一种风光气储互补的热电联产系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种风光气储互补的热电联产系统，包括风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统和综合储能子系统；风能综合利用子系统包括风力发电机组、输电线路；太阳能综合利用子系统包括光伏组件、控制器、逆变器、太阳能集热器、液态水回收器和加压泵；天然气综合利用子系统包括燃气轮机、第一发电机和余热锅炉；综合储能子系统包括蓄电池和蓄热式电锅炉；综合储能子系统还包括P2G储能装置，其所需水蒸气由蓄热式电锅炉的蓄热装置提供，所需电量由风力发电机组提供。该风光气储互补的热电联产系统，提高了能源利用率，提高了系统的稳定性和可靠性、运行的灵活性和经济性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及新能源热电联产系统
，尤其涉及一种风光气储互补的热电联产系统。
技术介绍
能源紧缺、环境污染是制约当今经济和社会发展的重要因素，减少化石能源的消耗，提高可再生能源的利用率是目前研究的重点之一。其中，以太阳能和风能为代表的可再生能源分布式发电技术已日趋完善。但太阳能具有显著的稀薄性、间歇性和不稳定性等特征，为实现太阳能发电的稳定性，需要大量的蓄热装置，能源利用率和经济效益低。风能与太阳能同作为自然界的可再生能源，同样具有波动性大、不连续的缺点，不利于大规模的风电并网，既而导致风电浪费问题加剧。为克服可再生能源的不稳定和不连续的缺点，现已提出了风电互补的发电系统，但实质上是风力发电系统和太阳能发电系统相互独立的发电系统，能源利用率低。热电联产系统遵循能源梯级利用的原则，统一解决了热电需求，是一种经济节能、环境友好的用能方式。将可再生能源用于热电联产系统中，可实现对电力负荷”削峰填谷”和可再生能源规模化利用，从而大大提高系统的稳定性和可再生能源的利用率，目前很多企业和学者已开展了对可再生能源热电联产系统的技术研究。例如：申请号为201320422303.3、公开号为CN203434177U的技术名称为“一种利用太阳能和燃料化学能的新型分布式热电联产系统”的技术专利，其公开了一种太阳能光伏电池和热光伏电池相耦合的热电联产系统，由水泵、冷却水管、热光伏电池、太阳能光伏电池、烟气换热器、热辐射器和热源构成。冷却水管依次经过热光伏电池、太阳能光伏电池、延伸至烟气换热器，与热辐射器发出的高温烟气换热，将冷却水最终加热成高温热水。该技术引入热光伏发电系统，进一步提高了太阳能的利用率，使系统的稳定性较太阳能光伏发电系统有较大提升。但该技术没有考虑太阳能的间歇性和不稳定性，没有充分利用太阳能热发电的储热功能，系统稳定性仍处于较低水平，太阳能的利用率可进一步提高。另外，如申请号为201220700247.0、公开号为CN202991373U的技术名称为“太阳能与风能互补型热、电联产系统”的技术专栏里，其公开了一种将太阳能和风能、热储能有效结合的热电联产系统，太阳能主要用于加热传热工质，产生高温高压蒸汽驱动汽轮机组发电；风能通过风电机组、电加热装置转化为热能储存于蒸汽蓄热罐中；蒸汽蓄热罐的设置用于克服太阳辐射变化对发电机组汽源造成的波动,保证机组的稳定发电,有效地利用风电用于供热,从而避免不稳定风电上网对电网造成的严重冲击,使得太阳能和风能两种可再生能源得到有效、合理的互补利用。但该技术专利中风力发电仅用于供热，风能利用率不高，系统的电力调峰能力差。另外，如申请号为201320568468.1、公开号为CN203454466U的技术名称为“一种可再生能源互补的冷热电联产系统”的技术专利，其公开了一种常温发酵沼气和太阳能预热的空气混合燃烧物共同推动微型燃气轮机发电的冷热电联产系统，由太阳能加热的沼气生产系统、沼气压缩和净化系统、微型燃气轮机发电系统和余热利用系统四部分组成。首先通过太阳能加热的沼气生产装置产生沼气，经压缩装置、净化装置产生高纯度的甲烷气体，与经过预热的空气一起进入微型燃气轮机发电，向用户提供电能，微型燃气轮机排出的高温烟气经余热利用系统用于供热和制冷。该技术专利使沼气得到综合利用，成本低、环保性好，但对太阳能的热利用仅用于加热空气，太阳能的利用率低，且系统的核心为太阳能的利用，受自然因素影响大，系统稳定性低。综上所述，目前应用可再生能源的热电联产系统多为一至两种能源的结合，没有充分利用各类能源及储能技术的互补性，能源利用效率低，系统稳定性、可靠性和灵活性低。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供了一种风光气储互补的热电联产系统，可以克服可再生能源热电联产系统因自然因素造成的不稳定、不可靠问题，进一步提高了能源利用率，提高了系统的稳定性和可靠性，并提高系统削峰填谷的能力、运行的灵活性和经济性。本技术采用的技术方案如下：一种风光气储互补的热电联产系统，包括风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统和综合储能子系统；所述风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统均与综合储能子系统连接。其中，所述综合储能子系统，包括蓄电池、蓄热式电锅炉、以及为热用户提供供热的供热管道；所述蓄热式电锅炉包括电加热装置和蓄热装置；所述蓄热式电锅炉中的电加热装置加热水工质至蒸汽状态，蒸汽经调节阀一部分注入蓄热装置，一部分注入供热管道；所述蓄热装置经调节阀将部分蒸汽注入供热管道；所述供热管道与热用户相连，蒸汽经供热管道提供给热用户满足其热需求。其中，所述风能综合利用子系统，包括风力发电机组、输电线路；所述风力发电机组通过输电线路分别与蓄热式电锅炉的电加热装置、以及蓄电池的电极相连。其中，所述有机朗肯循环子系统，包括蒸发器、汽轮机、第二发电机、回热器、冷凝器、工质泵、蒸汽流量分配器Ⅱ；所述蒸汽流量分配器Ⅱ与蓄热式电锅炉的蓄热装置和供暖管道相连；所述蒸发器中有机工质吸热变为蒸汽状态，蒸汽进入汽轮机膨胀做功带动第二发电机发电，做功后的蒸汽经回热器释放部分热量后到冷凝器中冷凝至流体状态，释放的热量加热冷却水至蒸汽，经蒸汽流量分配器Ⅱ注入蓄热式电锅炉的蓄热装置和供热管道，流体状态的有机工质经工质泵注入回热器加热后注入蒸发器，完成循环。其中，所述天然气综合利用子系统，包括燃气轮机、第一发电机、余热锅炉、蒸汽管道及蒸汽流量分配器Ⅰ；所述燃气轮机中天然气和空气的混合气体燃烧膨胀做功带动第一发电机发电，所述燃气轮机产生的高温烟气注入余热锅炉加热水工质至蒸汽，蒸汽注入蒸汽管道；所述蒸汽管道有三个出口，由蒸汽流量分配器Ⅰ控制各出口的蒸汽流量；所述蒸汽管道的三个出口分别与有机朗肯循环子系统的蒸发器，以及综合储能子系统中的供热管道、蓄热式电锅炉的蓄热装置相连。其中，所述太阳能综合利用子系统，包括光伏组件、控制器、逆变器、太阳能集热器、液态水回收器和加压泵；所述光伏组件通过控制器分别与逆变器、以及蓄电池的电极相连，在需要向电负荷供电时，所述控制器接通逆变器，在需要向蓄电池充电时，所述控制器接通蓄电池的电极；所述太阳能集热器中未蒸发的水经液态水回收器回收，再经加压泵又注入太阳能集热器；所述太阳能集热器产生的蒸汽经液态水回收器后注入蒸汽管道。其中，所述综合储能子系统还包括P2G储能装置，所述P2G储能装置包括温度控制器、氢气发生器、氢气分离装置、甲烷发生器、废水回收装置、液化装置、液化储存罐和调节阀Ⅱ；所述氢气发生器包括电极；所述温度控制器控制进入氢气发生器的蒸汽的温度；所述氢气发生器产生的氢气与氧气混合气体经氢气分离装置分离后，氢气注入甲烷发生器发生化学反应产生甲烷和水，所述废水回收装置回收产生的水，甲烷经液化装置液化注入液化储存罐储存，所述液化储存罐中甲烷通过调节阀Ⅱ输出；所述P2G储能装置中的液化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：包括风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统和综合储能子系统；所述风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统均与综合储能子系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：包括风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统和综合储能子系统；
所述风能综合利用子系统、太阳能综合利用子系统、天然气综合利用子系统、有机朗肯循环子系统均与综合储能子系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：所述综合储能子系统，包括蓄电池(35)、蓄热式电锅炉(24)、以及为热用户(36)提供供热的供热管道(37)；
所述蓄热式电锅炉(24)包括电加热装置(4)和蓄热装置(25)；所述蓄热式电锅炉(24)中的电加热装置(4)加热水工质至蒸汽状态，蒸汽经调节阀一部分注入蓄热装置(25)，一部分注入供热管道(37)；所述蓄热装置(25)经调节阀将部分蒸汽注入供热管道(37)；所述供热管道(37)与热用户(36)相连，蒸汽经供热管道(37)提供给热用户(36)满足其热需求。
3.根据权利要求2所述的一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：所述风能综合利用子系统，包括风力发电机组(1)、输电线路(2)；
所述风力发电机组(1)通过输电线路(2)分别与蓄热式电锅炉(24)的电加热装置(4)、以及蓄电池(35)的电极相连。
4.根据权利要求3所述的一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：所述有机朗肯循环子系统，包括蒸发器(17)、汽轮机(18)、第二发电机(19)、回热器(20)、冷凝器(21)、工质泵(22)、蒸汽流量分配器Ⅱ(23)；
所述蒸汽流量分配器Ⅱ(23)与蓄热式电锅炉(24)的蓄热装置(25)和供暖管道(37)相连；所述蒸发器(17)中有机工质吸热变为蒸汽状态，蒸汽进入汽轮机(18)膨胀做功带动第二发电机(19)发电，做功后的蒸汽经回热器(20)释放部分热量后到冷凝器(21)中冷凝至流体状态，释放的热量加热冷却水至蒸汽，经蒸汽流量分配器Ⅱ(23)注入蓄热式电锅炉(24)的蓄热装置(25)和供热管道(37)，流体状态的有机工质经工质泵(22)注入回热器(20)加热后注入蒸发器(17)，完成循环。
5.根据权利要求4所述的一种风光气储互补的热电联产系统，其特征在于：所述天然气综合利用子系统，包括燃气轮机(11)、第一发电机(12)、余热锅炉(13)、蒸汽管道(14)及蒸汽流量分配器Ⅰ(15)；
所述燃气轮机(11)中天然气和空气的混合气体燃烧膨胀做功带动第一发电机(12)发电，所述燃气轮机(11)产生的高温烟气注入余热锅炉(13)加热水工质至蒸汽，蒸汽注入蒸汽管道(14)；所述蒸汽管道(14)有三个出口，由蒸汽流量分配器Ⅰ(15)控制各出口的蒸汽流量；
所述蒸汽管道(14)的三个出口分别与有机朗肯循环子系统的蒸发器(17)，以及综合储能子系统中的供热管道(37)、蓄热式电锅炉(24)的蓄热装置(25)相连。
6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐业琰，彭思成，杨铮，廖清芬，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42