一种风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统的制作方法

本实用新型属于新能源应用领域，尤其是涉及一种风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统。

背景技术：

当今能源形势紧迫，化石燃料的开采与利用，不仅带来了严重的环境污染和生态系统的破坏，也导致了化石燃料自身濒临枯竭，因此新能源的研究与利用迫在眉睫。近年来，世界各国在新能源的研究与利用领域都投入了很大的人力与物力，且成果丰硕。

现有的研究较多且利用较广泛的新能源主要为风能和太阳能，风能和太阳能发电因其无污染、安全、维护简单、资源永不枯竭等特点，有望成为21世纪最重要的新能源，且两者为清洁能源，可以实现碳的零排放，但由于受限于各地气候、地理等条件的不同而表现出能源的不稳定、不连续性。想要合理高效地对风能和太阳能进行利用，目前还存在较大问题。人类开始努力寻求一种将风能与太阳能有效结合的发电系统，且取得了一定成果。

本实用新型涉及一套风光互补型热电集、蓄、供及多级循环利用的联合系统，目前支撑本实用新型的技术有：风光互补发电、低温低压蒸汽发电、蓄电、相变蓄热、太阳能热水器应用等，以下对这些技术领域做简要介绍。

风光互补发电，利用当地风能和太阳能资源的互补性，将风力发电机组和太阳能光伏电池组整合为一体的发电系统，该系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池组、逆变器、直流交流负载等部件组成。风光互补发电的优点：白天光照强时，风一般较小，晚上没有光照时，风一般较大；夏季，风小而阳光较强，冬季，风大而阳光较弱。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，因此风光互补发电系统形成了资源条件最好的独立电源系统。虽然已有的风光互补系统采用的都是可再生的清洁能源，具有极好的环保效益，但是仍存在一些发展障碍：太阳能和风能都具有不稳定性，不连续性的缺点，已有的风光互补发电系统均采用光伏发电，成本较高，难以大规模发展；已有的风光互补发电系统实质上为风力发电与太阳能发电的两个独立发电系统，未将风能与太阳能进行综合利用，利用效率较低。

蓄电，目前已经使用或可能使用的电力储能系统有抽水蓄能电站、压缩空气蓄能系统、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容等。

相变蓄热，具有相变过程温度变化小、蓄能密度大等优点，成为蓄热技术的研究焦点。要求储存热能的蓄热装置具有体积小,蓄热量大、便于加热、放热和控制等特点。

太阳能热水器，是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，主要以真空管式太阳能热水器为主，占据国内95％的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，真空集热管利用热水上浮、冷水下沉的原理，使水产生微循环。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是提供一种以风光互补发电、低温低压蒸汽发电、太阳能集热、相变蓄热等为技术基础，实现以风光互补发电系统、太阳能热水器等为基础的蓄、供电和热系统中电与热的多级存储及高效利用的目的，适用于广大家庭和企业使用的风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统，包括Ⅰ区和Ⅱ区，所述Ⅰ区为太阳能集热、相变蓄热、水箱储热及用热区，所述Ⅱ区为风光互补及低温低压蒸汽发电、蓄电、用电区；所述Ⅰ区包括相连的太阳能热水器集热系统，相变蓄热器蓄热系统，多功能储热、加热水箱储热加热系统，日常洗浴热水供应系统，用户冬季供暖系统和日常饮用热水供应系统；所述Ⅱ区包括相连的低温低压蒸汽发电系统，风光互补发电系统，多功能储热加热水箱的供电系统，用户空调及冰箱制冷供电系统，用户照明供电系统和相变蓄热、水箱储热加热的智能控制系统。

所述太阳能热水器集热系统包括太阳能热水器，所述相变蓄热器蓄热系统包括相变蓄热器，所述相变蓄热器与太阳能热水器通过水管相连；所述多功能储热、加热水箱储热加热系统包括多功能储热加热水箱，所述多功能储热加热水箱分别通过水管与相变蓄热器和太阳能热水器相连，该多功能储热加热水箱与太阳能热水器相连的水管上设置有循环泵；所述日常洗浴热水供应系统包括洗浴单元，所述洗浴单元与多功能储热加热水箱通过水管相连；所述用户冬季供暖系统包括供暖单元，所述供暖单元与多功能储热加热水箱通过水管相连，该段水管上设置有循环泵；所述日常饮用热水供应系统包括软化水箱、食用水加热箱和食用热水单元，所述软化水箱分别通过水管与食用水加热箱和太阳能热水器相连，上述两段水管上分别设置有循坏泵；所述食用热水单元通过水管与食用水加热箱相连，所述食用水加热箱与多功能储热加热水箱相连；所述相变蓄热器用于对Ⅰ区水管环路内水温的调控，所述多功能储热加热水箱用于对Ⅰ区内水的存储及加热，同时为日常洗浴热水供应系统和用户冬季供暖系统提供热水，所述日常饮用热水供应系统为用户提供可食用的热水。

所述低温低压蒸汽发电系统包括蒸汽储存罐、低温低压蒸汽发电机、第一控制器和蓄电池，所述蒸汽储存罐分别通过水管与太阳能热水器和低温低压蒸汽发电机相连，所述低温低压蒸汽发电机通过水管与太阳能热水器相连，该蒸汽储存罐对太阳能集热器内产生的热蒸汽进行回收及存储，通过低温低压蒸汽发电机进行发电及蓄电；所述第一控制器分别与低温低压蒸汽发电机和蓄电池相连；所述风光互补发电系统包括光伏电池板、第二控制器、蓄电池、风力发电机、变频器和第三控制器，所述第二控制器分别与光伏电池板和蓄电池相连，所述第三控制器分别与变频器和蓄电池相连，所述风力发电机与变频器相连，实现风光互补发电及蓄电；所述多功能储热加热水箱的供电系统包括逆变器；所述逆变器与蓄电池相连；所述用户空调及冰箱制冷供电系统包括用电单元，所述用电单元与逆变器相连；所述用户照明供电系统包括照明单元，所述照明单元与逆变器相连；所述蓄电池与并网电路相连，对多功能储热加热水箱的用电单元、照明单元、进行供电及智能控制单元进行供电；所述相变蓄热、水箱储热加热的智能控制系统包括智能控制单元，所述智能控制单元通过控制设置于水管上的若干循环泵及电磁阀，实现对Ⅰ区水管环路内水温的调控及水量的循环。

所述Ⅰ区水管环路上设置有保温层。

由于采用上述技术方案，(1)采用家用型太阳能热水器作为供热、供蒸汽的主体，热水器内产生的热蒸汽经储存压缩后驱动小型低温低压蒸汽轮机发电，有效地利用了太阳能热水器内所产蒸汽中的热能；(2)采用相变蓄热器及多功能储热、加热水箱相结合的方式，实现了热能的全天候、多级存储及利用；(3)采用风光互补发电与低温低压蒸汽发电相结合的方式，实现了电能来源的多样化，同时提高了余热的利用率；(4)采用热电的多级存储、利用的方式，实现了各装置功能之间的优势互补，最大程度地满足用户正常生活中对热电的基本要求；(5)采用冬季太阳能热水供暖、沐浴，夏季发电系统为空调、冰箱的制冷供电的方式，巧妙地将热电根据季节的不同进行集中分配。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本实用新型总体结构示意图

图2是本实用新型Ⅰ区系统结构示意图

图3是本实用新型Ⅱ区系统结构示意图

图4是本实用新型Ⅰ区太阳能热水器集热系统结构示意图

图5是本实用新型Ⅰ区相变蓄热器蓄热系统结构示意图

图6是本实用新型Ⅰ区多功能储热、加热水箱储热加热系统结构示意图

图7是本实用新型Ⅰ区日常洗浴热水供应系统结构示意图

图8是本实用新型Ⅰ区用户冬季供暖系统结构示意图

图9是本实用新型Ⅰ区日常饮用热水供应系统结构示意图

图10是本实用新型Ⅱ区低温低压蒸汽发电系统结构示意图

图11是本实用新型Ⅱ区风光互补发电系统结构示意图

图12是本实用新型Ⅱ区多功能储热加热水箱的供电系统结构示意图

图13是本实用新型Ⅱ区用户空调及冰箱制冷供电系统结构示意图

图14是本实用新型Ⅱ区用户照明供电系统结构示意图

图15是本实用新型Ⅱ区相变蓄热、水箱储热加热的智能控制系统结构示意图

图中：

1、软化水箱 2、食用水加热箱 3、多功能储热加热水箱

4、热水单元 5、供暖单元 6、洗浴单元

7、太阳能热水器 8、相变蓄热器 9、智能控制单元

10、蒸汽储存罐 11、低温低压蒸汽发电机 12、第一控制器

13、光伏电池板 14、第二控制器 15、蓄电池

16、风力发电机 17、变频器 18、第三控制器

19、逆变器 20、用电单元 21、照明单元

S、水管 D、电路 F、电磁阀

B、循环泵 J、温度/水位计 Q、气管

R、加热器

具体实施方式

如图1至图15所示，本实用新型一种风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统，包括Ⅰ区和Ⅱ区，所述Ⅰ区为太阳能集热、相变蓄热、水箱储热及用热区，所述Ⅱ区为风光互补及低温低压蒸汽发电、蓄电、用电区；所述Ⅰ区包括相连的太阳能热水器集热系统，相变蓄热器蓄热系统，多功能储热、加热水箱储热加热系统，日常洗浴热水供应系统，用户冬季供暖系统和日常饮用热水供应系统；所述Ⅱ区包括相连的低温低压蒸汽发电系统，风光互补发电系统，多功能储热加热水箱的供电系统，用户空调及冰箱制冷供电系统，用户照明供电系统和相变蓄热、水箱储热加热的智能控制系统。

所述太阳能热水器集热系统包括太阳能热水器7，所述相变蓄热器蓄热系统包括相变蓄热器8，所述相变蓄热器8与太阳能热水器7通过水管相连；所述多功能储热、加热水箱储热加热系统包括多功能储热加热水箱3，所述多功能储热加热水箱3分别通过水管与相变蓄热器8和太阳能热水器7相连，该多功能储热加热水箱3与太阳能热水器7相连的水管上设置有循环泵；所述日常洗浴热水供应系统包括洗浴单元6，所述洗浴单元6与多功能储热加热水箱3通过水管相连；所述用户冬季供暖系统包括供暖单元5，所述供暖单元5与多功能储热加热水箱3通过水管相连，该段水管上设置有循环泵；所述日常饮用热水供应系统包括软化水箱1、食用水加热箱2和食用热水单元4，所述软化水箱1分别通过水管与食用水加热箱2和太阳能热水器7相连，上述两段水管上分别设置有循坏泵；所述食用热水单元4通过水管与食用水加热箱2相连，所述食用水加热箱2与多功能储热加热水箱3相连；所述相变蓄热器8用于对Ⅰ区水管环路内水温的调控，所述多功能储热加热水箱3用于对Ⅰ区内水的存储及加热，同时为日常洗浴热水供应系统和用户冬季供暖系统提供热水，所述日常饮用热水供应系统为用户提供可食用的热水。

所述低温低压蒸汽发电系统包括蒸汽储存罐10、低温低压蒸汽发电机11、第一控制器12和蓄电池15，所述蒸汽储存罐10分别通过水管与太阳能热水器7和低温低压蒸汽发电机11相连，所述低温低压蒸汽发电机11通过水管与太阳能热水器7相连，该蒸汽储存罐10对太阳能集热器7内产生的热蒸汽进行回收及存储，通过低温低压蒸汽发电机11进行发电及蓄电；所述第一控制器12分别与低温低压蒸汽发电机11和蓄电池15相连；所述风光互补发电系统包括光伏电池板13、第二控制器14、蓄电池15、风力发电机16、变频器17和第三控制器18，所述第二控制器14分别与光伏电池板13和蓄电池15相连，所述第三控制器18分别与变频器17和蓄电池15相连，所述风力发电机16与变频器17相连，实现风光互补发电及蓄电；所述多功能储热加热水箱的供电系统包括逆变器19；所述逆变器19与蓄电池15相连；所述用户空调及冰箱制冷供电系统包括电视空调等用电单元20，所述电视空调等用电单元20与逆变器19相连；所述用户照明供电系统包括照明单元21，所述照明单元21与逆变器19相连；所述蓄电池15与并网电路相连，对多功能储热加热水箱3的电加热设备、电视空调等用电单元20、照明单元21、进行供电及智能控制单元9进行供电；所述相变蓄热、水箱储热加热的智能控制系统包括智能控制单元9，同时智能控制单元9收集温度计及水位计J反馈的信息，通过控制循环泵B及电磁阀F，实现对Ⅰ区水管环路内水温的调控及水量的循环；所述Ⅰ区水管环路上设置有保温层。

实施例

一套适用于广大家庭和企业使用的风光互补型热电集、蓄、供及多级利用的联合系统。

所述相变蓄热器蓄热系统通过相变蓄热器8实现了对Ⅰ区水管环路内水温一定程度上的调控；所述多功能储热、加热水箱储热加热系统通过多功能储热加热水箱3实现了对Ⅰ区内水的存储及加热，同时为日常洗浴热水供应系统和用户冬季供暖系统提供热水；所述日常饮用热水供应系统通过独立的净化及加热水系统为用户提供可食用的热水。

太阳能热水器集热系统通过蒸汽储存罐10对太阳能集热器7内产生的热蒸汽的回收及存储，再通过低温低压蒸汽发电机11进行发电及蓄电。相变蓄热器蓄热系统通过光伏发电系统及风力发电系统相结合，实现风光互补发电及蓄电。多功能储热、加热水箱储热加热系统通过蓄电池15与并网电路D09相结合的方式，对多功能储热加热水箱3的电加热设备进行供电。日常洗浴热水供应系统通过蓄电池15与并网电路D09相结合的方式，对电视空调等用电单元20进行供电。用户冬季供暖系统通过蓄电池15与并网电路D09相结合的方式，对照明单元21进行供电。日常饮用热水供应系统通过蓄电池15与并网电路D09相结合的方式，对智能控制单元9进行供电，同时智能控制单元9收集温度计及水位计J反馈的信息，通过控制循环泵B及电磁阀F，实现对Ⅰ区水管环路内水温的调控及水量的循环。

所述多功能储热加热水箱3，当水箱内的水量占箱体储水量的1/2以上时，智能控制单元9通过分析水位计J1、温度计J3/J5反馈的数据，控制电磁阀F1/F4、循环泵B2等，实现Ⅰ区水管环路内水量的内循环；当多功能储热加热水箱3内的水量占箱体储水量的1/2以下时，智能控制单元9通过分析水位计J1、温度计J3/J5反馈的数据，控制电磁阀F1/F4、循环泵B1/B2等，实现Ⅰ区水管环路内水量的外循环，即对Ⅰ区进行补水。

所述多功能储热加热水箱3，通过智能控制单元9采集温度计J3/J5的数据进行分析，当多功能储热加热水箱3内的水温低于正常用水温度，且相变蓄热器8内温度高于多功能储热加热水箱3内水温时，智能控制单元9控制电磁阀F1/F4、循环泵B1/B2等，使Ⅰ区水管环路内水量进行内循环，水流经相变蓄热器8换热加热后，实现利用相变蓄热器8内已蓄存热量的目的；当多功能储热加热水箱3内的水温高于相变蓄热器8内温度，且多功能储热加热水箱3内的水温低于正常用水温度时，智能控制单元9控制电加热器R2对多功能储热加热水箱3内的水进行加热。

所述用户冬季供暖系统，当用户需要在冬季供暖时，通过智能控制单元9采集温度计J3、水位计J2的数据进行分析，在水温及水量满足要求的条件下，控制循环泵B3及电磁阀F3，实现用户冬季供暖单元5内的水量循环，从而达到为用户供暖的目的。

所述日常饮用热水供应系统，自来水通过S02管路进入软化水箱1进行软化，后经S03管路经循环泵B4加压后进入食用水加热箱2，通过智能控制单元9采集温度计/水位计J4的数据进行分析，控制电加热器R1和循环泵B4对食用水加热箱2内的水温和水量进行调控，达到要求水温后，水经S04管路，进入食用热水单元4。

所述Ⅰ区水管环路，软化水箱1、食用水加热箱2、多功能储热加热水箱3、食用热水单元4、供暖单元5、洗浴单元6、太阳能热水器7、相变蓄热器8，水管S，气管Q的关键部位采取保温、防冻、防裂措施。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。