专利名称：电能发、供、蓄自动平衡系统及剩余电能综合利用方法
技术领域：
本发明涉及一种电能发、供、蓄自动平衡系统及剩余电能综合利用方法。
背景技术：
目前，世界各国对电能的发、供、用在一瞬间完成，发电与用电很难达到平衡，不是发电过剩，就是供电不足，目前世界上还未有一种好的解决电能在发、供、用三者之间的矛盾，使其达到长期的稳定平衡。目前，世界各国对于电能的处理主要采取电-蓄-电方式，即将剩余电能通过某种介质转化蓄存，用电时再将所蓄介质的能量转换成电能。如抽水蓄能发电就是将电网部分剩余电能转换成水的势能蓄存在上水库，用电时，再放水发电，起移峰填谷等作用，这是目前国际上公认的最好的处理电网剩余电能的方法，但这种电-蓄-电单一能源转换方式虽然能蓄电和发电，但其能源转换率不高，经济效益差，将低谷电能转换成峰值电能，只是满足了峰值负荷的需求，但无法降低线路负荷，线损依然严重。
目前，电网剩余电能进行转换及蓄存，能量必然有所损失。如抽水蓄能发电，储存能量转换率为70％，能量转换损失高达30％。由于转换中能量损失大，经济效益必然不佳。国内的抽水蓄能电站，如果没有电网的经济补贴而独立经济核算将会亏损很大。
发明内容
本发明其目的在于提供一种电能发、供、蓄自动平衡系统及综合利用方法，它将剩余电能转换成热、电、冷、气四种清洁能源，其转换效率高，综合利用价值高，经济效益非常显著，使发电厂、供电局、用户、转换装置四方都得到较大的经济效益。
的经济效益。
本发明是这样实现的一种电能发、供、蓄自动平衡系统及剩余电能综合利用方法，包括电能及其转换方法，所述的电能通过空气压缩机使空气变为高温高压空气，高温高压空气进入热交换器与水进行热交换后形成热水和中温高压空气两路其热水进入热水管网至热水用户；其中温高压空气进入储气箱储存，其储气箱连两路一路依次进入压缩空气管网经气压发电机转换为电能至电网，另一路至压缩空气用户；所述的中温高压空气经气压发电机转换电能过程中所产生的冷气进入冷气管网至冷气用户。所述的冷气用户包括冷气设施、温差发电装置及制氧装置，其冷气设施包括冰箱、冷藏室及空调；所述的冷气管网之冷气分两路分别至冷气设施和制氧装置，其冷气进入冷气设施的同时依次至温差发电机、中央空调。所述的热水用户包括供暖设施、温差发电装置、洗浴设施，其经温差发电装置的热水进入热水蓄水箱至洗浴设施；由供暖设施和洗浴设施的回水分两路一路经工业余热回收装置将低温回水加热后返回热水管网供热；另一路经回水管网至热交换器。所述温差发电装置的电能由蓄电装置蓄存，其蓄电装置连通电器设备；所述的制氧装置连通氧气蓄罐、液氮蓄罐，所述的液氮蓄罐内的液氮通过液氮用户使用后升温为低温氮气回冷气管网。所述的气动设备包括气动机械设备及气动交通工具。
本发明科学合理，可大可小，可以不与外界联网自成一供能体系，适合于家庭、餐馆、旅店等小型企业使用大、中型的可由能源部门统一经营管理与电脑联网，参与对电网负荷的调控。热、电、冷、气四能源的输出，除就近供能外，还承担对外供应，全市联网，使冷、热能等四季需求不均衡的能量，通过联网使用，发挥最大效能。
本发明在使用中，其能量转换效率高，综合利用指数大，它可以将电网剩余电能高效率的转换成热、电、冷、气四种清洁能源，无任何污染，即保护了环境，同时也产生很大经济效益。
结合实施例和附图详尽说明
图1本发明流程示意图；图2本发明实施例结构示意图；附图编号1电网 2空气压缩机 201离合器 202空气滤清器3热交换器 4蓄气箱5气压发动机 501离合器6冷气管网 601冰箱、冷却室 602温差发电装置603空调温控装置 604中央空调 605风机7压缩空气管网 701加气站8热水管网 801供暖设施 802热水蓄水箱803洗浴设施 804工业余热回收装置 805回水管网806温差发电装置9制氧装置 10发电—电动机→ 空气流动方向 高温高压空气流动方向 热水流动方向 中温高压空气流动方向 温水流动方向 低温低压空气流动方向 冷水流动方向 超低温纯氧、液氮等流动方向
具体实施例方式
本发明的方法流程如图1所示，其
具体实施例方式电网1出现剩余电能时自控器启动空气压缩机2使空气变为高温高压空气，高温高压空气进入热交换器3与水进行热交换后形成热水和中温高压空气分两路其一路，热水进入热水管网8至热水用户。
其另一路，中温高压空气进入储气箱4储存，其储气箱4分两路一路依次进入压缩空气管网7经气压发电机转换为电能至电网1；另一路至压缩空气用户。
所述的中温高压空气经气压发电机转换电能过程中产生的冷气进入冷气管网6至冷气用户。所述的冷气用户包括冷气设施、温差发电装置602及制氧装置9，其冷气设施包括冰箱、冷藏室601及空调；所述的冷气管网6之冷气分两路分别至冷气设施和制氧装置9，其冷气进入冷气设施的同时依次至温差发电装置602、中央空调604。
所述的热水用户包括供暖设施801、温差发电装置806、洗浴设施803，其经温差发电装置806的热水进入热水蓄水箱802至洗浴设施803；由供暖设施801和洗浴设施803的回水分两路一路经工业余热回收装置804进入热水管网8；另一路经回水管网805至热交换器3。
所述的温差发电装置602、806连蓄电装置蓄存，其蓄电装置连通电器设备。
所述的制氧装置9连通氧气蓄罐、液氮蓄罐，所述的液氮蓄罐内的液氮通过液氮用户使用后升温为低温氮气回冷气管网。
压缩空气用户包括加气站701；所述的气动设备包括气动机械设备及气动交通工具。
本方法第二实施方式如图2所示电网连发电-电动机，所述的发电-电动机两端分别联接空气压缩机和气压发动机；也可以是分体式，其发电机或超导发电机连气压发动机而电动机或超导电动机连空气压缩机，可以采取任何能将电能转换为机械能为压缩空气，然后压缩空气转换为冷能和机械能。机械能转换为电能的装置。其后面连接方式同上不再赘述。
实施例1所述的电网1的电能通过发电—电动机10驱动空气压缩机2运行将电能转换为20-30Mpa的压缩空气。在压缩空气过程中产生大量的压缩热能通过热交换器3将常温的自来水加热为80-90度的热水，将此热水通过热水管网8提供给用户冬季供暖设施801及日常洗浴设施803。由于该热能是压缩空气的副产品，没有耗费额外的能源而得到的“免费能源”。只需接入一根管子、一个开关，就能获得24小时的热水供应。与花钱去买空调或热水器、耗能加热相比，是既省钱又节能而且没有锅炉、空调的环境污染，没有电热水器的漏电危险，避免了燃气热水器的Co中毒风险，同时由于省却了电取暖器等大用电设施，可大大降低线路负荷，降低供电线损，达到移峰节能省钱、环保的多重目的。供暖设施801与室内散热片组成的温差发电装置为一智能型空调装置既能发电，又起空调作用。取暖后的低温回水通过工业余热回收装置再加热后输回热水管网循环使用，以弥补冬季用热量大压缩热能供应不足的缺点。同时也可以节约工业生产冷却用水，并减少冷却水降温设备购置费用及水处理费用。
剩余电能转换成压缩空气后进入蓄气箱4连通压缩空气供气管网7，该供气管网将设立在室内及公路沿线的许多加气站701串连起来，从而成为一整套新型清洁能源供给体系。它将逐步取代现代燃油汽车使用的加油站，为新型零污染机动车，提供方便的能源支持。多余的压缩空气还可蓄于遍布各地的蓄气箱4内，作为备用。当电网1电力不足需补充电能时，自控器指令与电网联线的气压发电机将会自动启动，利用蓄存在蓄气箱4内的压缩空气发电，压缩空气发电过程中，由于压缩空气膨胀作功，产生大量低温冷气，这就是夏季我们最需要的一种能——“冷能”。由于这种“冷能”是发电的副产品，是没有额外耗能而得到的“免费能源”，不仅价廉，而且物美。温度可低到-100摄氏度，且剩余—定压缩内能，可以在无外力作用下在冷气管网6内流动，进入用户冷气设施(冷气空调、冰箱)等进行热交换，冷却用户室外内温度达到冷致冷目的。以此取代电冰箱、冷冻机、冷气机、空调、电风扇等降温制冷电器。由于该“冷能”没有额外耗能近似于免费的，因此，用发电后产生的“冷能”来代替冷冻机，空调器降温制冷是既节能而又很省钱。在节省冷冻机、空调的耗电能的同时，气压发动机5产生冷能不但不耗能，反而带动发电机发电给电网增能。因此，本发明在夏季大幅降低负荷及电网调峰上，具有增能减耗的双重功效，达到事半功倍的效果。由于冷网内的温度在任何时候都低于室外内和外界环境温度，因此，在夏季利用冷气管网与室内温差一方面可通过温差发电装置进行发电，在发电同时也降低了室内温度，达到既降温又发电的双重目的，在室内不需降温时利用冷气管网与室外的温差发电，可提供住宅低压、直流、安全供电。
夏季过去后，冷气需求量日渐减少，此时，多余冷气可通过冷气管网6输送到制氧设备制品氧气及液氮。氧气是重要的助燃剂，具有节能及环保作用，液氮在高温超导领域具有重要作用，大量而廉价生产的液氮必将推动高温超导技术的推广应用。
本发明为国家、企业节能又为百姓造福，因为用此装置用户也减少了一家一户安装热水器的设备费用，节约了能源，杜绝了电热水器漏电，燃气热水器CO中毒的不安全隐患。在南方，压缩空气的热能采取集中供暖可以解决冬季靠电炉、电热毯、电热取暖器、空调等电器取暖造成的用电紧张局面，不仅节电、节能，还避免了许多电热取暖造成的线路负荷过大而引起的不安全因素。室内外环境温度与冷气、热水管网之间的巨大温差还可用于温差发电，为建筑物提供绿色、环保不受外界电网影响的直流低压电能源。
提取完热能的压缩空气输入压缩空气管网，作为能源向外输出。使用压缩空气为动力的主要是零污染环保汽车—气动汽车。压缩空气管网7将从城市沿公路向外幅射，或在现有加油站基础上设立加气站701，为未来的环保汽车建立起一套完整的清洁能源供给体系。气动汽车消耗不了的多余压缩空气输入到遍布各外的储气箱4蓄存起来用于发电。
在上述供热管网基础上如果再加一套或数套气压发电机及供冷气管网，其对用户冬季供暖，夏季供冷，一年四季供热水及电能，实现了热、电、冷、气四联供的全方位供能服务体系。由于管网供冷可节省用户空调、冷冻机设备购置费及维修费用，同时，还避免了由于制冷剂漏而造成环境污染破坏臭氧层，引起一系列自然灾害。
综上所述方案若在全国实施，不仅为发电厂带来巨大的经济效益，同时，为国民造福。
实施例2将冷气管网通入冷冻食品厂或冷库，可避免常年耗大量电制冷，由于冷气管网中有低达近-100度的冷空气在内流动。冷冻厂或冷库只需将冷气引进厂房或冷库，通过一套温度控制系统把温度调整到所需温度，即方便又节能。可节省大量的设备购置、维修及设备占地费用，省能源又环保。每月仅交一小笔冷气使用费用，经济又实惠。
实施例3本发明应用于钢铁冶炼企业，此类企业为用电大户，也是用氧大户。全国每年需氧量达亿70-80M3其使用本发明有以下优点第一，利用夜间与峰值电能之巨大差价即可节约大笔电费。
第二，在发电过程中所产生的冷气可用于制氧，从而节省能源。
第三，生产过程中的大量工业废热可通过热水管网向用户提供大量廉价热能。
第四，在本发明热、电、冷、气四联供中，冷气需求季节性较强，夏季需求量特别大，其余季节除少数冷冻行业外，需求量较少，这就为钢铁冶金业提供了丰富的优质廉价原料，钢铁企业可以从冷气管网中引出冷气用于制氧，其在膨胀机内膨胀进一步降压降温，便可制造大量氧气。从而简化了工序，降低了能耗及成本。在春、秋、冬三季如果冷气量大，所制氧气用不完，还可以蓄备起来夏季使用，此例与冷冻食品厂相同，直接利用廉价冷能制氧，达到省钱节能目的。
实施例4本发明用于远离市区的农村、工厂、小区、商场、办公楼，可以自建成一套小型热、电、冷、气四联供。由于夜间电价仅为白天一半，或者更低，在优惠时段开启空气压缩机2将压缩空气蓄存起来，冷却压缩空气获得的热水，用于家庭或单位取暖和洗浴用。在白天主要用电时段，由于电价高，可开启气压发电机将夜间蓄存的压缩空气发电，供生活或生产用，可节省电费，发电时产生的冷气，夏季可代替空调降温，其它季节可作冰箱、冰柜使用，供热系统及供冷系统与室内外温度形成的温差可用于发电，供照明等电器设备用，既安全又环保，多余低压直流电能可用化学的或超导蓄电方式蓄存起来。
实施例5本发明用于火力发电厂，可在现有发电设备及燃料几乎不增加的情况下提高发电量一倍左右。原因是一，首先是现有发电设备实际利用率仅为35-49％，原因是夜间电能、节假日电能及高峰以外的大部分时段，都存在着或多或少的剩余电能，如使电厂设备全部满负荷工作，本发明所提供的方法及装置，可以将高峰期以外的所有剩余电能全部蓄存起来，在需要时发出去，由于剩余电能高于现有发电量，因此，将现有发电设备发电量提高一倍是可能的，由于发电设备满负荷工作与半负荷工作燃料消耗量差别不大。
二，冷却压缩空气的热水用于发电，可提高蒸气锅炉温度，有节能作用。
三，将压缩空气发电后的冷气用于制氧，制氧所得的氧气用于燃煤发电，大大提高燃料的利用率用炉内温度，并减少有害气体的排放及炉渣量，从而提高发电量，使发电厂更加节能、省钱、环保、增产。
四，制氧的副产品—液氮用于发电厂超导发电及超导输电，从而进一步增加发电量并大大减少输电损耗，因此，提高发电量一倍是在燃料几乎不增加及更加环保的情况下实现的。
本发明用于水电站，可有效调节水电站枯水期及丰水期发电量不均衡问题，压缩空气发电后产生的冷空气，经加工后可用于高温超导输电，减少远距离输电损失。
上述实践证明本发明结构简单，其综合利用指教高，它所取得社会效益和经济效益高，而且，使用方便快捷，避免了许多不安全隐患，无任何污染，净化了环境，又大大节约了能源。
权利要求
1.一种电能发、供、蓄自动平衡系统及剩余电能综合利用方法，包括电能转换及发、供、蓄平衡方法，其特征在于所述的转换平衡方法为剩余电能通过空气压缩机(2)使空气变为高温高压空气，高温高压空气进入热交换器(3)与水进行热交换后形成热水和中温高压空气两路其热水进入热水管网(8)至热水用户；其中温高压空气进入储气箱(4)储存，其储气箱(4)分两路一路依次进入压缩空气管网(7)经气压发电机转换为电能至电网；另一路至压缩空气用户；所述的中温高压空气经气压发电机转换电能过程中产生的冷气进入冷气管网(6)至冷气用户。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冷气用户包括冷气设施、温差发电装置(602)及制氧装置(9)，其冷气设施包括冰箱、冷藏室(601)及空调；所述的冷气管网(6)之冷气分两路分别至冷气设施和制氧装置(9)，其冷气进入冷气设施的同时依次至温差发电装置(602)、中央空调(604)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热水用户包括供暖设施(801)、温差发电装置(806)、洗浴设施(803)，其经温差发电装置(806)的热水进入热水蓄水箱(802)至洗浴设施(803)；由供暖设施(801)和洗浴设施(803)的回水分两路一路经工业余热回收装置(804)进入热水管网(8)；另一路经回水管网(805)至热交换器(3)。
4.如权利要求2、3所述的方法，其特征在于所述的温差发电装置(602)、(806)连蓄电装置蓄存，其蓄电装置连通电器设备。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的制氧装置(9)连通氧气蓄罐、液氮蓄罐，所述的液氮蓄罐内的液氮通过液氮用户使用后升温为低温氮气蓄罐、液氮蓄罐，所述的液氮蓄罐内的液氮通过液氮用户使用后升温为低温氮气回冷气管网。
6，如权利要求1所述的方法，其特征在于压缩空气用户包括加气站(701)；所述的气动设备包括气动机械设备及气动交通工具。
全文摘要
本发明提供一种电能发、供、蓄自动平衡系统及剩余电能综合利用方法为剩余电能通过空气压缩机将空气转换为高温高压空气，高温高压空气与水进行热交换后形成热水和中温高压空气其热水进入热水管网至热水用户；其中温高压空气进入储气箱一路依次进入压缩空气管网经气压发电机转换为电能至电网；另一路至压缩空气用户；所述的中温高压空气转换电能过程中产生的冷气进入冷气管网至冷气用户。本发明结构简单，综合利用指数高，所取得社会效益和经济基础效益高，而且，使用方便快捷，避免了许多不安全隐患，无任何污染，净化了环境，又大大节约了能源。
文档编号F24D15/02GK1556352SQ20041000001
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月2日 优先权日2004年1月2日
发明者赵长鸣 申请人:赵长鸣