一种基于新能源电力供电供暖系统及方法与流程

1.本发明属于新能源控制与应用技术领域，具体涉及一种基于新能源电力供电供暖系统及方法。


背景技术：

2.供暖已成为解决我国各地居民冬季采暖、满足基本生活需求的重要社会服务。随着城镇化步伐的加快以及南方供暖的兴起，供暖需求与日俱增。然而，供热在我国仍属于高污染行业，尤其是在北方地区，主要是以燃煤或燃气为主的集中式供暖，不仅消耗大量能源，而且在能源转换过程中会产生大量的废气、废渣、废水，是导致大气污染的主要来源之一。
3.因此，探索绿色供电供暖模式对于降低能源消耗、改善大气环境具有重要的现实意义。要减少供暖过程中二氧化碳的排放量，降低温室气体效应带来的影响。增加低碳能源的使用、提高采暖的热转换效率等，将成为供暖低碳化的重点。
4.目前，如太阳能、风能等清洁能源具有取之不尽用之不竭、绿色低碳的优势，特别是在目前电力相对过剩的情况下，采用清洁能源电能作为供暖的主要能源，在削减煤炭消费同时，还可以推进可再生能源等清洁能源利用，加快推进供暖绿色低碳化进程。
5.现有技术的新能源供暖应用方式大多采用：发电
→
逆变
→
电极式热水锅炉
→
热力用户负载，在新能源发电无法满足电极式热水锅炉使用需求时则将市电用来做电能补充。由于太阳能、风能供电的不稳定性，需要一部分市电进行补充，无法完全实现真正的绿色清洁能源供电，即无法做到真正的绿色供暖。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明设计了一种基于新能源电力供电供暖系统及方法。
7.一种基于新能源电力供电供暖系统，包括：新能源供电装置、mppt电路、逆变器、钳位开关与分流器、电极式热水锅炉、蓄热罐、热力用户负载、电力用户负载、电控开关以及监测模块；所述电极式锅炉系统主要由电极式锅炉、循环水泵、定压补水设备以及板式换热器、循环管道组成；
8.新能源供电装置是太阳能或风能新能源发电供电装置，通过电控开关和监测模块与mppt电路相连，并通过逆变器与钳位开关与分流器相连，使新能源供电装置通过逆变器向电极式热水锅炉供电，同时还直接为电力用户负载供电；
9.逆变器是交、直流电源转换器，是把直流电能转变成定频定压交流电的转换器，其交流端通过监测模块及电控开关与钳位开关与分流器相连，直流端与mppt电路相连；
10.钳位开关与分流器具有按设定电压阈值自动通断供电电路的功能，与逆变器相连，在蓄热水罐供热量不能满足热力用户负载需要时，将mppt电路电量供给电极式热水锅炉，在mppt电路供电超过电极式热水锅炉需要的电量时，分流多余电量给电力用户负载；
11.一种基于新能源电力供电供暖方法，基于上述一种基于新能源电力供电供暖系统
实现；具体包括绿色供电和绿色供暖；
12.绿色供电工作过程：打开电控开关，太阳能或风能新能源发电供电装置吸收太阳能或风能并将其转换成电能，同时监测模块对新能源发电供电装置的发电功率和设备状态进行监测，然后太阳能或风能新能源发电装置将电能传送给mppt电路，mppt电路根据对最大功率点的追踪，对发电装置的发电效率进行优化，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，经转换后的交流电再通过钳位开关与分流器相连，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，在mppt电路供电超过电极式热水锅炉需要电量时，分流多余电量给电力用户负载；
13.绿色供暖工作过程：打开电控开关，太阳能或风能新能源发电供电装置吸收太阳能或风能并将其转换成电能，同时监测模块对新能源发电供电装置的发电功率和设备状态进行监测，然后太阳能或风能新能源发电装置将电能传送给mppt电路，mppt电路根据对最大功率点的追踪，对光伏发电系统发电效率进行优化，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，经转换后的交流电再通过钳位开关与分流器相连，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，在电极式热水锅炉需要电量时，将mppt电路与电极式热水锅炉连通为电极式热水锅炉提供电能，电极式热水锅炉将炉内水加热后通过板式换热器将热量传递到蓄热水罐中的存水，蓄热水罐中存水经过加热后，将达到热力用户需求温度的热水供给热力用户负载使用；当热力用户负载用热需求减少，mppt电路供电超过电极式热水锅炉需要电量时，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，分流多余电量给电力用户负载；
14.所述电极式热水锅炉利用新能源供电装置产生的绿色电能，利用水的高热阻特性，通过直接插入蓄热水罐中水中的电极，使水通电后被加热；它是将电能转化热能并将热能传递给介质的能量转换装置，电极通电后，电流通过电极与水产生热量，使电极式热水锅炉内水温升高，并通过电极式热水锅炉的板式换热器将热量传递到蓄热水罐中的存水向热力用户负载供热，电极式热水锅炉中的热水经板式换热器后温度降低，重新流回电极式热水锅炉加热，以此往复保持热量平衡；
15.所述蓄热水罐的特征是采用斜温层储热技术，斜温层的基本原理是以温度梯度层隔开冷热介质；斜温层储热系统是利用同一个储热罐同时储存高低温两种介质，高温水在罐的顶部被热水泵抽出供给热力用户负载，低温水在罐的底部被循环泵抽出，经过电极式热水锅炉中的板式换热器加热后，由罐的顶部进入罐内。随着换热过程的进行，斜温层上下移动，进出口介质的温度基本恒定不变，保证对热力用户负载的供热量稳定，完成相应的供暖任务。
16.本发明有益技术效果：
17.本发明采用清洁能源电能作为供暖的主要能源，相对于以燃煤或燃气为主的供暖方式，本发明无废气、废渣、废水排放，在削减煤炭消费同时，可大幅度地降低温室气体的排放，通过合理配置一定容量的蓄热罐，实现清洁能源绿色供暖，提高可再生能源利用率，对降低能源消耗、改善大气环境具有重要的现实意义。
附图说明
18.图1为基于新能源电力供电供暖系统结构框图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明；
20.一种基于新能源电力供电供暖系统，如附图1所示；包括：新能源供电装置1、mppt电路2、逆变器3、钳位开关与分流器4、电极式热水锅炉5、蓄热罐6、热力用户负载7、电力用户负载8、电控开关以及监测模块；所述电极式锅炉系统主要由电极式锅炉、循环水泵、定压补水设备以及板式换热器、循环管道组成；
21.新能源供电装置1是太阳能或风能新能源发电供电装置，通过电控开关和监测模块与mppt电路2相连，并通过逆变器3与钳位开关与分流器4相连，使新能源供电装置1通过逆变器3向电极式热水锅炉5供电，同时还直接为电力用户负载8供电；
22.mppt电路2的作用是检测主回路直流电压以及输出电流，然后计算出太阳能阵列的输出功率，实现对最大功率点的追踪，有效提高光伏发电系统的发电效率。
23.逆变器3是交、直流电源转换器，是把直流电能转变成定频定压交流电的转换器，其交流端通过监测模块及电控开关与钳位开关与分流器4相连，直流端与mppt电路2相连；
24.钳位开关与分流器4具有按设定电压阈值自动通断供电电路的功能，与逆变器相连，在蓄热水罐6供热量不能满足热力用户负载需要时，将mppt电路2电量供给电极式热水锅炉5，在mppt电路2供电超过电极式热水锅炉5需要的电量时，分流多余电量给电力用户负8载；
25.设置一台有效容量23000m3常压热水蓄热罐，冷热水温度：54/90℃；
26.蓄/放热流量：运行蓄放热流量按照2600t/h；
27.蓄/放热功率：109mw；
28.蓄热量：约96万kwh；
29.蓄热罐有效容积：23000立方米。
30.蓄热罐直径：27米
31.蓄热罐高度：43.2米
32.电极式电锅炉容量50mw，其二次侧需满足两种运行工况，其一为蓄热工况，此工况电锅炉板换二次侧流量950t/h，冷热水温度为54℃/90摄氏度；其二为对蓄热罐热水进行二次加热工况，该工况电锅炉板换二次侧流量为2600t，冷热水温度分别为90℃/103.5℃。电极式热水锅炉配置1台100％容量热网循环水板式换热器，不设备用。
33.一种基于新能源电力供电供暖方法，基于上述一种基于新能源电力供电供暖系统实现；具体包括绿色供电和绿色供暖；
34.绿色供电工作过程：打开电控开关，太阳能或风能新能源发电供电装置吸收太阳能或风能并将其转换成电能，同时监测模块对新能源发电供电装置的发电功率和设备状态进行监测，然后太阳能或风能新能源发电装置将电能传送给mppt电路，mppt电路根据对最大功率点的追踪，对发电装置的发电效率进行优化，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，经转换后的交流电再通过钳位开关与分流器相连，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，在mppt电路供电超过电极式热水锅炉需要电量时，分流多余电量给电力用户负载；
35.绿色供暖工作过程：打开电控开关，太阳能或风能新能源发电供电装置吸收太阳能或风能并将其转换成电能，同时监测模块对新能源发电供电装置的发电功率和设备状态
进行监测，然后太阳能或风能新能源发电装置将电能传送给mppt电路，mppt电路根据对最大功率点的追踪，对光伏发电系统发电效率进行优化，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，经转换后的交流电再通过钳位开关与分流器相连，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，在蓄热水罐中高温热水存量未达到上限，需要电极式热水锅炉使用电能进行加热时，将mppt电路与电极式热水锅炉连通为电极式热水锅炉提供电能，电极式热水锅炉将炉内水加热后通过板式换热器将热量传递到蓄热水罐中的存水，蓄热水罐中的低温存水经过循环泵输送至板式换热器进行加热后达到热力用户需求温度，储存在蓄热水罐中，根据热力用户负载需求，通过热水泵将高温热水供给热力用户负载使用；同时通过智能控制中心监测蓄热水罐中储水温度和储水量，当热力用户负载用热需求减少，蓄热水罐中高温热水存量达到上限，电极式热水锅炉不需要mppt电路提供电量时，通过钳位开关与分流器的自动通断供电电路功能，分流多余电量给电力用户负载；
36.所述电极式热水锅炉利用新能源供电装置产生的绿色电能，利用水的高热阻特性，通过直接插入蓄热水罐中水中的电极，使水通电后被加热；它是将电能转化热能并将热能传递给介质的能量转换装置，电极通电后，电流通过电极与水产生热量，使电极式热水锅炉内水温升高，并通过电极式热水锅炉的板式换热器将热量传递到蓄热水罐中的存水向热力用户负载供热，电极式热水锅炉中的热水经板式换热器后温度降低，重新流回电极式热水锅炉加热，以此往复保持热量平衡；
37.所述蓄热水罐的特征是采用斜温层储热技术，斜温层的基本原理是以温度梯度层隔开冷热介质；斜温层储热系统是利用同一个储热罐同时储存高低温两种介质，高温水在罐的顶部被热水泵抽出供给热力用户负载，低温水在罐的底部被循环泵抽出，经过电极式热水锅炉中的板式换热器加热后，由罐的顶部进入罐内。随着换热过程的进行，斜温层上下移动，进出口介质的温度基本恒定不变，保证对热力用户负载的供热量稳定，完成相应的供暖任务。
38.本发明体现了新能源电力有效利用的发展趋势，实现了采用绿色电能供暖，也体现了未来供暖行业的技术趋势，可采用更加绿色环保的取暖模式，降低碳排放，提高能源使用效率，促进供暖绿色低碳化发展，可以较好解决燃煤或燃气供暖的高排放和环境污染的问题。