一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统及方法与流程

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统及方法。

背景技术

城市综合体及大型公共建筑群等场合存在多种能源形式的需求，如电能、生活热水及制冷需求等。现有的供能模式基本为通过市政用电为电加热器或者空调制冷设备等用电设备供电，直接将电能转变为其他能源形式以满足城市综合体及大型公用建筑群等综合用能需求。

但是这种以市政用电为单一的能源输入的供能模式存在较多缺陷，包括：市电需通过网架远距离传输，在传输过程中存在较大的线路损耗；电能多为燃煤发电或者天然气机组发电，用电成本高；当市电供电故障时，用能系统面临瘫痪的危机；只能提供电能，供能种类单一。

对此，有部分地区提出了地热、小型燃气轮机及市电结合供能的联合能源系统，但是这种方案受到地热资源地域分布的局限性，并且小型燃气轮机等需要消耗大量的天然气，在天然气缺乏的地区较难推广。

因此，导致了当前的城市综合体的供能系统过于依赖市政用电，线损大，用电成本高，可靠性低，供能种类单一，即使以地热和燃气轮机机组作为补充也存在地域限制的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统及方法，解决了当前的城市综合体的供能系统过于依赖市政用电，线损大，用电成本高，可靠性低，供能种类单一，即使以地热和燃气轮机机组作为补充也存在地域限制的技术问题。

本发明提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统，包括：分布式新能源发电装置、输电线、网架用电开关、电储能装置、压缩空气储能装置和负荷需求侧；

输电线的市电接入端口设置有网架用电开关；

各个分布式新能源发电装置的电能输出端与输电线连接；

电储能装置的电输入端和电输出端分别与输电线连接，压缩空气储能装置的电输入端和电输出端分别与输电线连接；

负荷需求侧的电输入端与输电线连接。

优选地，分布式新能源发电装置包括：分散式风力发电装置和/或分布式光伏发电装置。

优选地，压缩空气储能装置包括：电动机、空气压缩机、空气储罐、第一空气膨胀机和发电机；

电动机的电输入端与输电线连接，电动机的动力输出端与空气压缩机的动力输入端连接；

空气压缩机的气体输出端与空气储罐的气体输入端连接，空气储罐的气体输出端与第一空气膨胀机的气体输入端连接；

第一空气膨胀机的动力输出轴的一端与发电机的动力输入轴的一端连接，发电机的电输出端与输电线连接。

优选地，压缩空气储能装置还包括：第一热交换器、第二热交换器、压缩热存储罐和生活热水中间储罐；

空气压缩机的气体输出端和空气储罐的气体输入端之间设置有第一热交换器，空气储罐的气体输出端和第一空气膨胀机的第一气体输入端之间设置有第二热交换器；

第一热交换器的热交换端与压缩热存储罐的第一热交换端连接，第二热交换器的热交换端与压缩热存储罐的第二热交换端连接；

压缩热存储罐的热输出端与生活热水中间储罐的热输入端连接；

生活热水中间储罐的热水输出端与负荷需求侧的热水输入端连接。

优选地，压缩空气储能装置还包括：第二空气膨胀机；

第一空气膨胀机的气体输出端与第二空气膨胀机的气体输入端连接，第一空气膨胀机的动力输出轴的另一端与第二空气膨胀机的动力输出轴的一端连接；

第二空气膨胀机的气体输出端与负荷需求侧的第一冷链输入端连接。

优选地，压缩空气储能装置还包括：供热开关；

第一空气膨胀机的气体输出端与负荷需求侧的热链输入端连接，第一空气膨胀机的气体输出端与负荷需求侧的热链输入端之间设置有供热开关。

优选地，还包括：冰蓄冷装置；

冰蓄冷装置的电输入端与输电线连接，冰蓄冷装置的制冷输出端与负荷需求侧的第二冷链输入端连接。

优选地，还包括：用电负荷监测器；

用电负荷监测器的信号输入端与负荷需求侧的负荷监测端连接，用电负荷监测器的信号输出端与网架用电开关的控制端连接。

本发明提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能方法，用于上述任意一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统，包括：

s1：判断负荷需求侧的用电需求量是否大于分布式新能源发电装置的输出电能之和，若是，则执行步骤s2，若否，则执行步骤s3；

s2：闭合网架用电开关，将电储能装置和压缩空气储能装置的工作模式设置为供能模式；

s3：断开网架用电开关，将电储能装置和压缩空气储能装置的工作模式设置为储能模式。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统，包括：包括：分布式新能源发电装置、输电线、网架用电开关、电储能装置、压缩空气储能装置和负荷需求侧；输电线的市电接入端口设置有网架用电开关；各个分布式新能源发电装置的电能输出端与输电线连接；电储能装置的电输入端和电输出端分别与输电线连接，压缩空气储能装置的电输入端和电输出端分别与输电线连接；负荷需求侧的电输入端与输电线连接。

本发明的城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统中，以分布式新能源发电装置作为主要的供能装置，以储能装置调节新能源发电的不稳定性，将市电作为补充能源，与传统的城市综合体的供能系统相比，降低了对市电的依赖性，由于分布式新能源发电装置通过太阳能和风能等新能源进行发电，污染小，成本低，与负荷需求侧距离小，输电距离短，线损低，且地域限制小，同时，采用压缩空气储能装置不仅可以调节新能源电能的品质，还可以满足供电、供冷和供热多种供能需求，解决了当前的城市综合体的供能系统过于依赖市政用电，线损大，用电成本高，可靠性低，供能种类单一，即使以地热和燃气轮机机组作为补充也存在地域限制的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统的一个实施例的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能方法的一个实施例的流程示意图；

其中，附图标记如下：

1、分散式风力发电装置；2、分布式光伏发电装置；3、网架用电开关；4、电化学储能装置；5、电动机；6、空气压缩机；7、第一热交换器；8、空气储罐；9、压缩热存储罐；10、发电机；11、第一空气膨胀机；12、生活热水中间储罐；13、冰蓄冷装置；14、负荷需求侧；15、用电负荷监测器；16、第二空气膨胀机；17、第二热交换器；18、压缩空气储能装置；19、供热开关。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统及方法，解决了当前的城市综合体的供能系统过于依赖市政用电，线损大，用电成本高，且可靠性低，即使以地热和燃气轮机机组作为补充也存在地域限制的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统的一个实施例，包括：

分布式新能源发电装置、输电线、网架用电开关3、电储能装置4、压缩空气储能装置18和负荷需求侧14；

输电线的市电接入端口设置有网架用电开关3；

各个分布式新能源发电装置的电能输出端与输电线连接；

电储能装置4的电输入端和电输出端分别与输电线连接，压缩空气储能装置18的电输入端和电输出端分别与输电线连接；

负荷需求侧14的电输入端与输电线连接。

需要说明的是，分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源和环境效益最大化确定发电方式和发电容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式；

由于采用分布式新能源发电装置建立在用户端，所以用分布式新能源发电装置作为主要的供能装置时输电距离短，输电线损也对应减少，且采用新能源进行发电污染小，成本低；

输电线是对城市综合体及大型公共建筑群的区域电能输送网架的指代，并非只是指单独一条输电线；

因为新能源发电时电能品质较差，电能具有较强的波动性，所以为了提高整个供能系统的可靠性和稳定性，需要设置储能装置，在用电低谷期存储电能，在用电高峰期释放电能，实现对分布式新能源发电装置产出电能的存储与释放，维持输电线电压的稳定，达到调节风电和光电等新能源电能品质调节的功能；

电化学储能装置4是储能装置的一种，常见的电化学储能装置4为铅酸电池或者锂电池设备，具有电能充放迅速的特点，充电与放电反应迅速；

压缩空气储能装置18是一种物理储能设备，具有性能稳定与可靠的特点，同时可靠运行年限长的优点，同时，采用压缩空气储能装置18可以满足供电、供冷和供热多种供能需求；

在输电线的市电接入端口设置有网架用电开关3，虽然以分布式新能源发电装置作为主要的供能装置，但是为了避免在用电高峰期电压不足或者其他供能不足的情况发生，需要以市电作为补充供能手段，当分布式新能源发电装置的发电量足以满足负荷需求侧14的用电需求时，则断开网架用电开关3，当分布式新能源发电装置的发电量以及储能装置的放电量不足以满足负荷需求侧14的用电需求时，则闭合网架用电开关3，接入市电。

进一步地，分布式新能源发电装置包括：分散式风力发电装置1和/或分布式光伏发电装置2。

需要说明的是，在城市内的分布式新能源发电装置可选为分散式风力发电装置1、分布式光伏发电装置2和分布式余热发电装置等，可以选择其中一种或多种作为供能系统的主要供能装置。

进一步地，压缩空气储能装置18包括：电动机5、空气压缩机6、空气储罐8、第一空气膨胀机11和发电机10；

电动机5的电输入端与输电线连接，电动机5的动力输出端与空气压缩机6的动力输入端连接；

空气压缩机6的气体输出端与空气储罐8的气体输入端连接，空气储罐8的气体输出端与第一空气膨胀机11的气体输入端连接；

第一空气膨胀机11的动力输出轴的一端与发电机10的动力输入轴的一端连接，发电机10的电输出端与输电线连接。

需要说明的是，当分布式新能源发电装置产能过剩时，压缩空气储能装置18可以存储电能，通过电动机5从输电线取电，将电能转变为动能驱动空气压缩机6吸入空气进行压缩得到压缩空气，压缩空气在空气储罐8中存储；

当分布式新能源发电装置产能过低时，压缩空气储能装置18可以释放电能，空气储罐8释放压缩空气到第一空气膨胀机11，通过第一空气膨胀机11驱动发电机10产生电能输送到输电线中。

进一步地，压缩空气储能装置18还包括：第一热交换器7、第二热交换器17、压缩热存储罐9和生活热水中间储罐12；

空气压缩机6的气体输出端和空气储罐8的气体输入端之间设置有第一热交换器7，空气储罐8的气体输出端和第一空气膨胀机11的第一气体输入端之间设置有第二热交换器17；

第一热交换器7的热交换端与压缩热存储罐9的第一热交换端连接，第二热交换器17的热交换端与压缩热存储罐9的第二热交换端连接；

压缩热存储罐9的热输出端与生活热水中间储罐12的热输入端连接；

生活热水中间储罐12的热水输出端与负荷需求侧14的热水输入端连接。

需要说明的是，当压缩空气储能装置18进行空气压缩时，还会产生一定的热量，可以将这部分热能存储利用；

空气压缩机6的气体输出端和空气储罐8的气体输入端之间设置有第一热交换器7，空气储罐8的气体输出端和第一空气膨胀机11的第一气体输入端之间设置有第二热交换器17；

第一热交换器7的热交换端与压缩热存储罐9的第一热交换端连接，第二热交换器17的热交换端与压缩热存储罐9的第二热交换端连接，通过第一热交换器7和第二热交换器17可以将空气压缩产生的热能存储到压缩热存储罐9中；

当城市综合体及大型公共建筑群需要热水或者供热时，可以将压缩热存储罐9中的热能输送到生活热水中间储罐12对水进行加热或者直接供暖，为负荷需求侧14供暖和提供生活热水。

进一步地，压缩空气储能装置18还包括：第二空气膨胀机16；

第一空气膨胀机11的气体输出端与第二空气膨胀机16的气体输入端连接，第一空气膨胀机11的动力输出轴的另一端与第二空气膨胀机16的动力输出轴的一端连接；

第二空气膨胀机16的气体输出端与负荷需求侧14的第一冷链输入端连接。

需要说明的是，除了供热之外，压缩空气储能装置18还可以进行供冷，设置第二空气膨胀机16，第二空气膨胀机16的气体输入端与第一空气膨胀机11的气体输出端连接，第二空气膨胀机16的动力输出轴的另一端与第二空气膨胀机16的动力输出轴的一端连接，压缩空气经过第一膨胀机11之后还剩余部分热能，通过第二膨胀机16将热能转化为动能，第二膨胀机16的动力输出轴将动能输送到第一膨胀机11，进而驱动发电机10将动能转变为电能。

第二空气膨胀机16的气体输出端与负荷需求侧14的第一冷链输入端连接，可将第二空气膨胀机16产生的低温空气输送到负荷需求侧14进行供冷。

进一步地，压缩空气储能装置还包括：供热开关19；

第一空气膨胀机11的气体输出端与负荷需求侧14的热链输入端连接，第一空气膨胀机11的气体输出端与负荷需求侧14的热链输入端之间设置有供热开关19。

需要说明的是，除了设置第二空气膨胀机16进行供冷时，还可以直接将第一空气膨胀机11的气体输出端直接与负荷需求侧14的热链输入端连接，利用第一空气膨胀机11的气体输出端输出的空气中剩余的热能对负荷需求侧14进行供热；

第一空气膨胀机11的气体输出端与负荷需求侧14的热链输入端之间设置有供热开关19，可根据需要闭合供热开关19进行供热，或者断开供热开关19将第一空气膨胀机11的气体输出端输出的空气输出至第二空气膨胀机16进行供冷。

进一步地，还包括：冰蓄冷装置13；

冰蓄冷装置13的电输入端与输电线连接，冰蓄冷装置13的制冷输出端与负荷需求侧14的第二冷链输入端连接。

需要说明的是，当分布式新能源发电装置产能过剩，发电量大于负荷需求侧14的需求时，冰蓄冷单元可以将过剩的电能转变为冰块的冷能进行存储，实现电能向冷能的转变与存储，在负荷需求侧14需要冷能时，对负荷需求侧14供冷，输送冷能。

进一步地，还包括：用电负荷监测器15；

用电负荷监测器15的信号输入端与负荷需求侧14的负荷监测端连接，用电负荷监测器15的信号输出端与网架用电开关3的控制端连接。

需要说明的是，用电负荷监测器15的信号输入端与负荷需求侧14的负荷监测端连接，通过用电负荷监测器15可以对负荷需求侧14的用电需求进行实时监测，用电负荷监测器15的信号输出端与网架用电开关3的控制端连接，可以通过用电负荷监测器15的信号对网架用电开关3进行控制，当负荷需求侧14的用电需求量大于分布式新能源发电装置和储能装置的输出电能之和时，闭合网架用电开关3，接入市电作为补充供能手段。

传统的城市综合体的供能系统以市电作为主要供能方式，电能通过网架远距离传输，线损较大，且因为电能多通过燃煤电厂或者天然气电场产电，用电成本高且不环保，因为供电方式单一，当市电供电故障时，用能系统将面临瘫痪的危机，供电可靠性差；

即使部分地区以地热和小型燃气轮机与市电相结合，提高了供电可靠性，但是因为地热资源和天然气资源的分布不均，存在较大的地域限制；

本实施例的城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统中，以分布式新能源发电装置作为主要的供能装置，以储能装置调节新能源发电的不稳定性，将市电作为补充能源，因为新能源发电相对稳定，且因为分布式设置，所以全部新能源发电装置集体故障的概率小，且以市电和储能装置作为补充的供能手段，整个供能系统的电能输入存在多种渠道，供电可靠性高，稳定性好；

且分布式新能源发电装置通过太阳能和风能等新能源进行发电，污染小，成本低，清洁环保；

同时分布式新能源发电装置与负荷需求侧14距离小，分布式新能源发电装置分布设置在负荷需求侧14附近，光电和风电被就近消纳，输电距离短，避免了远距离输送带来的线路损失以及长距离输送电能引起的电网线路架设成本，线损低，经济性好，且地域限制小；

采用电化学储能装置4、压缩空气储能装置18和冰蓄冷装置13作为电能品质的调节设备，新能源电能和储能装置的有机结合，可以改善新能源的电能品质，同时，不仅可以为负荷需求侧14的用电负荷进行供电，还可以为负荷需求侧14的供冷负荷和供热负荷提供冷源和热源，供能方式多样化，供能可靠性强，稳定性高，可以满足城市综合体及大型公共建筑群多种能源的需求，且提高了能源的利用率；

综上所述，本实施例的城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统解决了当前的城市综合体的供能系统过于依赖市政用电，线损大，用电成本高，可靠性低，供能种类单一，即使以地热和燃气轮机机组作为补充也存在地域限制的技术问题。

以上为本发明实施例提供的一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能系统的一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能方法的一个实施例。

请参阅图2，本发明实施例提供了一种城市综合体及大型公共建筑群的综合供能方法的一个实施例，包括：

步骤201：判断负荷需求侧的用电需求量是否大于分布式新能源发电装置的输出电能之和，若是，则执行步骤202，若否，则执行步骤203；

需要说明的是，可以根据历史数据对负荷需求侧的用电需求进行统计分析，预测各个时间段负荷需求侧的用电量和分布式新能源发电装置的输出电能，根据预测结果判断各个时间段负荷需求侧的用电需求量是否大于分布式新能源发电装置的输出电能之和；

或者根据用电负荷监测器对负荷需求侧进行实时监测，根据监测结果判断负荷需求侧的用电需求量是否大于分布式新能源发电装置的输出电能之和。

步骤202：闭合网架用电开关，将电储能装置和压缩空气储能装置的工作模式设置为供能模式；

需要说明的是，当进入用电高峰期时，分布式新能源发电装置的供能能力不足，需要闭合网架用电开关，将市电作为补充的供能手段。

步骤203：断开网架用电开关，将电储能装置和压缩空气储能装置的工作模式设置为储能模式。

需要说明的是，当不处于用电高峰期时，分布式新能源发电装置的供能能力可以满足负荷需求侧的用电需求量，则可以断开网架用电开关，将储能装置的工作模式设置为储能模式；

在应用过程中，步骤202和步骤203仅为其中一种供能控制策略，可以根据实际情况进行调整，例如，当供能系统中都是分布式光伏发电装置时，若进入夜晚则分布式光伏发电装置不发电，负荷需求侧的用电需求量大于分布式新能源发电装置的输出电能之和，但是此时因为处于用电低谷，电价便宜，可以将储能装置的工作模式设置为储能模式，存储电量，当处于用电高峰期时释放电能减少市电的用电量；

具体的供能策略可根据各供能系统的实际情况进行制定与调整。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。