电锅炉节能供电系统及其方法与流程

本发明属于供电领域，具体地涉及一种电锅炉节能供电系统及其方法。

背景技术：

近年来，能源与环境是全世界面临的紧迫课题，中国是目前世界上第二大能源生产国和消费国，其中采暖能耗约占能源总消耗的1/4。我国北方地区大部分尤其是黄河以北省市是必须采暖的区域，需要采暖的范围遍布全国17个省、市、自治区，占全国面积的60％以上，采暖人口达7亿以上，据估算每年冬季单纯用于整体供暖的能源成本折合人民币近700亿元，占全国能源总消耗的1/4左右。其中集中供热占全国整体供热的90％以上，所以集中供热对我国的节能减排和能源高效利用起着举足轻重的作用。至2008年，我国集中供暖总面积就达28.6亿平方米。目前，城市供暖方式大致分为集中供暖和分户供暖，集中供暖又包括城市热力管网供暖和区域锅炉房供暖，分户供暖主要包括分户式燃气采暖炉供暖和家庭空调供暖，以及少量烧煤取暖的老平房。

以北京市为例，北京市“十一五”时期供热发展规划指出：在保证全市供热需求的前提下，加快大型热源建设，大力推进资源整合，积极发展城市热力网和天然气供热，广泛应用清洁煤燃烧技术，提高环保水平，鼓励应用新能源和可再生能源供热，合理应用电供热，从而推动供热方式的改变和供热能源结构的调整。

目前，用于供暖的锅炉主要有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和电锅炉等，每一种锅炉都有其优缺点，例如：

燃气锅炉：这是政府目前推荐使用的供暖锅炉，而且很多地方正在实行煤改气政策。优点：高效、清洁、环保是燃气锅炉最大的优点。但目前全球能源供应紧张，天然气、石油液化气等燃料价格逐年高涨，燃气锅炉运行成本居高不下，给用户带来沉重的经济负担，限制了燃气锅炉的广泛使用，只有通燃气管道的小区才可以享用，此外供暖大量消耗天然气，容易引起“气荒”。

电锅炉：是近几年比较流行的取暖方式。优点：使用方便，温度可自调，占地面积小，可带生活热水。缺点：适用于百十平米取暖，运行费用较高，比其他几种锅炉的供暖费用都高。

另外，若电锅炉集中化放置，会导致用电需求大，使得变电站和电力扩容压力增大。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种电锅炉节能供电系统及方法，并且能够对现有电锅炉进行改造已达到节约电能的目的。其造价较低，能够节约大量电能，并且能够根据历史用水时间预测电能损耗量，避免瞬时用电需求大，减小变电站的压力。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种电锅炉节能供电系统，其包括远程控制中心、控制器、供电模块、多个电锅炉、储能单元、照明模块、监控模块以及通风模块，所述供电模块包括低压配电单元、中压配电单元以及负荷计算单元，所述低压配电单元、中压配电单元以及负荷计算单元分别与所述控制器电连接并受控于所述控制器，所述控制器、多个电锅炉、储能单元、照明模块、监控模块以及通风模块分别与所述远程控制中心通讯连接，所述电锅炉包括外壳及外壳中设置的至少一个加热组件、电源组件、控制组件、入水管、出水管、软水装置、补水装置和自动排气阀，所述控制组件与所述远程控制中心通讯连接，所述加热组件包括并排设置的多根传热管、夹设在每两根传热管之间的多个发热体、以及包围所述传热管和发热体的保护罩；所述储能单元包括壳体以及设置在所述壳体内部的蓄热体、换热器以及温度控制组件，所述蓄热体内部设置有电加热介质以及蓄热介质，所述蓄热体的周围设置有降温通道，所述降温通道的周围设置有保温材料，所述换热器设置在所述降温通道内部，所述换热器连接有输入水管道和输出水管道，所述输出水管道设置有温度控制组件，所述发热体为碳素晶体颗粒发热体；所述两根传热管交叉缠绕在所述发热体的外部，所述电加热介质为相互交缠的多根铜线，所述多根铜线相互编织缠绕在一起；所述低压配电单元包括低压配电柜，所述低压配电柜设置在锅炉房内部，所述低压配电柜设置有多个配电模块，所述多个配电模块分别电连接照明模块、监控模块以及通风模块，所述中压配电单元的高压交流输入端连接高压配电线，所述中压配电单元的出线端分别连接多个电锅炉的电源组件以及储能单元，所述负荷计算单元包括电量计算模块以及多个电能表，所述每个电锅炉以及储能单元均分别连接有一个电能表，所述低压配电柜连接有一个电能表，所述电量计算模块用于对多个电能表的电量进行计算；所述电锅炉的出水管与所述储能单元的输出水管道分别连接用水单元，所述电锅炉的出水管上设置有第一电磁阀，所述储能单元的出水管上设置有第二电磁阀，所述控制器内部设置有第一时间范围阈值，在第一时间范围阈值内，所述控制器控制连通中压配电单元的供电对电锅炉及储能单元进行供电加热，并打开第一电磁阀关闭第二电磁阀，利用电锅炉对用水单元进行供水，在第一时间范围阈值外，所述控制器控制中压配电单元断电，并打开第二电磁阀关闭第一电磁阀，利用储能单元对用水单元进行供水；所述第一时间范围阈值通过以下步骤计算获得：

s1、控制器利用储能单元内置的时钟芯片,根据储能单元的输出水管道的供水阀门的开闭时间,计算一定时间值内的用户历史用水时间，并计算用户每天的平均用水时间；

s2、根据所述储能单元连接的电能表获取历史电能消耗，并计算一定时间值内每天的平均电能消耗；

s3、根据用户历史用水时间以及历史电能消耗，利用多项式拟合曲线算法获得以下公式：

其中xtime为供水时间，ki为供水时间的系数，w为电能；

s4、取i的最大值n值为10，根据上述公式获取用户24小时内用水时间曲线；

s5、根据公式绘制拟合曲线，输入24小时所能承受的储能单元的最大电能损耗，获取该电能损耗下的用水时间，该用水时间即为第一时间范围阈值。

优选地，所述ki通过泰勒算法进行计算。

优选地，所述中压配电单元包括电源供应单元以及控制芯片，

所述电源供应单元包括高压交流输入端、变压器t1、多个支路、加热器r1、d1桥式整流电路、vr1线性稳压芯片以及滤波器c1、滤波器c2和滤波器c3，

所述高压交流输入端的一个端部连接电网上的高压交流电，所述高压交流输入端的另一个端部连接变压器t1的输入端，所述变压器t1将高压交流电转变为中压交流电，所述变压器t1的输出端连接各个支路以连接各个电锅炉为各个电锅炉供电；

所述变压器t1的两个输出端ac1和ac2分别连接d1桥式整流电路的输入端，d1桥式整流电路的输出端连接vr1线性稳压芯片的输入端，vr1线性稳压芯片的输出端经过滤波器c1、滤波器c2和滤波器c3滤波获得纹波系数小的直流电，给控制芯片供应直流电；

所述控制芯片通过管脚heat_contrx(0-7)输出控制信号连接u5光耦的输入端，u5光耦的输出端连接q1三极管的基极，q1三极管的发射极连接继电器k1的输入端，通过三极管的放大作用连接继电器k1的控制脚以控制继电器闭合或开断从而控制加热电路供电或断电。

优选地，所述保温材料为纳米绝热板保温材料。

优选地，所述电锅炉的控制组件以及所述储能单元的温度控制组件分别与所述远程控制中心通讯连接，所述远程控制中心内部设置有电锅炉供水温度曲线，所述供水温度曲线通过用户历史用水温度获得。

优选地，所述中压配电单元的进线端连接有生物质供电系统，当电量计算模块计算的瞬时电量超过用电阈值时，所述控制器切断中压配电单元与所述高压配电箱的电连接并连通中压配电单元与生物质供电系统。

优选地，所述生物质发电系统包括两台生物质循环流化床锅炉、一台抽凝式汽轮发电机组以及脱硫脱硝设备。

优选地，所述监控模块包括多个分别设置在每个电锅炉附近的高清摄像头以及设置在一个锅炉房内的区域报警器，所述多个高清摄像头分别与所述区域报警器的输入端通讯连接，所述区域报警器的输出端连接所述远程控制中心的输入端。

优选地，本发明还提供一种电锅炉节能供电方法，其包括以下步骤：

s1、计算第一时间阈值，具体计算步骤如下所述：

①控制器利用储能单元内置的时钟芯片,根据储能单元的输出水管道的供水阀门的开闭时间,计算一定时间值内的用户历史用水时间，并计算用户每天的平均用水时间；

②根据所述储能单元连接的电能表获取历史电能消耗，并计算一定时间值内每天的平均电能消耗；

③根据用户历史用水时间以及历史电能消耗，利用多项式拟合曲线算法获得以下公式：

其中xtime为供水时间，ki为供水时间的系数，w为电能；

④取i的最大值n值为10，根据上述公式获取用户24小时内用水时间曲线；

⑤根据公式绘制拟合曲线，输入24小时所能承受的储能单元的最大电能损耗，获取该电能损耗下的用水时间，该用水时间即为第一时间范围阈值；

s2、在第一时间范围阈值内，所述控制器控制连通中压配电单元的供电对电锅炉及储能单元进行供电加热，并打开第一电磁阀关闭第二电磁阀，利用电锅炉对用水单元进行供水；

s3、在第一时间范围阈值外，所述控制器控制中压配电单元断电，并打开第二电磁阀关闭第一电磁阀，利用储能单元对用水单元进行供水；

s4、电量计算模块对多个电能表的电量进行计算，当电量计算模块计算的瞬时电量超过用电阈值时，所述控制器切断中压配电单元与所述高压配电箱的电连接并连通中压配电单元与生物质供电系统。

优选地，当电锅炉出现故障时，所述远程控制中心根据其内部设置的电锅炉供水温度曲线对电锅炉的加热温度进行修正。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

①本发明提供一种利用谷电为电锅炉进行供电的系统及方法，并且能够对现有电锅炉进行改造已达到节约电能的目的。其造价较低，能够节约大量电能，并且能够根据历史用水时间预测电能损耗量，避免瞬时用电需求大，减小变电站的压力。

②本发明的储能单元的蓄热体基于固体蓄热材料，能够在用电低峰期将多余的电能转换为热能进行存储，蓄热介质的蓄热温度达到800度以上，能够在用电高峰期将此部分能量进行释放，满足加热系统的加热需求，减少了电能的浪费。

③本发明还设置有生物质发电系统对储能单元进行补充供电，弥补了市电的不足之处，保证了用户的用水，生物质锅炉的能源损耗比之前的燃煤锅炉损耗小、对环境造成污染低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电锅炉的结构示意图；

图3为本发明的低压配电单元的结构示意图；

图4a为本发明的中压配电单元的电路结构示意图之一；

图4b为本发明的中压配电单元的电路结构示意图之二；

图5为本发明的储能单元的结构示意图；

图6为本发明的供水使用示意图；以及

图7为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种电锅炉节能供电系统，如图1所示，其包括远程控制中心1、控制器2、供电模块3、多个电锅炉4、储能单元5、照明模块6、监控模块7以及通风模块8，供电模块3包括低压配电单元31、中压配电单元32以及负荷计算单元33，低压配电单元31、中压配电单元32以及负荷计算单元33分别与控制器2电连接并受控于控制器2，控制器2、多个电锅炉4、储能单元5、照明模块6、监控模块7以及通风模块8分别与远程控制中心1通讯连接。

监控模块7包括多个分别设置在每个电锅炉附近的高清摄像头以及设置在一个锅炉房内的区域报警器，多个高清摄像头分别与区域报警器的输入端通讯连接，区域报警器的输出端连接远程控制中心1的输入端。

区域报警器通过高清摄像头对电锅炉进行监控，当电锅炉附近发生状况时，区域报警器进行声光报警并且向远程控制中心1发出信号。

负荷计算单元33包括多个电能表以及电量计算模块，每个电锅炉均连接有一个电能表，低压配电柜连接有一个电能表。多个电能表分别与电量计算模块通讯连接，电量计算模块用于对多个电能表的用电量进行统计计算。

如图2所示，电锅炉4包括外壳41及外壳41中设置的至少一个加热组件42、电源组件43、控制组件44、入水管45、出水管46、软水装置47、补水装置48和自动排气阀49，控制组件44与远程控制中心1通讯连接。出水管46设置有出水口460，入水管45连接有软化水装置451、水泵452和入水口453。

外壳41内适当位置布置小功率泵送装置410，用于使电采暖炉内流体流动加速，防止阻塞管网以及避免干烧。

加热组件42包括并排设置的多根传热管、夹设在每两根传热管之间的多个发热体、以及包围传热管和发热体的保护罩，发热体为碳素晶体颗粒发热体。两根传热管交叉缠绕在发热体的外部，能够增大传热效率，减少能源消耗，提高电锅炉的功效。

如图3所述，低压配电单元31包括低压配电柜310，低压配电柜310设置在锅炉房内部，低压配电柜310设置有多个配电模块311，多个配电模块311分别电连接照明模块6、监控模块7以及通风模块8。

如图4a及图4b所示，中压配电单元32的进线端连接高压配电线，中压配电单元32的出线端分别连接多个电锅炉的电源组件以及储能单元。

中压配电单元32包括电源供应单元以及控制芯片，

电源供应单元包括高压交流输入端、变压器t1、多个支路、加热器r1、d1桥式整流电路、vr1线性稳压芯片以及滤波器c1、滤波器c2和滤波器c3，

高压交流输入端的一个端部连接电网上的高压交流电，高压交流输入端的另一个端部连接变压器t1的输入端，变压器t1将高压交流电转变为中压交流电，变压器t1的输出端连接各个支路以连接各个电锅炉为各个电锅炉供电；

变压器t1的两个输出端ac1和ac2分别连接d1桥式整流电路的输入端，d1桥式整流电路的输出端连接vr1线性稳压芯片的输入端，vr1线性稳压芯片的输出端经过滤波器c1、滤波器c2和滤波器c3滤波获得纹波系数小的直流电，给控制芯片供应直流电；

控制芯片通过管脚heat_contrx(0-7)输出控制信号连接u5光耦的输入端，u5光耦的输出端连接q1三极管的基极，防止高压损失数字电路，通过三极管的放大作用连接继电器k1的控制脚以控制继电器闭合或开断从而控制加热电路供电或断电。

各路电能表(u1/u2……)通过数据线485+和数据线485-的485总线连接控制器2，将采集电能消耗数据上传。控制器2通过管脚连接温度传感器(s1/s2……)获取电锅炉实时温度信息，以对电锅炉的温度进行控制，防止过热或冻结。

如图5所示，储能单元5包括壳体51以及设置在壳体51内部的蓄热体52、换热器53以及温度控制组件54，蓄热体52内部设置有电加热介质以及蓄热介质，蓄热体52的周围设置有降温通道55，降温通道55的周围设置有保温材料56，换热器53设置在降温通道55内部，换热器53连接有输入水管道和输出水管道，输出水管道设置有温度控制组件。

优选地，保温材料为纳米绝热板保温材料。电加热介质为相互交缠的多根铜线，多根铜线相互编织缠绕在一起，形成编织框的结构，换热器内部设置有加热管，加热管内部设置有导流片。

如图7所示，电锅炉4的出水管与储能单元5的输出水管道分别连接用水单元100，电锅炉4的出水管上设置有第一电磁阀101，储能单元5的出水管上设置有第二电磁阀102。

控制器2内部设置有第一时间范围阈值，在第一时间范围阈值内，控制器2控制连通中压配电单元32的供电对电锅炉及储能单元进行供电加热，并打开第一电磁阀关闭第二电磁阀，利用电锅炉对用水单元进行供水，

在第一时间范围阈值外，控制器2控制中压配电单元断电，并打开第二电磁阀关闭第一电磁阀，利用储能单元对用水单元进行供水。

第一时间范围阈值通过以下步骤计算获得：

s1、控制器利用储能单元内置的时钟芯片,根据储能单元的输出水管道的供水阀门的开闭时间,计算一定时间值内的用户历史用水时间，并计算用户每天的平均用水时间；

s2、根据储能单元连接的电能表获取历史电能消耗，并计算一定时间值内每天的平均电能消耗；

s3、根据用户历史用水时间以及历史电能消耗，利用多项式拟合曲线算法获得以下公式：

其中xtime为供水时间，ki为供水时间的系数，w为电能；

s4、取i的最大值n值为10，根据上述公式获取用户24小时内用水时间曲线；

s5、根据公式绘制拟合曲线，输入24小时所能承受的储能单元的最大电能损耗，获取该电能损耗下的用水时间，该用水时间即为第一时间范围阈值。

优选地，本发明还提供一种电锅炉节能供电方法，如图7所示，其包括以下步骤：

s1、计算第一时间阈值，具体计算步骤如下所述：

①控制器利用储能单元内置的时钟芯片,根据储能单元的输出水管道的供水阀门的开闭时间,计算一定时间值内的用户历史用水时间，并计算用户每天的平均用水时间；

②根据储能单元连接的电能表获取历史电能消耗，并计算一定时间值内每天的平均电能消耗；

③根据用户历史用水时间以及历史电能消耗，利用多项式拟合曲线算法获得以下公式：

其中xtime为供水时间，ki为供水时间的系数，w为电能；

④取i的最大值n值为10，根据上述公式获取用户24小时内用水时间曲线；

⑤根据公式绘制拟合曲线，输入24小时所能承受的储能单元的最大电能损耗，获取该电能损耗下的用水时间，该用水时间即为第一时间范围阈值；

s2、在第一时间范围阈值内，控制器控制连通中压配电单元的供电对电锅炉及储能单元进行供电加热，并打开第一电磁阀关闭第二电磁阀，利用电锅炉对用水单元进行供水；

s3、在第一时间范围阈值外，控制器控制中压配电单元断电，并打开第二电磁阀关闭第一电磁阀，利用储能单元对用水单元进行供水；

s4、电量计算模块对多个电能表的电量进行计算，当电量计算模块计算的瞬时电量超过用电阈值时，控制器切断中压配电单元与高压配电箱的电连接并连通中压配电单元与生物质供电系统。

优选地，当电锅炉出现故障时，远程控制中心根据其内部设置的电锅炉供水温度曲线对电锅炉的加热温度进行修正，防止电锅炉的温度过高或过低，对电锅炉进行保护，延长电锅炉的使用寿命。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。