一种综合能源转化装置的制作方法

本实用新型涉及一种能源转化装置，更具体地说，它涉及一种综合能源转化装置。

背景技术：

园区级的综合能源系统要实现能源供应和冷、热、电、气、交通需求的精细化匹配,并实现局部系统优化的全局优化的平衡，其规划问题是一个十分复杂的多目标、多约束、非线性并具有随机不确定性的混合整数优化问题，受到多方面因素的影响,包括规划区域的地理条件、气候特点、用能密度、能源价格、政策环境等，与传统单一能源规划相比具有高度的复杂性和不确定性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种综合能源转化装置，该综合能源转化装置能够进行高效的能源转换、满足园区多方面需求。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种综合能源转化装置，包括有：天然气进口端、电网连接端、天然气需求端、热能需求端、电能需求端、冷能需求端、蒸汽能需求端、以及若干用于进行能源转化的能源转换装置；

所述天然气进口端与天然气需求端直接连接，用于为天然气需求端提供能源供给；

所述电网连接端与电能需求端直接连接，用于为电能需求端提供能源供给；

所述天然气进口端与蒸汽能需求端之间连接有用于将天然气转换为蒸汽能的燃气锅炉，所述天然气进口端与电能需求端之间连接有用于将天然气转化为电能的燃气轮机，所述天然气进口端与热能需求端之间连接有用于将天然气转为热能的燃气内燃机；

所述电网连接端与热能需求端连接有用于将电能转换为热能的热泵，所述电网连接端与冷能需求端之间连接有用于将电能转化为冷能的电制冷机，所述电网连接端与蒸汽能需求端之间连接有用于将电能转化为蒸汽能的电极锅炉；

所述热能需求端与蒸汽能需求端之间连接有用于将热能转化为蒸汽能的余热锅炉和用于将蒸汽能转化为热能的换热器，所述蒸汽能需求端与冷能需求端之间连接有用于将蒸汽能转换为冷能的蒸汽溴化锂制冷机；

所述燃气轮机和燃气锅炉和燃气内燃机分别与余热锅炉连接，用于将做功后产生的乏气输送至余热锅炉，作为所述余热锅炉加热水的能量来源；

所述热泵和电制冷机和电极锅炉分别与蒸汽溴化锂制冷机连接，用于将发电过程中所产生的废气作为蒸汽溴化锂制冷机的能量来源。

本实用新型进一步设置为：所述余热锅炉包括有主进气孔和第一进气孔和第二进气孔以及第三进气孔，所述第一进气孔与燃气轮机连接，所述第二进气孔与燃气锅炉连接，所述第三进气孔与燃气内燃机连接，所述第一进气孔和第二进气孔以及第三进气孔上均设置有单向导气阀和第一气体监测器。

本实用新型进一步设置为：所述蒸汽溴化锂制冷机上设置有与热泵连接的第四进气孔和与电制冷机连接的第五进气孔以及与电极锅炉连接的第六进气孔，所述第四进气孔和第五进气孔以及第六进气孔内均设置有单向气阀和第二气体监测器。

本实用新型进一步设置为：所述天然气需求端包括有用于响应用户需求的气负荷设备和用于储气的储气罐，所述热能需求端包括有用于响应用户需求的热负荷设备，所述电能需求端包括有用于响应用户需求的电负荷设备和用于储电的蓄电池，所述冷能需求端包括有用于响应用户需求的冷负荷设备和用于储冷的蓄冷罐，所述蒸汽能需求端包括有用于响应用户需求的蒸汽负荷设备和用于储热的储热槽。

本实用新型进一步设置为：所述电网连接端包括有市电连接端和可再生发电连接端，所述可再生发电连接端包括有光伏发电、风力发电、光热发电。

本实用新型进一步设置为：还包括有一个园区监控装置，所述园区监控装置包括有访问模块、应用模块、数据模块、通讯模块；

所述数据模块包括有数据存储子模块、数据处理子模块、数据调用子模块，所述数据存储子模块用于采集各能源转换装置工作频率、转化效率等数据；

所述数据处理子模块与数据存储子模块连接，用于根据采集的数据生成对应图表，并重新存储于数据存储子模块内；

所述数据调用子模块与数据存储子模块连接，用于调用数据、图表；

所述访问模块包括有管委会控制终端和用户登录终端；

所述通讯模块包括有通讯骨干主网和硬件接入子网；

所述应用模块与数据模块连接，包括有功率预测子模块、优化计算子模块、控制策略子模块、智能调度子模块。

本实用新型进一步设置为：所述园区监控装置还包括有环境监控模块，所述环境监控模块包括有风速仪、温度仪、光强仪，所述环境监控模块与可再生发电连接端连接，用于控制可再生发电连接端的启闭。

本实用新型进一步设置为：所述数据存储子模块还存储有各种园区类型和各种园区对应的能源储备状态，所述智能调度子模块用于根据所在园区进行对应的能源储备操作。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：通过在园区内搭建设备组件，通过一套完整的设备体系，当引入天然气或者电能时，通过客户需求转化成对应的能量，该设备能够满足绝大多数园区使用，园区类型包括有医院园区、交通枢纽园区、工业园区、工厂园区、数据中心园区、宾馆园区、区域能源中心园区、办公楼园区、商业园区、社区住宅园区。不同性质的用户有着不同的用能需求和特性，作为综合能源项目建设运营主体，选取合适的目标用户是首要任务。根据园区实际条件合理地选择接收用户能够通过用能需求的互补最大程度地实现能源的梯级利用，削峰填谷平缓园区的负荷曲线，以最低的成本满足用户需求，并有利于可再生能源的充分利用。

其次在设备运转过程中，各个能源转换装置能将转换过程中的废料(该设备无法成功转化的能材)转送给其他有需求的设备，作为基础的起步能源，从而达到合理利用资源，提高经济效应的作用，本设备能够允许各种不同类型的供应方和消耗方参与进综合能源系统中，有效发挥各个角色的作用，使得不同类型的能源供给与调配合理得当，能够大幅度提高各种能源的生产、生活利用率，可持续性较好。

附图说明

图1为综合能源转化装置的结构拓扑示意图；

图2为园区监控装置的原理框图。

附图标记：1、天然气进口端；11、燃气锅炉；12、燃气轮机；13、燃气内燃机；2、电网连接端；21、热泵；22、电制冷机；23、电极锅炉；24、余热锅炉；25、换热器；26、蒸汽溴化锂制冷机；3、天然气需求端；4、热能需求端；5、电能需求端；6、冷能需求端；7、蒸汽能需求端；8、园区监控装置；81、访问模块；811、管委会控制终端；812、用户登录终端；82、应用模块；821、功率预测子模块；822、优化计算子模块；823、控制策略子模块；824、智能调度子模块；83、数据模块；831、数据存储子模块；832、数据处理子模块；833、数据调用子模块；84、通讯模块；841、通讯骨干主网；842、硬件接入子网；9、环境监控模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1和图2所示，为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种综合能源转化装置，包括有：天然气进口端1、电网连接端2、天然气需求端3、热能需求端4、电能需求端5、冷能需求端6、蒸汽能需求端7、以及若干用于进行能源转化的能源转换装置；

天然气进口端1与天然气需求端3直接连接，用于为天然气需求端3提供能源供给；

电网连接端2与电能需求端5直接连接，用于为电能需求端5提供能源供给；

天然气进口端1与蒸汽能需求端7之间连接有用于将天然气转换为蒸汽能的燃气锅炉11，天然气进口端1与电能需求端5之间连接有用于将天然气转化为电能的燃气轮机12，天然气进口端1与热能需求端4之间连接有用于将天然气转为热能的燃气内燃机13；

电网连接端2与热能需求端4连接有用于将电能转换为热能的热泵21，电网连接端2与冷能需求端6之间连接有用于将电能转化为冷能的电制冷机22，电网连接端2与蒸汽能需求端7之间连接有用于将电能转化为蒸汽能的电极锅炉23；

热能需求端4与蒸汽能需求端7之间连接有用于将热能转化为蒸汽能的余热锅炉24和用于将蒸汽能转化为热能的换热器25，蒸汽能需求端7与冷能需求端6之间连接有用于将蒸汽能转换为冷能的蒸汽溴化锂制冷机26；

燃气轮机12和燃气锅炉11和燃气内燃机13分别与余热锅炉24连接，用于将做功后产生的乏气输送至余热锅炉24，作为余热锅炉24加热水的能量来源；

热泵21和电制冷机22和电极锅炉23分别与蒸汽溴化锂制冷机26连接，用于将发电过程中所产生的废气作为蒸汽溴化锂制冷机26的能量来源。

本实用新型的设计，通过在园区内搭建设备组件，通过一套完整的设备体系，当引入天然气或者电能时，通过客户需求转化成对应的能量，该设备能够满足绝大多数园区使用，园区类型包括有医院园区、交通枢纽园区、工业园区、工厂园区、数据中心园区、宾馆园区、区域能源中心园区、办公楼园区、商业园区、社区住宅园区。不同性质的用户有着不同的用能需求和特性，作为综合能源项目建设运营主体，选取合适的目标用户是首要任务。根据园区实际条件合理地选择接收用户能够通过用能需求的互补最大程度地实现能源的梯级利用，削峰填谷平缓园区的负荷曲线，以最低的成本满足用户需求，并有利于可再生能源的充分利用。

其次在设备运转过程中，各个能源转换装置能将转换过程中的废料(该设备无法成功转化的能材)转送给其他有需求的设备，作为基础的起步能源，从而达到合理利用资源，提高经济效应的作用，本设备能够允许各种不同类型的供应方和消耗方参与进综合能源系统中，有效发挥各个角色的作用，使得不同类型的能源供给与调配合理得当，能够大幅度提高各种能源的生产、生活利用率，可持续性较好。

余热锅炉24包括有主进气孔和第一进气孔和第二进气孔以及第三进气孔，第一进气孔与燃气轮机12连接，第二进气孔与燃气锅炉11连接，第三进气孔与燃气内燃机13连接，第一进气孔和第二进气孔以及第三进气孔上均设置有单向导气阀和第一气体监测器。

蒸汽溴化锂制冷机26上设置有与热泵21连接的第四进气孔和与电制冷机22连接的第五进气孔以及与电极锅炉23连接的第六进气孔，第四进气孔和第五进气孔以及第六进气孔内均设置有单向气阀和第二气体监测器。

该第一进气孔和第二进气孔以及第三进气孔，第四进气孔和第五进气孔以及第六进气孔的设计，保证其他设备进气过程中不会相互阻碍，保证气体不会到处流窜，相互干扰，除此之外设计有单向气阀和单向导气阀，能够避免气体倒流造成其他气体去到另一个设备内，造成混合气体，触发故障。

第一气体监测器和第二气体监测器的设计，当废气量不正常时能够立马进行警报操作并且关闭对应的气阀，管理者能够对对应的能源转换装置进行检修。

天然气需求端3包括有用于响应用户需求的气负荷设备和用于储气的储气罐，热能需求端4包括有用于响应用户需求的热负荷设备，电能需求端5包括有用于响应用户需求的电负荷设备和用于储电的蓄电池，冷能需求端6包括有用于响应用户需求的冷负荷设备和用于储冷的蓄冷罐，蒸汽能需求端7包括有用于响应用户需求的蒸汽负荷设备和用于储热的储热槽。

比如1、燃气锅炉11：天然气清洁高效且方便运输，是燃气锅炉11理想的一次能源。天然气耗量是这类燃气锅炉11主要的运行成本，可以通过厂家提供的制热系数来计算产生一定量热功率需要消耗的天然气量。

2、电热锅炉(热泵21)：是一种典型的电制热设备，采用电能驱动，可将电能直接转化为热能，是一种把水加热至有压力的热水或蒸汽(饱和蒸汽)的热力设备。电锅炉本体主要由电炉钢壳、计算机控制系统、低压电气系统、电加热管、进水管、出水口管和测试仪器组成，它无需炉膛、烟道和烟囱，也无需储存燃料的场地，极大地减少了常规燃煤锅炉带来的污染。电热锅炉具有无污染，无噪声，占地面积小，安装使用方便，全自动，安全可靠，热效率高达98％以上等特点，是一种绿色环保设备。目前，电热锅炉主要采用电阻式管式电热锅炉。燃料化学能在高温下(900-1000℃)通过内燃机、燃气轮机12或蒸汽轮机转化为电能，效率可达32％-40％；中温余热既可直接通过热泵21进一步转换动力，也可通过吸收式制冷的方式用于供冷系统；低温余热则用于各园区用户的供热系统。

电网连接端2包括有市电连接端和可再生发电连接端，可再生发电连接端包括有光伏发电、风力发电、光热发电。

还包括有一个园区监控装置8，园区监控装置8包括有访问模块81、应用模块82、数据模块83、通讯模块84；

数据模块83包括有数据存储子模块831、数据处理子模块832、数据调用子模块833，数据存储子模块831用于采集各能源转换装置工作频率、转化效率等数据；

数据处理子模块832与数据存储子模块831连接，用于根据采集的数据生成对应图表，并重新存储于数据存储子模块831内；

数据调用子模块833与数据存储子模块831连接，用于调用数据、图表；

访问模块81包括有管委会控制终端811和用户登录终端812；

通讯模块84包括有通讯骨干主网841和硬件接入子网842；

应用模块82与数据模块83连接，包括有功率预测子模块821、优化计算子模块822、控制策略子模块823、智能调度子模块824。

先进的信息通信技术是园区综合能源管控的重要关键技术,其中信息技术包括数据的收集、编码、解码、转换、处理、储存和检索等技术,通信技术则主要指信息的传输、网络交替、移动通信、无线传输等。从信息技术方面看,园区互联网需要智能计量并实时采集各类型能源和负荷信息；从通信架构上来看,园区互联网主要分为管委会主站、骨干主网、接入子网和终端四部分。

园区综合能源管控对象主要为光伏、风机和冷热电联供系统,鉴于冷热电联供系统的可控性和新能源出力的不稳定性,故需要对光伏发电及风力发电进行功率预测,以完成中长期交易合同电量的购买和日前调度曲线的优化控制。

由于日照的昼夜性,光伏发电具有较大的间歇性,且受气象、环境条件的影响,故光伏功率的预测需结合大量的历史数据和气象预测数据,从时间尺度上可分为中长期(1-6月)、短期(1-3天)和超短期(0-4小时)功率预测。同光伏功率预测技术类似,波动性更大的风功率预测技术也是园区综合能源管控需要面对的问题。

优化计算技术主要指如何在给定最优化运行目标函数和运行边界的情况下,园区中央控制系统根据各类数据最优化计算控制结果。考虑到需要与实时调度相匹配,因此采用的优化算法必须具有快速的收敛性。

随着时间尺度的不断缩短,综合能源功率预测的精度不断提高,冷热电负荷需求也可能发生变化,因此需要在日前优化调度控制的基础上完成实时优化控制。此外,在遇到雷击、电压闪断、重负荷切除、光伏或风机出力波动、黑启动等多种临时性工况时,相应的控制策略将进行迅速响应,以维持整个园区综合系统的安全运行,不会影响到园区用户的正常生产生活。

根据园区实际条件合理地选择接收用户能够通过用能需求的互补最大程度地实现能源的梯级利用，削峰填谷平缓园区的负荷曲线，以最低的成本满足用户需求，并有利于可再生能源的充分利用。

园区监控装置8还包括有环境监控模块9，环境监控模块9包括有风速仪、温度仪、光强仪，环境监控模块9与可再生发电连接端连接，用于控制可再生发电连接端的启闭。环境监控模块9实时考量当地天气信息，根据天气状况开展可再生发电连接端的启闭，确保达到节省能源的作用。

数据存储子模块831还存储有各种园区类型和各种园区对应的能源储备状态，智能调度子模块824用于根据所在园区进行对应的能源储备操作。根据研究表明：1、医院园区，热负荷需求高、冷负荷需求高、备用电需要高；2、工厂园区，热负荷需求高、冷负荷需求低、备用电需求中等；3、商业园区，热负荷需求低、冷负荷需求高、备用电需求低。所以不同的园区对应着不同能源需求。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。