基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统及控制方法，其中，该综合能源供能系统包括四种形式的发电单元，该四种形式的发电单元根据自然条件和负荷需求由服务器终端进行操控起闭，当总发电量超过负荷需求时，则将余量的电能送往电网，以产生经济效益；还包括主要以沼气燃烧发电的余热能的热负荷单元，通过对余热能的回收，将其用于沼气热解供应、沼气气化、居民用户供暖、牧业产业供暖以及温泉产业供热，还包括有蓄热池，系统中所有决策执行均由服务器终端控制。该综合能源供能系统有助于解决村镇地区的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及能源互联网运行和控制技术领域，特别涉及一种基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统及控制方法。

背景技术

在传统的能源供能系统中，只以一种能源形式为主，并对其进行独立的规划建设和运行，这种依靠单一能源形式的供能系统存在供能系统不够灵活，且在电力负荷在高峰和低谷时差异较大不便于调节。世界各国对能源供应结构和负荷情况都在不断研究与调整，以适应当前高速发展的经济社会，而在村镇地区对于能源供应需求较为简单，在能源合理开发利用方面也较少，且在村镇地区，具有能源资源丰富，开发潜力巨大的优势，却又存在能源开发利用率低，产业主要以农业为主的产业较为单一的问题，因此，在村镇地区合理利用当地能源资源，开发建立多能互补的综合能源供应系统，发展多产业群建立生态文明村镇，这对于村镇地区发展经济产业，提高村镇居民的经济收入和就业岗位具有重大意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统，该系统解决了针对村镇地区存在的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题。

本发明的另一个目的在于提出一种基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统，包括：综合能源供能模块、服务器终端、储能模块、负荷模块、升压变电站、降压变电站和电网，其中，所述综合能源供能模块包括光伏发电单元、风能发电单元、沼气发电单元和水力发电单元，其中，所述光伏发电单元、所述风能发电单元、所述沼气发电单元和所述水力发电单元之间互相并联，且均与所述服务器终端和所述储能模块连接，用于生产电能；所述负荷模块至少包括电负荷单元和热负荷单元，所述电负荷单元包括居民用户用电、温泉产业用电和牧业产业用电，所述热负荷单元至少包括沼气发电单元热负荷、居民供暖热负荷、牧业产业供暖热负荷、温泉产业供热热负荷，用于消耗电能；所述电网分别与所述升压变电站和所述综合能源供能模块连接，还分别与所述降压变电站和所述电负荷单元连接，用于将电能升压后并入所述电网，再为所述电负荷单元供给电能。

本发明实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统，利用了多种形式能源之间的优势互补，大力提高了村镇地区能源的利用率，负荷调度灵活性高，且同时结合发展多产业群以建立生态文明村镇，提高了村镇居民的经济收入和就业岗位，解决了村镇地区的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题，实现了可观的经济和社会有益效益。

另外，根据本发明上述实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述光伏发电单元至少包括光伏阵列组件单元、光伏汇流箱和变换器，其中，所述光伏汇流箱与所述伏阵列组件单元中各光伏阵列板连接，用于将各光伏阵列板之间的电流汇集；所述变换器分别与所述光伏汇流箱和所述服务器终端连接，用于根据所述服务器终端的控制指令将汇集后的电流存储至所述储能模块，或通过所述升压变压器将汇集后的电流升压后并入所述电网，或供应至所述电负荷单元。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述风能发电单元至少包括风机叶轮组件、齿轮传动系统、风机发电机和交流器，其中，所述齿轮传动系统与所述风机叶轮组件连接，用于将机械能传递至所述风机发电机；所述风机发电机与所述齿轮传动系统连接，用于将机械能转化为电能；所述交流器分别与所述风机发电机和所述服务器终端连接，用于根据所述服务器终端的控制指令将风能转化得到的电能存储至所述储能模块，或通过所述升压变压器将电能升压后并入所述电网，或供应至所述电负荷单元。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述沼气发电单元至少包括沼气池原料热解单元、沼气气化供应单元和沼气燃烧发电机组，其中，所述沼气池原料热解单元，用于将原料进行受热分解产生沼气，其中，所述原料为牧业和居民所产生的垃圾或粪便；所述沼气气化供应单元与所述沼气池原料热解单元连接，用于将沼气进行气化和过滤提纯；所述沼气燃烧发电机组分别与所述沼气气化供应单元和所述服务器终端连接，用于对处理后的沼气进行燃烧产生热能，并将其转化为电能，根据所述服务器终端的控制指令将电能存储至所述储能模块，或通过所述升压变压器将沼气燃烧转化得到的电能升压后并入所述电网，或供应至所述电负荷单元。

进一步地，在本发明的一个实施例中，热负荷单元具体包括沼气燃烧发电机组换热器、沼气池热解单元换热器、沼气气化供应单元换热器、蓄热池、第一恒温控制器、第二恒温控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、居民用户供暖、牧业产业供暖、温泉产业供热、第一级过滤器、第二级过滤器、过滤器、温泉池、补水池单元、辅助加热器、过滤器以及多个控制阀。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述沼气燃烧发电机组换热器的一端分别通过所述第一恒温控制器与所述沼气池热解单元换热器连接，通过所述第二恒温控制器与所述沼气气化供应单元换热器连接，所述沼气燃烧发电机组换热器的另一端通过第一控制阀与所述蓄热池连接，所述蓄热池连接所述温度传感器，所述蓄热池还分别通过第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀连接所述居民用户供暖、所述牧业产业供暖和所述温泉产业供热，所述温泉产业供热经过所述第一级过滤器和所述第二级过滤器最终通往所述温泉池，所述温泉池通过第八控制阀与所述补水池连接，所述温泉池与所述辅助加热器并联连接且之间设有第二温度传感器，所述过滤器连接至所述沼气燃烧发电机组换热器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述温泉产业供热还并联一个回流系统，彼此由第七控制阀控制流量和通断，所述居民用户供暖、所述牧业产业供暖、所述温泉产业供热的最终都与所述回流系统相连，所述回流系统中还设置有增压泵，用于提升回流系统中水流压力，经所述增压泵增压后的水流回流至所述蓄热池，或可经过第十控制阀回到所述沼气燃烧发电机组换热器，所有控制阀及增压泵、水泵、第一恒温控制器、第二恒温控制器、辅助加热器、第一温度传感器、第二温度传感器皆与所述服务器终端电连接，受所述服务器终端控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述沼气发电单元含有余量热能时，通过所述沼气燃烧发电机组换热器对余量热能进行回收，将一部分余量热能经过所述第一恒温控制器和所述第二恒温控制器分别通往所述沼气池热解单元换热器和所述沼气气化供应单元换热器，分别用于对沼气原料热解和沼气气化提供热能，另一部分余量热能通往所述蓄热池，分别将热量通往所述居民用户供暖、所述牧业产业供暖和所述温泉产业供热，其中，所述温泉产业供热经过所述第一级过滤器和所述第二级过滤器通往温泉池，当温泉池的水温低于目标温度时，采用所述辅助加热器进行电加热，当温泉池的水温高于目标温度时，则进行补充部分低温水。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述水力发电单元至少包括导水机构和水轮发电机，其中，所述水轮发电机与所述导水机构连接，用于将水的动能转化为电能；所述水轮发电机与所述服务器终端连接，用于根据所述服务器终端的控制指令将水力转化得到的电能存储至所述储能模块，或通过所述升压变压器将汇集后的电流升压后并入所述电网，或供应至所述电负荷单元。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法，包括以下步骤：步骤S1，计算综合能源供能系统的发电总量和用电负荷总量；步骤S2，计算综合能源供能系统的发电总量和储能电量与用电负荷总量的差值，其中，当

本发明实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法，利用了多种形式能源之间的优势互补，大力提高了村镇地区能源的利用率，负荷调度灵活性高，且同时结合发展多产业群以建立生态文明村镇，提高了村镇居民的经济收入和就业岗位，解决了村镇地区的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题，实现了可观的经济和社会有益效益。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统中各部件的具体连接示意图。

附图标记说明：10-综合能源供能系统、100-综合能源供能模块、101-光伏发电单元、102-风能发电单元、103-沼气发电单元、104-水力发电单元、200-服务器终端、300-储能模块、400-负荷模块、401-电负荷单元、4011-居民用户用电、4012-温泉产业用电、4013-牧业产业用电、402-热负荷单元、4021-沼气发电单元热负荷、4022-居民供暖热负荷、4023-牧业产业供暖热负荷、4024-温泉产业供热热负荷、4025-沼气池热解单元换热器、4026-沼气气化供应单元换热器、4027-沼气燃烧发电机组换热器、4028-蓄热池、4029-第一恒温控制器、40210-第二恒温控制器、40211-过滤器、40212-补水池单元、40213-温泉池、40214-辅助加热器、40215-第一级过滤器、40216-第二级过滤器、40217-第一温度传感器、40218-第二温度传感器、40219-第一控制阀、40220-第二控制阀、40221-第三控制阀、40222-第四控制阀、40223-第五控制阀、40224-第六控制阀、40225-第七控制阀、40226-第八控制阀、40227-第九控制阀、40228-第十控制阀、500-升压变电站、600-降压变电站和700-电网。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统及控制方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统。

图1是本发明一个实施例的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的结构示意图。

如图1所示，该综合能源供能系统10包括：综合能源供能模块100、服务器终端200、储能模块300、负荷模块400、升压变电站500、降压变电站600和电网700。

其中，综合能源供能模块100包括光伏发电单元101、风能发电单元102、沼气发电单元103和水力发电单元104，光伏发电单元101、风能发电单元102、沼气发电单元103和水力发电单元104之间互相并联，且均与服务器终端200和储能模块300连接，用于生产电能。

进一步地，光伏发电单元101至少包括伏阵列组件单元、光伏汇流箱和变换器，其中，光伏发电单元101实现对太阳能的吸收和转化，光伏阵列组件单元中各光伏阵列板与光伏汇流箱相连，光伏汇流箱实现对各光伏阵列组件之间的电流进行汇集，光伏汇流箱与变换器进行连接，变换器与服务器终端200相连接，服务器终端200可控制光伏转化而来的电能进行存储至储能模块300，或通过升压变压器500升压后并入电网700，或供应至电负荷单元401。

进一步地，风能发电单元102至少由风机叶轮组件、齿轮传动系统、风机发电机、交流器组成。风机叶轮组件实现将风能转化为机械能，风机叶轮组件与齿轮传动系统相连，齿轮传动系统实现将机械能传递至风机发电机，风机发电机实现将机械能转化为电能，风机发电机与交流器相连，交流器与服务器终端200相连接，服务器终端200可控制风力转化而来的电能进行存储至储能模块300，或通过升压变压器500升压后并入电网700，或供应至电负荷单元401。

进一步地，沼气发电单元103至少由沼气池原料热解单元、沼气气化供应单元、沼气燃烧发电机组组成。沼气池原料热解单元实现将原料进行受热分解，原料来源可以是牧业和居民所产生的垃圾或粪便，沼气池原料热解单元与沼气气化供应单元相连，沼气气化供应单元对沼气进行气化和过滤提纯，经气化和提纯后的沼气通往沼气燃烧室进行燃烧，通过沼气燃烧发电机组实现将热能最终转化为电能，沼气燃烧发电机组与服务器终端200相连接，服务器终端200可控制沼气燃烧转化而来的电能进行存储至储能模块300，或通过升压变压器500升压后并入电网700，或供应至电负荷单元401。

进一步地，水力发电单元104至少由导水机构、水轮发电机组成。导水机构与水轮发电机相连，水轮发电机实现将水的动能转化为电能，水轮发电机与服务器终端200相连接，服务器终端200可控制水力转化而来的电能进行存储至储能模块300，或通过升压变压器500升压后并入电网700，或供应至电负荷单元401。

负荷模块400包括电负荷单元401和热负荷单元402，其中，电负荷单元401至少包括居民用户用电4011、温泉产业用电4012和牧业产业用电4013。电负荷单元401的电能供给还包括来自电网700的电，其中电网700经过降压变压器600与电负荷单元401相连接。

热负荷单元402至少包括沼气发电单元热负荷4021、居民供暖热负荷4022、牧业产业供暖热负荷4023、温泉产业供热热负荷4024，用于消耗电能，具体包括沼气池热解单元换热器4025、沼气气化供应单元换热器4026、沼气燃烧发电机组换热器4027、蓄热池4028、第一恒温控制器4029、第二恒温控制器40210、居民用户供暖4022、牧业产业供暖4023、温泉产业供热4024、过滤器40211、补水池单元40212、温泉池40213、辅助加热器40214、第一级过滤器40215、第二级过滤器40216、第一温度传感器40217、第二温度传感器40218以及多个控制阀。

如图2所示，当沼气发电单元热负荷4021含有大量的余量热能时，通过沼气燃烧发电机组换热器实现对余量热能进行回收，余量热能回收的工质为水，沼气燃烧发电机组换热器4027一部分经过第一恒温控制器4029和第二恒温控制器40210分别通往沼气池热解单元换热器4025、沼气气化供应单元换热器4026，分别用于对沼气原料热解提供和用于对沼气气化提供热能，第一恒温控制器4029和第二恒温控制器4010前端连接有第二控制阀40220，沼气燃烧发电机组换热器4027另一部分与蓄热池4028相连，沼气燃烧发电机组换热器4027与蓄热池4028之间连接有第一控制阀40219，蓄热池4028连接有第一温度传感器40217，蓄热池4028分别将热量通往居民用户供暖4022、牧业产业供暖4023、温泉产业供热4024，温泉产业供热4024经过第一级过滤器40215、水泵、第二级过滤器40216最终通往温泉池40213，水泵在第一级过滤器40215和第二级过滤器40216之间，温泉池40213还具有补水池单元40212，补水池单元40212与温泉池40213之间具有第八控制阀40226，还包括辅助加热器40214、第二温度传感器40218，温泉池40213与辅助加热器40214并联连接，第二温度传感器40218实时监控温泉池40213的水温，并当温泉池40213的水温低于目标温度时，采用辅助加热器40214进行电加热，当温泉池40213的水温高于目标温度时，打开第八控制阀40226和第九控制阀40227，进行补充部分低温水。通往居民用户供暖4022、牧业产业供暖4023、温泉产业供热4024的热负荷分别对应经过第四控制阀40222、第五控制阀40223、第六控制阀40224，其中，温泉产业供热4024还并联了另一路直接连接回流系统，回流系统与温泉产业供热4024之间路线由第七控制阀40225控制流量和通断，居民用户供暖4022、牧业产业供暖4023、温泉产业供热4024的最终都与回流系统相连，回流系统中还设置有增压泵，用于提升回流系统中水流压力，经增压泵增压后的水流可经过过滤器40211回流至蓄热池4028，或可经过第十控制阀40228回到沼气燃烧发电机组换热器4027，本发明所有控制阀及增压泵、水泵、第一恒温控制器4029、第二恒温控制器40210、辅助加热器40214、温度传感器皆与服务器终端200电连接，服务器终端200可对所有控制阀及增压泵、水泵、第一恒温控制器4029、第二恒温控制器40210、辅助加热器40214进行控制。

具体工作过程为：综合能源供能模块由四种形式的发电单元组成，分别是光伏发电单元、风能发电单元、沼气发电单元和水力发电单元，这四种形式的发电单元根据自然条件和负荷需求由服务器控制终端进行操控起闭，当总发电量超过负荷需求时，则将部分电能进行储存至储能模块，剩余的部分电能则通过升压变电站送往电网，以产生经济效益；而当总发电量若不足以平衡负荷需求，则优先采用储能模块中的电能来弥补负荷需求的差值部分，其次采用电网通过降压变电站而来的电能，以弥补负荷需求的差值部分。热负荷模块则主要采用沼气燃烧发电过程中的余热能，余热能回收工质为水，对余热能一部分用于沼气热解供应和沼气气化，剩余的部分则主要通往蓄热池，蓄热池的热量主要用于居民用户供暖、牧业产业供暖以及温泉产业供热，当回收的余热能大于总热负荷需求时，且蓄热池的储热热量大于需求热负荷时，则对回流系统中的工质回流至蓄热池，以保护蓄热池为目的；当回收的余热能大于总热负荷需求时，且蓄热池的储热热量小于需求热负荷时，则以提高蓄热池的蓄热量为目的；当回收的余热能小于总热负荷需求时，且蓄热池的储热热量大于需求热负荷时，则以优先沼气热解单元和沼气气化的热负荷需求；当回收的余热能小于总热负荷需求时，且蓄热池的储热热量小于需求热负荷时，则蓄热池的热量优先保障居民供暖和牧业产业供暖的热负荷需求，温泉产业供热的热负荷需求则采用辅助加热器进行弥补；本发明所有决策执行均由服务器控制终端控制。

根据本发明实施例提出的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统，利用了多种形式能源之间的优势互补，大力提高了村镇地区能源的利用率，负荷调度灵活性高，且同时结合发展多产业群以建立生态文明村镇，提高了村镇居民的经济收入和就业岗位，解决了村镇地区的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题，实现了可观的经济和社会有益效益。

其次描述根据本发明实施例提出的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法。

该基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法包括以下步骤：

在步骤S1中，计算综合能源供能系统的发电总量和用电负荷总量。

具体地，综合能源供能模块包含光伏发电单元、风能发电单元、沼气发电单元和水力发电单元，其中光伏发电单元、风能发电单元、沼气发电单元、水力发电单元均与服务器终端进行电连接，光伏发电单元发电功率为P1、风能发电单元发电功率为P2、沼气发电单元发电功率为P3、水力发电单元发电功率为P4，用电负荷包括居民用户用电、温泉产业用电、牧业产业用电，居民用户电负荷为L1，温泉产业电负荷为L2，牧业产业电负荷为L3。

在步骤S2中，计算综合能源供能系统的发电总量和储能电量与用电负荷总量的差值，其中，

当

当

当

在步骤S3中，计算综合能源供能系统中沼气燃烧发电机组换热器热量Q

当

当

当

当

在步骤S4中，对热负荷单元和电负荷单元实时计算，并对各部件的热负荷需求和电负荷需求进行实时求解，以及对各控制阀和综合能源供能系统中各电能流通路径进行控制和及时响应。

根据本发明实施例提出的基于多能互补和多产业结合的综合能源供能系统的控制方法，利用了多种形式能源之间的优势互补，大力提高了村镇地区能源的利用率，负荷调度灵活性高，且同时结合发展多产业群以建立生态文明村镇，提高了村镇居民的经济收入和就业岗位，解决了村镇地区的经济产业单一、供能系统简单、能源利用率低等技术问题，实现了可观的经济和社会有益效益。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。