专利名称：一种基于风能的热电联供系统及方法
技术领域：
本发明涉及风能及分布式能源的技术领域，尤其涉及一种通过合理的工艺设计，从而利用风能对特定地区的局部区域或楼宇，特别是风能资源丰富的地区，如海岛、山区等，实现热、电联供的工艺系统和方法。
背景技术：
风能是一种利用历史悠久，同时也是当代发展最为迅速的绿色可再生能源，其中，风力发电是最主要的利用形式。目前，我国的风电装机规模已经跃居世界第一。但是，随着我国风电装机规模的不断扩大，其缺点也日益明显。由于风能资源的间歇性和不可预测性，其电力输出的品质(电压、频率、相位等)很低，其最大供电功率的出现时间也由于天气变化，具有突然性，对当地电网的冲击很大，在我国风电装机规模最大的“三北”地区，出于保护电网稳定性的考虑，上网限电现象非常普遍，个别严重的省份，风电机组的年有效运行时间甚至低于lOOOh，造成了严重的设备闲置、资源浪费，并导致风力发电企业亏损严重。如何提高风力发电电力输出的品质、有效地解决风电的电网匹配性问题，以及显著提高风电机组的年有效运行时间和提高机组运行经济性是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有风力发电上述的技术问题，提出一种风力发电的电力输出品质高、可最大限度减小对电网的冲击以及显著提高风电机组的有效运行时间的基于风能的热电联供系统及方法。本发明提出的基于风能的热电联供系统，其包括:用于接收风能的风力发电装置，与所述风力发电装置连接的电流控制及分配装置、与该电流控制及分配装置连接的供电电缆以及电加热装置连接，该电加热装置还与一气体循环装置以及换热装置连接，该换热装置又与一软水制备装置连接，换热装置还与供热管道连接。较优的，所述的电流控制及分配装置可以与一蓄电装置连接。较优的，所述的换热装置与一储热装置连接，储热装置再与所述的供热管道连接。较优的，所述的风力发电装置可以为水平轴或垂直轴风力发电装置。本发明提出的基于风能的热电联供方法，其步骤如下:
风力发电装置接收风能发电；
通过电流控制及分配装置对风能产生的不同电压、电流或相位的不同品质的电流，进行品质判断及电流分配；
将符合当地电网要求的电流,直接通过供电电缆外供入当地电网；
将不符合当地电网要求的电流输给电加热装置并产生热量，再将热量传递给传热中间气体介质；
然后通过换热装置将传热中间气体介质的热量传递给介质水，介质水被加热至满足要求的热水后，通过供热管道将热水供应给外部用户。
所述的符合当地电网要求的电流，通过逆变以后，还可以适当储存。所述的介质水被加热至满足要求的热水后，可以先送入一储热装置，然后再供应给外部用户。超出当地电力消纳能力的符合当地电网要求的高品质电流，也可以输给电加热装置产生热量，最终加热介质水并供应给外部用户。所述的介质水为软水。本发明基于风力发电，通过配置电流控制及分配装置、电加热装置以及换热装置等，将将不符合当地电网要求的风能产生的电流，进行能量的转换，将电能转换为热能提供给用户。本发明对绿色、可再生资源一风能的最大限度的高效利用，实现了高品质电力和热能的联合供应。同时，也最大限度地减小了对当地电网的冲击，可靠地应用于独立或微型电网。本发明有效地解决了风电的电网匹配性问题，显著提高了风电机组的年有效运行时间和极大地提高了机组运行的经济性。与现有技术相比，本发明有益效果:
1、由于对风力发电机的电力输出进行分类，对于电压、频率、相位等与当地独立或微型电网匹配的高品质电流，可以直接向外输出，安全高效；
2、对于电网匹配性不满足要求的低品质电流，或者超出当地电网消纳能力的高品质电流，输入专门的电加热装置产生高温热源，然后通过热交换装置，将满足热用户要求的热量向外供应；
3、通过设置合理规模的蓄电系统容量，可以实现电力的不间断供应；
4、通过设置合理规模的储热系统容量，既可以实现热量的不间断供应，又可以通过存储一定量的富余的热量，提高风能资源的利用率。
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，其中:
图1是本发明的热电联供系统的示意框 图2是本发明的热电联供方法的工艺流程示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例提供的基于风能的热电联供系统，其包括:用于接收风能的风力发电装置1、与风力发电装置I连接的电流控制及分配装置2、与该电流控制及分配装置2连接的供电电缆4以及电加热装置5连接。该电加热装置5还与一气体循环装置6以及换热装置8连接，该换热装置8又与一软水制备装置7以及储热装置9连接，储热装置9与供热管道10连接。通过设置合理规模的储热装置9，既可以实现热量的不间断供应，又可以通过存储一定量的富余的热量，提高风能资源的利用率。为了实现电力的不间断供应，电流控制及分配装置2还可以连接一蓄电装置3。风力发电装置I为可以采用水平轴或垂直轴的风力发电装置。如图1所示，电流控制及分配装置2用于进行电流品质判断及电流分配的装置。蓄电装置3可以是铅酸蓄电池装置或锂电池装置。电力输出电缆4是将符合电网要求的高品质电源输送并网的电力电缆。电加热装置5可以将不同电压、电流或相位的电流进行利用，产生热量，同时将该热量转换给传热中间气体介质(脱水压缩空气)。气体循环装置6用于产生传热中间气体介质(脱水压缩空气)并使其循环的装置。软水制备装置7是制备并储存传热最终介质一软水的装置。换热装置8是将传热中间气体介质所含的热量传递给传热最终介质一软水的换热装置。储热装置9用于储备换热装置8换热产生的热水的装置。供热管道10是将供热热水外供的热力管道。请结合图2，本发明提出的基于风能的热电联供方法，其步骤如下:
步骤1:通过风力发电装置I接收风能发电。步骤2:通过电流控制及分配装置2对风能产生的不同电压、电流或相位的不同品质的电流，进行品质判断及电流分配；
步骤3:将符合当地电网要求的高品质电流，直接通过供电电缆4外供入当地电网。为了实现电力的不间断供应，根据当地电力用户的用电制度需要，电流控制及分配装置2还可以将高品质电流经过逆变以后，通过蓄电装置3适量储备。超出当地电力消纳能力的符合当地电网要求的一部分高品质电流，也可以供给电加热装置5产生热量，最终加热介质水并供应给外部用户。步骤4:将不符合当地电网要求的低品质电流，输给电加热装置5产生热量，再将热量传递给传热中间气体介质。该传热中间气体介质是由气体循环装置6产生的并经过净化的加压的脱水压缩空气。步骤5:再通过换热装置8将传热中间气体介质的热量传递给介质水，该介质水为由软水制备装置7产生并加压的传热最终介质一软水。软水被加热至满足要求的热水后，通过供热管道10将热水供应给外部用户。本实施例中，软水被加热至满足要求的热水后，先送入一储热装置9，然后再供应给外部用户。通过设置合理规模的储热装置9，既可以实现热量的不间断供应，又可以通过存储一定量的富余的热量，提高风能资源的利用率。本发明对绿色、可再生资源一风能的最大限度的高效利用，实现了高品质电力和热能的联合供应。同时，也最大限度地减小了对当地电网的冲击，可靠地应用于独立或微型电网。本发明有效地解决了风电的电网匹配性问题，显著提高了风电机组的年有效运行时间和极大地提高了机组运行的经济性。当今，分布式能源作为一种清洁能源，由于其环保、高效，最近受到国家大力提倡，并出台了专门的政策来促进分布式能源的发展。目前，国内的分布式能源主要以天然气为能量来源，但是在风能资源丰富的地区，如海岛、山区等，应用本发明，将可以取代天然气的消耗，利用风能来实现热、电的联合供应，既节约了资源，又具有很好的技术经济性。以上接合较佳实施方式对本发明进行了具体描述，但是本技术领域内的技术人员可以对这些实施方式做出多种变更或变化，这些变更和变化应落入本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种基于风能的热电联供系统，包括用于接收风能的风力发电装置(1)，其特征在于，还包括与所述风力发电装置(I)连接的电流控制及分配装置(2)、与该电流控制及分配装置(2 )连接的供电电缆(4)以及电加热装置(5 )连接，该电加热装置(5 )还与一气体循环装置(6)以及换热装置(8)连接，该换热装置(8)又与一软水制备装置(7)连接，换热装置(8)还与供热管道(10)连接。
2.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述的电流控制及分配装置(2)与一蓄电装置(3)连接。
3.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述的换热装置(8)与一储热装置(9)连接，储热装置(9)再与所述的供热管道(10)连接。
4.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述的风力发电装置(I)为水平轴或垂直轴风力发电装置。
5.一种如权利要求1所述的基于风能的热电联供方法，其包括如下步骤: 风力发电装置接收风能发电； 通过电流控制及分配装置对风能产生的不同电压、电流或相位的不同品质的电流，进行品质判断及电流分配； 将符合当地电网要求的电流,直接通过供电电缆外供入当地电网； 将不符合当地电网要求的电流输给电加热装置产生热量，再将热量传递给传热中间气体介质； 然后通过换热装置将传热中间气体介质的热量传递给介质水，介质水被加热至满足要求的热水后，再通过供热管道将热水供应给外部用户。
6.如权利要求5所述的热电联供方法，其特征在于，所述的符合当地电网要求的电流，通过逆变以后储存。
7.如权利要求5所述的热电联供方法，其特征在于，所述的介质水被加热至满足要求的热水后，送入一储热装置，然后再供应给外部用户。
8.如权利要求5所述的热电联供方法，其特征在于，所述的符合当地电网要求的电流，超出当地电力消纳能力的部分电流，供给所述的电加热装置产生热量，最终加热介质水并供应给外部用户。
9.如权利要求5所述的热电联供方法，其特征在于，所述的介质水为软水。
全文摘要
本发明公开了一种基于风能的热电联供系统，其包括用于接收风能的风力发电装置，与所述风力发电装置连接的电流控制及分配装置、与该电流控制及分配装置连接的供电电缆以及电加热装置连接，该电加热装置还与一气体循环装置以及换热装置连接，该换热装置又与一软水制备装置以及储热装置连接，储热装置与供热管道连接。本发明还公开了一种基于风能的热电联供方法。本发明基于风力发电，将不符合当地电网要求的风能产生的电流或多余的电流，进行能量的转换，即将电能转换为热能提供给用户。本发明有效地解决了风电的电网匹配性问题，显著提高了风电机组的年有效运行时间和极大地提高了机组运行的经济性。
文档编号H02J7/34GK103199605SQ201310110700
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者俞百贤, 杨轶群 申请人:深圳佳鸿新能源设计工程有限公司