电器6主要有：电脑(200W)、电灯(15W)。

即使在完全无风的情况下，本装置可以保证上述电器同时正常工作的时间为：

由此可见，本装置提供的电能足以满足西北干旱地区的应急供电需求。

综上所述，本装置的蓄能效果，是足以满足西北干旱地区居民的夜间供热和应急供电需求的。

【经济效益】：西北干旱地区部分居民家中通过安装蓄电池和空调实现电能的储存和夜间供热，相关蓄能供热装置主要包括风力发电机、光伏发电板、稳压器、蓄电池和空调。各一套，按市面价格计算，它们的单价分别为1200元、2000元、458元、3000元、4000元，总价为12458元。而此装置主要包括光伏发电板、保温水箱、风力发电机、稳压器、热电控制器、小型水泵、不锈钢储水箱、散热片、温度控制器、电阻丝、温差发电机，它们的单价分别为2000元、1500元、1200元、458元、35元、88元、700元、126元、30元、20元、1000元，总价7157元。实现同样的蓄电、蓄热功能，使用本储水蓄能装置的每户居民可以净节约5301元成本。

【生态效益上】：本装置全年可累计储存与释放的热量1.6×1010J,要达到相同的保温效果，按照煤的燃烧值29230kj/kg计算，需要547kg标准煤，约相当于1.5t碳排放。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，其特征在于，所述装置包括：保温水箱(1)、电热丝(2)、散热片(3)、温差发电片(4)、滑轨(5)、家用电器(6)、光伏发电机(7)、风力发电机(8)、冷水箱(9)、驱动电机(10)、压力传感器(11)、温度传感器(12)、水管(13)、稳压器(14)、控制器(15)；箱体内分别设有保温水箱(1)、散热片(3)、家用电器(6)、冷水箱(9)、驱动电机(10)，箱体外分别安装有光伏发电机(7)及风力发电机(8)，光伏发电机(7)及风力发电机(8)均与驱动电机(10)电连接，保温水箱(1)与冷水箱(9)和散热片(3)通过水管(13)相连通，保温水箱(1)内部固定安装有电热丝(2)，且保温水箱(1)内侧中部均设置有压力传感器(11)和温度传感器(12)，压力传感器(11)和温度传感器(12)均与控制器(15)信号输入端电连接，温差发电片(4)通过滑轨(5)贴于散热片(3)下表面，温差发电片(4)与驱动电机(10)电连接，家用电器(6)与控制器(15)通过继电器电连接，光伏发电机(7)及风力发电机(8)均与变压器、稳压器(14)、逆变器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，其特征在于：箱体内上端设有保温水箱(1)，中间部分为散热片(3)和温差发电片(4)，下端为冷水箱(9)和水泵，保温水箱(1)与散热片(3)、冷水箱(9)及水管(13)构成水流道，通过驱动电机(10)驱动水泵将冷水箱(9)内的水抽回保温水箱(1)。

3.根据权利要求1所述的一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，其特征在于：保温水箱(1)与冷水箱(9)及水泵通过水管(13)构成保温水箱(1)进水端，且水管(13)阀门开闭控制通过控制器(15)输出端控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，其特征在于：保温水箱(1)与散热片(3)、冷水箱(9)及水管(13)构成保温水箱(1)出水端，且水管(13)阀门开闭控制通过控制器(15)控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于干旱地区的新型供暖供电蓄能装置，其特征在于：水管(13)中部设置有阀门。

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