CN216378226U - 一种用于风光沼一体化发电的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风光沼一体化发电的热管理系统，其用于对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱和沼液发酵罐进行热交互，包括：第一热媒管路，其经第一阀门连接光伏降温管；第二热媒管路，其经第二阀门连接轴封冷却箱；第一冷媒管路，其经第三阀门连接沼液发酵罐的沼液加热器；第一温度传感器，其用于检测光伏降温管内的温度；第二温度传感器，其用于检测轴封冷却箱内的温度；第三温度传感器，其用于检测沼液加热器内的温度；以及温度控制器，其根据第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测结果来控制第一阀门、第二阀门以及第三阀门的开关状态。本实用新型可以实现各种发电装置的热交互。

Description

一种用于风光沼一体化发电的热管理系统

技术领域

本实用新型一般地涉及新能源发电领域。更具体地，本实用新型涉及一种用于风光沼一体化发电的热管理系统。

背景技术

目前，在用电设备较多、耗电率较高的室外场所(例如养殖场)通常设置有发电装置，尤其是新能源发电装置，例如沼气发电装置、光伏发电装置和风力发电装置等。一方面通过新能源发电可以降低用电成本，另一方面可以用于应对突发停电的状况。但是目前同一场所内的多种发电装置通常独立运行，而没有将各个发电装置统一管理的智能化系统。从而导致各个发电装置之间无法实现优势互补和能量互助，进而造成能量的浪费。

另外，各个发电装置发电的功率不同，如果用其中一个发电装置单独为用电设备供电时，将导致当该发电装置发电功率过低而时，则无法为用电设备供电。而当该发电装置发电功率过高时，又将导致发电较为集中，容易给电网产生压力设置造成损害。

实用新型内容

为了至少解决上述问题，本实用新型提出了一种用于风光沼一体化发电的热管理系统，通过对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱和沼气发酵装置的沼液发酵罐进行热交互，使各个发电装置之间实现热量互补，从而节约了能源。

在一个方面中，本实用新型提供一种用于风光沼一体化发电的热管理系统，其用于对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱和沼气发酵装置的沼液发酵罐进行热交互，包括：第一热媒管路，其经第一阀门连接所述光伏降温管；第二热媒管路，其经第二阀门连接所述轴封冷却箱；第一冷媒管路，其经第三阀门连接所述沼液发酵罐的沼液加热器；第一温度传感器，其用于检测所述光伏降温管内的温度；第二温度传感器，其用于检测所述轴封冷却箱内的温度；第三温度传感器，其用于检测所述沼液加热器内的温度；以及温度控制器，其与所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器连接，以根据所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测结果来控制所述第一阀门、第二阀门以及第三阀门的开关状态。

在一个实施例中，还包括第三热媒管路，其连接沼气发电装置的冷却液箱体。

在一个实施例中，还包括第四热媒管路，其经第四阀门连接锅炉。

在一个实施例中，所述第一热媒管路、第二热媒管路、第三热媒管路、第四热媒管路和第一冷媒管路设于换热箱内。

在一个实施例中，所述沼液发酵罐的沼液输出端连接沼液储存池，所述沼液存储池用于储存发酵后的沼液。

在一个实施例中，所述沼液储存池上方设置有顶棚，所述光伏发电组件设置在所述顶棚上方。

在一个实施例中，所述风力发电装置沿所述沼液储存池的周向设置。

在一个实施例中，所述沼液发酵装置的沼气输出端连接沼气发电装置的沼气输入端。

在一个实施例中，还包括电力管理控制器和蓄电装置，所述电力管理控制器与耗电负载和蓄电装置连接，所述沼气发电装置、光伏发电装置以及风力发电装置均与电力管理控制器连接。

在一个实施例中，所述沼液储存池上方覆盖有用于封闭所述沼液储存池的封闭膜，所述封闭膜的顶部位于所述顶棚与所述光伏发电组件之间。

与现有技术中多种发电装置独立运行不同，本实用新型通过对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱和沼气发酵装置的沼液加热器进行热交互，将光伏降温管和轴封冷却箱的热量传输至沼液发酵罐，在促进沼液发酵的同时，又降低了光伏降温管和轴封冷却箱的温度。从而提高了沼气产出率，同时提高了光伏发电和风力发电的效率，进而节约了能源，并有利于环保。另外，通过温度控制器来自动控制各个发电装置之间的阀门的开关，可以更加精确和及时地对各个发电装置之间的热量传导进行调控，因而可以进一步促进使上述热交互的合理运行。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统的结构图；

图2是示出根据本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统的热交互控制流程图；以及

图3是示出根据本实用新型实施例的电力输出控制模块的框架图。

具体实施方式

现在将参考附图描述实施例。应当理解，为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。另外，本申请阐述了许多具体细节以便提供对本文所述实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免模糊本文描述的实施例。而且，该描述不应被视为限制本文描述的实施例的范围。

现有的光伏发电组件普遍采用自散热方案，高温季节(夏天)时光伏发电组件背表面温度可以达到70℃,而此时的光伏电池工作结温可以达到100℃，在光伏电池工作结温的额定参数标定均在25℃的条件下，此时该组件的开路电压与额定值相比将降低约：213×(100-25)×36＝6210mv；峰值功率损失率约：14％×(100-25)＝30％。光伏电池(例如硅太阳能电池)工作在较高温度的情况下,开路电压随温度的升高而大幅下降,同时导致充电工作点的严重偏移,易使系统充电不足而损坏；光伏电池的输出功率随温度的升高也大幅下降,致使光伏电池组件不能充分发挥最大性能，因此需要光伏降温管对光伏发光组件进行降温。

同时，风力发电装置的发电轴的轴封在发电过程中通常产生大量的热量，需要通过轴封冷却箱对其进行冷却。另外，沼气发酵是产生沼气的基础，制约沼气产出速率最大的因素是温度，目前常用的中温发酵菌种最适宜的发酵温度在35℃左右。当温度小于16℃时，基本不再产生沼气，因此通常采用沼液加热器3对沼液进行加热。综上，风力发电的轴封和光伏发光组件在发电过程中需要被冷却，而沼气发酵需要热量，因此如何对三者进行热量融合是亟待解决的技术问题。

下面将结合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。

图1是示出根据本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统100的结构图。为了便于理解本实用新型的技术方案，图中还示出了光伏降温管1、轴封冷却箱2、沼气发酵装置、锅炉4、沼气发电装置8等。

本实用新型提供一种用于风光沼一体化发电的热管理系统，其用于对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱以及沼气发酵装置的沼液加热器进行热交互。在一个应用场景中，其可以包括换热箱，用于实现上述热交互。由于光伏降温管、轴封冷却箱和沼液加热器内的液体的种类不同。因此，换热箱内可以包括多个热媒管路和冷媒管路，不同的热媒管路用于流经不同的液体。其中热媒管路用于流经高温液体，冷媒管路用于流经低温液体。热媒管路与冷媒管路交互后，高温液体将被冷却，低温液体将被加热。需要强调的是，此处高温和低温是相对的，即高温液体和低温液体二者中，温度较高的一方叫高温液体，温度较低的一方叫低温液体。接下来介绍换热箱与光伏降温管、轴封冷却箱以及沼液加热器的连接方式。

在一个实施场景中，光伏降温管可以采用模块化设计，与光伏发电组件尺寸匹配，可快速衔接安装更换，管道间通过快速接头连接。其高温冷却液出口经第一阀门和第一水泵连接换热箱的第一热媒管路的入口，第一热媒管路的出口连接光伏降温管的低温冷却液入口。其中轴封冷却箱的高温冷却液出口经第二阀门和第二水泵连接第二热媒管路的入口，第二热媒管路的出口连接轴封冷却箱的低温冷却液入口。沼液发酵装置(例如沼液发酵罐)的沼液加热器的低温液体出口连接第一冷媒管路的入口。沼液加热器的高温液体的入口与第一冷媒管路的出口连接。在一个实施场景中，沼液加热器可以是盘管加热器，盘管采用传统软管道，类似于小型地暖系统。使得其与沼液之间的热交换部位接触面积更大，因而更利于充分利用盘管加热器的热量。沼气发酵装置产出的沼气可以发电，还可以用于通过锅炉加热液体。因此在一个实施例中，沼液发酵装置的沼气输出端可以连接沼气发电装置的沼气输入端，还可以连接以沼气为燃料的锅炉的沼气输入端。为了进一步融合锅炉与沼气发电装置的热量，在一个应用场景中，该换热箱内还可以包括第三热媒管路，沼气发电装置的冷却液箱体的高温液体出口与第三热媒管路的入口连接，第三热媒管路的出口与冷却液箱体的低温液体入口连接。同时，换热箱内还可以包括第四热媒管路，其经第四阀门和第四水泵连接上述锅炉。

在实际应用中，由于光伏降温管、轴封冷却箱、锅炉和沼气发电装置在上述热交换中均为应当提供热量的一方，而只有沼液加热器为吸收热量的一方。在某些情况下，例如当某个或某些提供热量的装置无法提供热量，甚至可能会从沼液加热器吸取热量时，则需要将沼液加热器与其隔离。但是换热箱内的管路设置是固定的，无法随意调换，从而无法实现上述隔离。因此，如图1所示，在另一个实施方式中，可以增加一个热交换器5来做隔离。将上述光伏降温管1、轴封冷却箱2、锅炉4分别与换热箱6内的不同的热媒管路连接，同时将沼气发电装置8的冷却液箱体81与热交换器5内的热媒管路连接，沼液加热器3经第三水泵31与热交换器5内的冷媒管路连接。并且换热箱6的冷媒管路出口经第五水泵51连接热交换器5的热媒管路。从而实现当沼液加热器3需要少量热量时，可以只与上述冷却液箱体81进行热交换。当沼液加热器3需要更多热量时，可以通过热交换器5吸收换热箱6内热媒的热量。当换热箱6内的热媒管路内的温度不够高(例如低于沼液加热器3的温度)时，则切断换热箱6与热交换器5之间的连接，避免沼液加热器3的热量被吸收。

为了实现上述光伏降温管1、轴封冷却箱2和沼液加热器3之间的合理的热交换，需要掌握其各自的温度，以便根据其各自的温度来控制热交换。在一个实施场景中，上述光伏降温管1内设置有第一温度传感器，用于检测光伏降温管1内液体的温度。同时轴封冷却箱2内设置有第二温度传感器，用于检测轴封冷却箱2内的温度。另外，沼液加热器3内设置有第三温度传感器，用于检测沼液加热器3内的温度。获得了光伏降温管1、轴封冷却箱2和沼液加热器3的温度后，为了使三者都保持在适宜的温度(例如35℃)，在一个实施场景中，一种用于风光沼一体化发电的热管理系统可以包括一个温度控制器(可以设置在换热箱6箱体外侧的控制盒内)，其与所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器连接(有线连接或无线连接)，以根据所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测结果来控制所述第一阀门12、第二阀门22、第三阀门31、第一水泵11、第二水泵21以及第三水泵31的开关状态。

以上结合图1对本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统100的结构进行了示例性描述，本领域技术人员应该理解的是，上述结构是示例性的而非限制性的，并且可以根据实际需求进行调整。图2是示出根据本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统100的热交互控制流程图。以下将结合图2对本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统100的热交互控制流程进行示例性介绍。

如图2所示，为了使光伏降温管1、轴封冷却箱2和沼液加热器3都保持在适宜的温度(例如35℃)，在一个实施例中，温度控制器将根据以下流程对上述各个阀门和水泵的开关状态进行控制。在步骤S201处，热管理系统进行自检：打开上述第一阀门12、第二阀门22、第三阀门31、第一水泵11、第二水泵21、第三水泵31、第四水泵41以及第五水泵51，持续两秒后关闭，以便于检查其是否可以正常运行。在步骤S202处，判断沼气加热器3内液体的温度是否大于40℃，如果是，则沼气加热器3无需进行热交互。因此进入步骤S203处，即关闭上述第一阀门12、第二阀门22、第三阀门31、第一水泵11、第二水泵21、第三水泵31、第四水泵41以及第五水泵51；如果否，则沼气加热器3需要进行热交互，因此进入步骤S204处，即判断沼气加热器3内液体的温度是d否小于35℃，如果是，则进入步骤S205处，即开启第五水泵51，意味着此时沼气加热器3需要吸收光伏降温管1和/或轴封冷却箱2和/或锅炉4的热量。

在步骤S206处，判断光伏降温管1的温度是否大于等于轴封冷却箱2的温度，并且光伏降温管1的温度是否大于45℃；如果是，则将光伏降温管1参与热交互，而轴封冷却箱2不用参与热交互，因此进入步骤S207处，开启第一水泵11、第一阀门12和第三阀门31，关闭第二水泵21、第二阀门22、第四水泵41和第四阀门42。如果不是，则无需将光伏降温管1参与热交互，将轴封冷却箱2参与热交互，因而进入步骤S208处，关闭第一水泵11和第一阀门12，并且接着进入步骤S209处，判断轴封冷却箱2温度是否大于等于沼气加热器3的温度，并且轴封冷却箱2温度是否大于45℃。如果是，则将轴封冷却箱2参与热交互，即进入步骤S210，开启第二水泵21，第二阀门22和第三阀门31，并关闭第四水泵41和第一水泵11。如果否，则无需轴封冷却箱2参与热交互，所以进入步骤S211，关闭第二水泵21和第二阀门22，并进入步骤S212，判断锅炉4温度是否大于等于沼气加热器3，并且锅炉4温度是否大于45℃。如果是，则通过锅炉4为沼气加热器3提供热量，因而进入步骤S213，开启第四水泵41、第四阀门42和第三阀门31，关闭第一水泵11和第二水泵21。如果否，则无需换热箱6为热交换器5提供热量，故而进入步骤S214，关闭第四水泵41、第五水泵51和第四阀门42。

在一个实施例中，上述沼液发酵罐的沼液输出端可以连接沼液储存池，沼液存储池用于储存发酵后的沼液，一般面积由几亩到几十亩大小。沼液储存池上方可以设置顶棚，顶棚上方覆盖有用于封闭所述沼液储存池的抗紫外线抗老化的封闭膜(例如黑膜)。用于减少沼气泄露风险，同时可以起到一定的保温作用，减少沼液储存池内部液体热能散失，一定程度增加沼气发酵量。光伏发电组件可以设置在封闭膜上方和沼液储存池四周其他空闲部分，增加土地利用率。同时风力发电装置沿所述沼液储存池四周堤坝上，增加沼液坝承载能力，减少土地使用面积，增加单位土地使用率。具体实施时可以在地下开挖平整的沼液坝作为沼液储存池。沼液坝底部及四周敷设黑膜储存系统。沼液坝顶部建设加装保温棉的彩钢瓦。彩钢瓦、绿化区、沼液坝周围空地上建设光伏发电系统。

以上结合图2对本实用新型实施例的一种用于风光沼一体化发电的热管理系统100的热交互控制流程进行了示例性描述，本领域技术人员应该理解的是，上述流程是示例性的而非限制性的，并且可以根据实际需求进行调整。图3是示出根据本实用新型实施例的电力输出控制模块300的框架图。以下结合图3对本实用新型实施例的电力输出控制模块300进行示例性描述。

在一个应用场景中，所述沼液发酵装置的沼气输出端连接沼气发电装置8的沼气输入端，以便于通过产出的沼气进行发电。光伏发电装置在无太阳的天气或时段无法发电，在天气晴朗的天气发电较为集中，容易给电网产生压力。风力发电装置在风力小或无风的情况下无法发电，风力大的时候或者恶劣天气，发电量反而增大，同样容易给电网产生压力。沼气发电装置8采用内燃机模式，除受沼气量制约外，相对风力、光伏发电更加稳定且可控可调，因此可以平衡光伏发电装置和风力发电装置。

为了进一步防止各个发电装置短时间剧烈变化给对外输出的电力系统造成冲击。在一个实施例中，上述一种用于风光沼一体化发电的热管理系统还包括电力管理控制器和蓄电装置，电力管理控制器与耗电负载、蓄电装置、直流负载、逆变器连接，逆变器输出端连接交流负载。沼气发电装置8、光伏发电装置以及风力发电装置均与电力管理控制器连接。电力管理控制器根据各个发电装置输出的电力的强度决定将各个发电装置输出的电力直接输送至耗电负载，还是将电力输送至蓄电装置。调节并缓冲三者输出波动问题，使得电网更加稳定。蓄电装置可以采用磷酸铁锂电池亦或者氢化学能、锂电池等，用于储存电能、作为缓冲器来缓冲电力冲击、降低电网时段压力，从而增加安全性。同时缺电时还可以释放电能。

本实用新型主要借助光、风、沼发电各自的特点，现采用三者互补的模式，将风力发电轴封冷却液(散热)、光伏发电的冷却液、沼气发电机的排气处用热交换器5连接起来，具有以下技术效果：一、降低光伏板温度，使得光伏发电效率更高。二、降低风力发电轴的磨损，增长使用寿命。三、增加沼液厌氧发酵池的温度，调节使之达到最佳发酵温度，使沼四、气产量增加且更稳定。减少系统热能损失，降低为系统提供热能的锅炉4的燃料消耗。各种发电装置之间热能互补循环利用，增加各系统间的效率。本实用新型通过风、光、沼位置结合，沼液坝内生沼气、坝上装光伏、坝边用风力发电做基础。光伏发电、风力发电、沼气发电连接蓄电装置，由蓄电装置稳定电源后通过逆变器送至电网或用户端。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本实用新型方法的操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

应当理解，当本实用新型的权利要求、说明书及附图中使用到术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等时，其仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本实用新型的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本实用新型。如在本实用新型说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

虽然本实用新型的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本实用新型而采用的实施例，并非用以限定本实用新型的范围和应用场景。任何本实用新型所述技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于风光沼一体化发电的热管理系统，其用于对光伏发电装置的光伏降温管、风力发电装置的轴封冷却箱和沼气发酵装置的沼液发酵罐进行热交互，其特征在于，包括：

第一热媒管路，其经第一阀门连接所述光伏降温管；第二热媒管路，其经第二阀门连接所述轴封冷却箱；第一冷媒管路，其经第三阀门连接所述沼液发酵罐的沼液加热器；

第一温度传感器，其用于检测所述光伏降温管内的温度；第二温度传感器，其用于检测所述轴封冷却箱内的温度；第三温度传感器，其用于检测所述沼液加热器内的温度；以及

温度控制器，其与所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器连接，以根据所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测结果来控制所述第一阀门、第二阀门以及第三阀门的开关状态。

2.根据权利要求1所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，还包括第三热媒管路，其连接沼气发电装置的冷却液箱体。

3.根据权利要求2所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，还包括第四热媒管路，其经第四阀门连接锅炉。

4.根据权利要求3所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述第一热媒管路、第二热媒管路、第三热媒管路、第四热媒管路和第一冷媒管路设于换热箱内。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述沼液发酵罐的沼液输出端连接沼液储存池，所述沼液储存池用于储存发酵后的沼液。

6.根据权利要求5所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述沼液储存池上方设置有顶棚，所述光伏发电组件设置在所述顶棚上方。

7.根据权利要求6所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述风力发电装置沿所述沼液储存池的周向设置。

8.根据权利要求7所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述沼液发酵装置的沼气输出端连接沼气发电装置的沼气输入端。

9.根据权利要求8所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，还包括电力管理控制器和蓄电装置，所述电力管理控制器与耗电负载和蓄电装置连接，所述沼气发电装置、光伏发电装置以及风力发电装置均与电力管理控制器连接。

10.根据权利要求9所述的用于风光沼一体化发电的热管理系统，其特征在于，所述沼液储存池上方覆盖有用于封闭所述沼液储存池的封闭膜，所述封闭膜的顶部位于所述顶棚与所述光伏发电组件之间。

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