一种热能和电能集成化微网系统的制作方法

本发明涉及一种集成化的微网系统，具体地说是一种热能和电能集成化微网系统。

背景技术：

电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行，并能通过固态开关在两种运行模式之间进行切换；保持有功、无功功率平衡时对电力系统稳定的基本要求，对电网也是如此，但是由于分布式电源具有的间歇性和波动性特点，并且负荷的变化也具有随机性，给电网的稳定运行带来挑战。

通过有效的储能技术可以很好地解决这一问题，储能管理系统监测分布式电源的状态，了解并预测分布式电源的出力，调节储能系统工作状态以维持功率平衡，减少分布式电源对电网产生的一系列不良影响。在微网孤岛运行时，储能系统可以平抑功率波动，保持供电频率稳定，以及在电网内部电压波动时，储能系统可以提供无功补偿，保持电压稳定，提高微网内的电能质量。

此外，微网在并网与孤岛两种工作模式转换时，往往会有一定的功率缺额，此时安装在微网中的储能装置就能保证系统在这两种模式下的平稳过渡，保证系统的稳定。因此，储能技术对于实现微网的安全稳定运行、提高可再生能源利用效率起着重要的作用，储能技术成为微网核心技术之一

然而，微网现有技术多数从分布式光伏发电起步、配合小型风电场、生物质发电等其他可再生能源发电进行研究和专利保护，很少有从储能端出发，包括电能和热能为主要能源，如何以储电能和储热能为核心，将热能和电能进行调度从而达到节能目的是一个亟待解决的技术难题，另外，现有生活中，由于热能和电能难以有效互联，城市集中供热问题突出，为了实现供热，小锅炉遍地开花，存在污染环境问题，再者，这种供热方式还存在能源浪费严重等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使热能和电能进行互联，从而解决环保问题以及提高能源利用率的热能和电能集成化微网系统。

为了解决上述技术问题，本发明的热能和电能集成化微网系统，包括市电、可再生能源发电、热能和储能装置，市电、可再生能源发电、热能和储能装置均通过通电线路接入能源路由器，能源路由器与电网连接，能源路由器与用能终端连接并能够将电能分配给用能终端的用户或储能装置或并入电网。

所述储能装置包括用于热能储存的储热装置和用于电能存储的储电装置，所述储热装置通过热管道直接接入热能产生装置，所述储电装置再通过控制器与外部设施连接。

所述可再生能源发电、热能产生装置、储能装置和用能终端均安装有信号采集设备并能够将各自的发电、热能、储能、用电、用热信息通过通讯网络上传到服务器并由服务器分配电能和热能。

所述可再生能源发电包括风电、光伏发电、生物质发电，所述热能包括太阳能热、天然气热、电热。

所述能源路由器通过电网连接热水器从而使热水器产生热蒸汽，所述热水器经过用于对热蒸汽进行存储的热汽蒸罐连接热汽轮机，并能够使进入并存储在热汽蒸罐内的热能带动热汽轮机发电，从而能够通过储能装置存储电能、给用能终端的用户使用或接入能源路由器

所述热水器包括电热水器、太阳能热水器、天然气热水器。

一种基于热能和电能集成化微网系统的使用方法，包括以下步骤，

a、再生能源发电接入能源路由器的使用方法为：能源路由器根据用户用电情况决定直接分配给用能终端的用户或储能装置或并入电网；如果用能终端用户正在用电，再生能源发电第一选择是进入用能终端用户的用电设备，如果用能终端用户没有用电需求，第二选择就是进入储能装置储电，储能装置储存满，第三选择就是多余电量并入电网；用能终端用户用电第一选择是再生能源发电；当再生能源发电不够用能终端用户使用时，第二选择是储能装置的电；当再生能源发电和储能装置的储电都不够用是第三选择是电网；

b、热能接入能源路由器的使用方法为：热能通过热管道第一选择是流入用能终端用户的用热设备，如果用热设备已经满负荷，不需要热能；第二选择流向热蒸汽罐，如果用户没需求和热蒸汽罐已满；第三选择就是通过热蒸气机发电，用能终端的用户用热第一选择储热装置的热能，储热装置的热能不够用；第二选择热能产生装置的热能。

本发明的优点在于：

通过将市电、可再生能源发电、热能和储能装置接入能源路由器，能源路由器与电网连接，能源路由器与用能终端连接并能够将电能分配给用能终端的用户或储能装置或并入电网，由此将各种不同类型的能源数据进行整合分配使用，不但大大节省了能源，还大幅度提供了资源利用率以及使用效率，另外，通过该系统设计，不需要再通过小锅炉进行供热，解决了城市集中供热的问题，从而也解决了环保问题并节省了资源，最终不但实现电网的去中心化，还解决了热能的去中心化。

附图说明

图1为本发明热能和电能集成化微网系统的原理框图；

图2为本发明中热能转换的原理框图；

图3为本发明中运行系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的热能和电能集成化微网系统作进一步详细说明。

实施例一：

如图所示，本发明的热能和电能集成化微网系统，包括市电、可再生能源发电（风电、光伏发电、生物质发电等）、热能（太阳能热、天然气热、电热等）和储能装置（储电能和储热能），市电、可再生能源发电、热能和储能装置均通过通电线路接入能源路由器，能源路由器是连接电网和分布式发电，储电、用电的核心装置，它具有分配电能的特点；具体地说可再生能源发电通过电路连接本地控制器（例如：风电为风电控制器、光伏为光伏控制器），由本地控制器经过接口接入能源路由器，热能通过电路连接热电联供控制器，由热电联供控制器经过接口接入能源路由器，储能装置通过电路连接本地控制器（例如锂电池为锂电池控制器），由本地控制器经过接口接入能源路由器，能源路由器与电网连接，能源路由器与用能终端（负载）连接，用能终端（负载）同样通过电路连接本地控制器，由本地控制器经过接口接入能源路由器，可再生能源发电（光伏、风力发电等）、热能产生装置、储能装置和用能终端均安装有信号采集设备，采集电能数据是电压和电流传感器，采集热能数据热敏电偶传感器，各个信号采集设备的信号线分别与可再生能源发电、热能和储能装置以及用能终端的各自的本地控制器（电能）、热电联供控制器（热能）连接并能够将各自的发电、热能、储能、用电、用热等信息通过通讯网络（通讯总线）上传到服务器并由服务器分配电能和热能，从而实现将电能分配给用能终端的用户或储能装置或并入电网的目的，由图1可见，1为可再生能源通讯线、2为热能通讯线、3为储能通讯线、4为用能终端通讯线，可再生能源通讯线、热能通讯线、储能通讯线、用能终端通讯线连接到同一条通讯总线（can总线、gprs、光纤、re485等）上。

进一步地，所说的储能装置包括用于热能储存的储热装置和用于电能存储的储电装置，储热装置通过热管道直接接入热能产生装置，储电装置再通过本地控制器与外部设施连接；优选地，储电一般采用锂电池、铅电池、钠液流电池；储热一般热蒸汽罐，另外，热水器包括电热水器、太阳能热水器、天然气热水器等，能源路由器通过电网连接热水器从而使热水器产生热蒸汽，热水器经过用于对热蒸汽进行存储的热汽蒸罐连接热汽轮机，并能够使进入并存储在热汽蒸罐内的热能带动热汽轮机（蒸汽轮机）发电，从而能够通过储能装置存储电能、给用能终端的用户使用或接入能源路由器并网，另外，热能还可以通过热能转换器直接储热和供热。

实施例二：

一种基于热能和电能集成化微网系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

a、再生能源（光伏、风力等）发电接入能源路由器的使用方法为：能源路由器根据用能终端的用户用电情况决定直接分配给用能终端的用户或储能装置或并入电网；如果用能终端用户正在用电，再生能源发电第一选择是进入用能终端用户的用电设备，如果用能终端用户没有用电需求，第二选择就是进入储能装置（锂电池）储电，储能装置（锂电池）储存满，第三选择就是多余电量并入电网；用能终端用户用电第一选择是再生能源（光伏、风力等）发电；当再生能源（光伏、风力等）发电不够用能终端用户使用时，第二选择是储能装置（锂电池）的电；当再生能源（光伏、风力等）发电和储能装置（锂电池）的储电都不够用是第三选择是电网；

b、热能接入能源路由器的使用方法为：热能（天然气）通过热管道第一选择是流入用能终端用户的用热设备，如果用热设备已经满负荷，不需要热能；第二选择流向热蒸汽罐，如果用户没需求和热蒸汽罐已满；第三选择就是通过热蒸气机发电，后面就是类似可再生能源发电路径运行，用能终端的用户用热第一选择储热装置（热蒸汽罐）热能，热蒸汽罐热能不够用；第二选择热能产生装置（天然气热）。