一种风光互补直驱耦合式清洁能源供暖系统的制作方法

本发明涉及风能制热相关，特别涉及一种风光互补直驱耦合式清洁能源供暖系统。

背景技术：

1、与传统能源相比，清洁能源的可再生性和丰富的天然储量极具优势，尤其是在远离中心城市、居住不集中的工业或居住区，传统能源的短缺与太阳能、风能资源的极大丰富形成鲜明对比。国家煤改电政策的大力推行，三北地区“弃风弃光”形势的加剧，不断助力太阳能、风能等清洁能源创新技术研究和创新应用发展突飞猛进，逐渐从传统的风力发电、太阳能发电、风光互补发电等成熟技术向可再生能源供暖供热新技术、新装备研发转变。基于清洁能源的融合互补和多产业联供已经成为现阶段区域能源发展领域关注的重点。

2、清洁能源供暖供热始于太阳能热水器的利用，根据采暖方式不同可分为主动式太阳能功能系统供暖和被动式太阳能辐射采暖，其中90%以上使用的是平板集热器。伴随太阳能光热技术及产业的发展，一些新型塔式聚光集热器、槽式聚光集热器、碟式聚光集热器陆续出现，但绝大多数也都是以提升光-电转化效率为目标应用于太阳能发电领域，并且受天气、昼夜等自然因素影响很大。

3、风能作为第二大新型环保清洁能源，由于可挖掘能量大、无污染等特点，在发电和新型环保供暖领域的规模化开发前景和商业化发展潜力不亚于太阳能。但现阶段的风能直驱式采暖供热，本质上都还是风电供暖，采用的是风能—电能—热能间接转换模式，受限于风能与电能之间较低的转化率，其系统能量利用率和热能转化效率最高也只能达到 15%左右，且同等能量输出条件下的系统规模比较庞大，只能用在地域开阔的独立建筑供暖。上世纪末，采用风力搅拌液体或者风力挤压液体的风力致热技术成功探索出风能-机械能-热能直接转换模式，迂回解决了风能-电能低转化效率的问题，系统总的热转化效率可达30%-40%。但迄今为止，也仅限于个别研究者的机理探索和试验装置验证，尚未出现实际的工程应用，尤其是关于一些新型高效风力致热装置的研究，基本处于停滞阶段。

4、基于太阳能、风能与热能的转换利用基本模式，国内外现阶段风光互补供暖系统的主要集中在风光联合发电供热或者风电光热两种形式，在一定程度上弥补了单一能量来源的不稳定性和随机性。有研究认为，风电光热的供热能力相对较强，但由于其在太阳能集热装置方面主要采用的还是传统平板型集热器和真空管式集热器，热能转化效率低，热损失大，成本高，整个供暖系统对于对光照和风速的要求也高，示范性远大于实用性，很难得到实际推广应用。现阶段国内大部分风光互补型供热系统才用的还是较为成熟的风电联合发电供热技术，也就是将太阳能、风能先经传统技术发电，然后再利用电加热器、电锅炉等电热设施实现供暖供热，其能源利用效率不仅受限于光电、风电转化效率，还与配套电热设施密切相关，清洁能源的综合利用率非常低，匹配容量下的供暖系统建设投资大于终端用户建筑投资，无法满足严寒地区独立式或区域范围内清洁能源的统筹利用与有效供给。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风光互补直驱耦合式清洁能源供暖系统；实现多品位热能耦合互补的独立式清洁能源供暖系统，不依存其他第三种能源形式，能量转化利用率高、完全独立自主供给、全生命周期零排放，为清洁能源创新利用与消纳开辟了新途径，具有重要的技术价值和工程意义。

2、为实现上述目的，本发明一种风光互补直驱耦合式清洁能源供暖系统；所述清洁能源供暖系统包括聚光太阳能集热器、风机驱动机械式热泵机组制热装置、耦合蓄热供暖系统、智慧能量管控系统和太阳能辅助供电储能系统；所述聚光太阳能集热器适于吸收太阳能，且其通过管路与耦合蓄热供暖系统连接；所述风机驱动机械式热泵机组制热装置适于风能通过机械能直接转换为热能，且其通过管路与耦合蓄热供暖系统连接；所述耦合蓄热供暖系统适于热量的存储和输出；所述太阳能辅助供电储能系统适于给本清洁能源供暖系统提供电力输出；所述智慧能量管控系统分别与聚光太阳能集热器、风机驱动机械式热泵机组制热装置、耦合蓄热供暖系统和太阳能辅助供电储能系统配合连接。

3、优选的，所述聚光太阳能集热器包括聚光反射碟盘和集热装置；所述集热装置通过碟盘圆周拉杆固定在聚光反射碟盘的焦点位置，聚光反射碟盘边缘处设置有太阳能辐照测试仪。

4、优选的，所述聚光反射碟盘包括龙骨框架和扇形背板；所述扇形背板匹配安装在龙骨框架上，在扇形背板上配合安装有反射镜片；所述聚光反射碟盘的镜面通过自动追光机构对准太阳入射角度，辐射到碟盘上的太阳光通过镜片的反射作用聚集到焦点处的集热装置内部。

5、优选的，所述集热装置是立方体结构，在朝向聚光反射碟盘的一面设置有圆孔，在圆孔内布置喇叭型金属盘管；在圆孔的孔口设置盘管进出并向下方延伸至耦合蓄热供暖系统；由聚光反射碟盘反射过来的太阳光通过圆孔聚焦进入集热装置内部，焦点处太阳光转化为热能并加热盘管中的导热介质，进而热量传输至耦合蓄热供暖系统中实现热量输出和利用。

6、优选的，所述耦合蓄热供暖系统包括储热供水箱和冷热耦合罐；所述储热供水箱与集热装置配合连接，所述风机驱动机械式热泵机组制热装置通过冷热耦合罐与用户供热网连接。

7、优选的，所述风机驱动机械式热泵机组制热装置包括风力驱动装置和机械式热泵机组，风力驱动装置与机械式热泵机组匹配连接，且机械式热泵机组与冷热耦合罐配合连接。

8、优选的，所述机械式热泵机组为分级控制的单机准二级压缩结构形式，包括压缩机、蒸发器和冷凝器；所述压缩机和蒸发器为安装在室外机，适用于制冷工质与外界的热交换，冷凝器安装在室内机，适用于制冷工质与循环水的热交换。

9、优选的，所述智慧能量管控系统由一级控制系统和二级控制系统组成，一级控制系统为能量调控系统，适于对二级控制系统进行调控；所述二级控制系统包括：聚光器控制系统、风机驱动机械式热泵机组制热装置、监控系统和报警系统，二级控制系统适于对各自的控制单元进行调控；所述监控系统适于对辐照强度、风速、环境温度、工质温度、管道压力和管道流量参数进行监控。

10、优选的，所述太阳能辅助供电储能系统包括太阳能光伏阵列和电池储能装置；所述太阳能光伏阵列与电池储能装置配合连接。

11、有益效果：

12、本发明技术方案，采用的太阳能-热能、风能-热能直接转换技术，极具创新优势，可以大幅度提高清洁能源的利用效率，增加有效供给，供暖制热效果远超现阶段常见的清洁能源-电能-热能转换技术，太阳能集热效率可达86%以上，风能制热效率可达60%以上；采用热-电耦合、储供一体的复合技术，实现风光高效融合利用，弥补自然资源的不稳定和随机性，自给自足，运行稳定可靠，有效减少燃煤污染，在节能减排、清洁能源创新消纳、区域能源综合利用等领域具有广泛地推广应用价值；采用多品位耦合蓄热供暖系统，储热水箱、冷热耦合罐、循环管组成双层网格化冷热交换，可以充分统筹闭合管网内的所有热量，协调高、低品位热能之间的互补促进，实现系统最大热能循环利用，在不依存于任何第三种能源的前提下，满足完全独立的分布式清洁能源供暖和供热水需求。是一种有效解决“边海偏无”区域用电取暖困难的可靠技术途径，也是在一般发电上网基础上进一步扩大清洁能源消纳，实现智慧能源与公共管网之间的互联互通，促进社会能源结构优化调整的创新方向。本发明所用硬件模块均为现有技术，是市场常见模块，降低硬件开发成本。