本發(fā)明涉及熱電，尤其是涉及一種電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民物質(zhì)生活水平的提高，社會(huì)及人民對(duì)能源的使用提出了更高的要求。目前，自然界中的不可再生能源隨著逐年發(fā)電消耗，存儲(chǔ)量越來(lái)越低且化石燃料的使用對(duì)環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重，傳統(tǒng)的煤采暖逐漸被淘汰，清潔能源在中國(guó)能源體系中的地位不斷上升，各種采用清潔能源的新型采暖裝置逐漸取代了傳統(tǒng)采暖方式。發(fā)展清潔能源將成為我國(guó)能源發(fā)展的必然趨勢(shì)，能源體系的多能互補(bǔ)化是未來(lái)能源行業(yè)發(fā)展的重中之重。多能互補(bǔ)可以促進(jìn)清潔能源快速發(fā)展，打開(kāi)多種電源并存的新局面，也會(huì)增加風(fēng)電、光伏發(fā)電的消納，挺高供電質(zhì)量，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、在大規(guī)模采暖方面，我國(guó)現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中，火力發(fā)電機(jī)組依然占有主體地位。由于火力發(fā)電機(jī)組開(kāi)關(guān)機(jī)的靈活性較差，造成了在確保用電峰值期生產(chǎn)、生活正常進(jìn)行的前提下，用電谷值時(shí)電力資源的浪費(fèi)。雖然現(xiàn)階段國(guó)家大力發(fā)展的光伏、太陽(yáng)能、水力發(fā)電等清潔能源對(duì)上述情況有了一定的改變，但整體上問(wèn)題依然存在。典型的大規(guī)模采暖方式主要有空氣能采熱泵暖氣、太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)、“煤改氣”燃?xì)忮仩t等。這些新型采暖裝置仍呈現(xiàn)單一供給方式，由于風(fēng)電、光伏等新能源供給發(fā)力具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn),能源供應(yīng)質(zhì)量不能滿(mǎn)足要求的特點(diǎn)，這些產(chǎn)品在一些需求較大的使用場(chǎng)景均存在不同程度的安全問(wèn)題和使用限制。

3、綜上所述，建立電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化配置意義重大，整體上充分兼容和利用間歇性的可再生能源，優(yōu)化配置電網(wǎng)峰谷期電力資源，有效降低終端能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電網(wǎng)峰期能源優(yōu)化裝置及其控制方法，電網(wǎng)用電高峰期，通過(guò)光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，輔以少量電網(wǎng)電力支撐為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供外部電力驅(qū)動(dòng)；晚間電網(wǎng)用電谷值時(shí)，利用未消納的電網(wǎng)電能對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行加熱在用電峰值時(shí)使用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷的效果。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置，包括電加熱系統(tǒng)、光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)輸電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)；

4、所述電加熱系統(tǒng)包括ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管和溫控智能終端，所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管和溫控智能終端連接，所述溫控智能終端用于控制供所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管的發(fā)熱溫度和所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的出水溫度；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括儲(chǔ)熱高溫水箱和中繼低溫水箱，所述儲(chǔ)熱高溫水箱與所述中繼低溫水箱并聯(lián)導(dǎo)通，所述儲(chǔ)熱高溫水箱內(nèi)設(shè)有相變材料；

5、所述光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和所述電網(wǎng)輸電系統(tǒng)分別向所述溫控智能終端輸出電能；所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管的出口與所述儲(chǔ)熱高溫水箱的第一進(jìn)口連接，所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管的進(jìn)口與所述儲(chǔ)熱高溫水箱的出口連接；所述儲(chǔ)熱高溫水箱的第二進(jìn)口與供暖區(qū)的出口連接，所述中繼低溫水箱的出口與供暖區(qū)的進(jìn)口連接。

6、本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，通過(guò)設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)輸電系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)五大系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的采熱、發(fā)熱、儲(chǔ)熱的方式，并設(shè)計(jì)出了基于ptc半導(dǎo)體電加熱管的電加熱系統(tǒng)，基于特殊相變材料的恒溫部件，智能控制終端、循環(huán)系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等進(jìn)行組合，圍繞儲(chǔ)熱高溫水箱和中繼低溫水箱的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)出新型電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置。

7、可選的，所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管設(shè)有注水閥門(mén)，且所述中繼低溫水箱設(shè)有冷水進(jìn)水閥門(mén)和出水閥門(mén)，均通過(guò)所述溫控智能終端控制。

8、可選的，所述光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括光伏發(fā)電陣列和風(fēng)力發(fā)電陣列，用于將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，輸出至所述溫控智能終端，電加熱所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管，以熱能形式儲(chǔ)存在所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管中。

9、可選的，所述儲(chǔ)熱高溫水箱和中繼低溫水箱內(nèi)設(shè)有液位計(jì)；

10、所述中繼低溫水箱的出口設(shè)有溫度傳感器，將所述溫度傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至溫控智能終端。

11、另一方面，本發(fā)明提供了一種第一方面所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置的控制方法，包括：

12、獲取光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的電能；

13、當(dāng)電網(wǎng)用電谷值時(shí)，利用所述光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能及電網(wǎng)輸電系統(tǒng)未消納的電能，控制溫控智能終端電加熱所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管中的水，以加熱所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的水，根據(jù)所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的出水溫度，所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的一部分水與所述中繼低溫水箱中的水混合，釋放到供暖區(qū)；同時(shí)，所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的另一部分水通過(guò)相變材料儲(chǔ)存熱能，用于在電網(wǎng)用電峰值時(shí)使用；

14、當(dāng)電網(wǎng)用電峰值時(shí)，利用所述光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能，控制溫控智能終端電加熱所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管中的水，以加熱在電網(wǎng)用電谷值時(shí)儲(chǔ)熱高溫水箱中儲(chǔ)存的熱能，根據(jù)所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的出水溫度，所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的水與所述中繼低溫水箱中的水混合，釋放到供暖區(qū)。

15、本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，電網(wǎng)用電高峰期，通過(guò)光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，輔以少量電網(wǎng)電力支撐為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供外部電力驅(qū)動(dòng)；晚間電網(wǎng)用電谷值時(shí)，利用未消納的電網(wǎng)電能對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行加熱在用電峰值時(shí)使用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷的效果，解決了在設(shè)置大規(guī)模采暖裝置時(shí)面對(duì)裝置輸熱不穩(wěn)、安全性不高的問(wèn)題，整體上充分兼容和利用間歇性的可再生能源，優(yōu)化電網(wǎng)峰谷期電力資源，有效降低終端能耗。

16、可選的，經(jīng)過(guò)所述供暖區(qū)溫度有所下降的水，回到所述儲(chǔ)熱高溫水箱，與相變材料進(jìn)行熱量交換。

17、可選的，所述儲(chǔ)熱高溫水箱內(nèi)與相變材料進(jìn)行熱量交換后的水，回到所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管，循環(huán)往復(fù)。

18、可選的，根據(jù)采暖區(qū)的預(yù)設(shè)溫度，所述溫控智能終端控制所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的出水溫度，通過(guò)儲(chǔ)熱高溫水箱中儲(chǔ)存的高溫?zé)崴c中繼低溫水箱中的冷水在中繼低溫水箱中調(diào)度混合后，釋放到供暖區(qū)。

19、可選的，所述溫控智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)中的水量，通過(guò)ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管以及中繼低溫水箱自動(dòng)補(bǔ)充水分和釋放污水。

20、有益效果

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

22、（1）本發(fā)明通過(guò)設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)五大系統(tǒng)，解決了大規(guī)模采暖裝置由于能源供給方式單一導(dǎo)致的能源供給不穩(wěn)定，使用場(chǎng)景受限等問(wèn)題；

23、（2）本發(fā)明在電網(wǎng)用電高峰期，通過(guò)光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，輔以少量電網(wǎng)電力支撐為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供外部電力驅(qū)動(dòng)；晚間電網(wǎng)用電谷值時(shí)，利用未消納的電網(wǎng)電能對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行加熱在用電峰值時(shí)使用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷的效果，解決了在設(shè)置大規(guī)模采暖裝置時(shí)面對(duì)裝置輸熱不穩(wěn)、安全性不高的問(wèn)題，整體上充分兼容和利用間歇性的可再生能源，優(yōu)化電網(wǎng)峰谷期電力資源，有效降低終端能耗；

24、（3）本發(fā)明設(shè)計(jì)出了基于ptc半導(dǎo)體電加熱管的電加熱系統(tǒng)，基于特殊相變材料的恒溫部件，圍繞儲(chǔ)熱高溫水箱和中繼低溫水箱的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)出新型電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置。

技術(shù)特征：

1.一種電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置，其特征在于，包括電加熱系統(tǒng)（1）、光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（2）、電網(wǎng)輸電系統(tǒng)（11）和儲(chǔ)能系統(tǒng)（3）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化配置裝置，其特征在于，所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管（13）設(shè)有注水閥門(mén)，且所述中繼低溫水箱（8）設(shè)有冷水進(jìn)水閥門(mén)和出水閥門(mén)，均通過(guò)所述溫控智能終端（12）控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置，其特征在于，所述光伏-風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（2）包括光伏發(fā)電陣列（9）和風(fēng)力發(fā)電陣列（10），用于將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，輸出至所述溫控智能終端（12），電加熱所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管（13），以熱能形式儲(chǔ)存在所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管（13）中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)熱高溫水箱（7）和中繼低溫水箱（8）內(nèi)設(shè)有液位計(jì)；

5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置的控制方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)所述供暖區(qū)（4）溫度有所下降的水，回到所述儲(chǔ)熱高溫水箱（7），與相變材料進(jìn)行熱量交換。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化方法，其特征在于，所述儲(chǔ)熱高溫水箱（7）內(nèi)與相變材料進(jìn)行熱量交換后的水，回到所述ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管（13），循環(huán)往復(fù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)所述供暖區(qū)（4）的預(yù)設(shè)溫度，所述溫控智能終端（12）控制所述儲(chǔ)能系統(tǒng)（3）的出水溫度，通過(guò)儲(chǔ)熱高溫水箱（7）中儲(chǔ)存的高溫?zé)崴c中繼低溫水箱（8）中的冷水在中繼低溫水箱（8）中調(diào)度混合后，釋放到供暖區(qū)（4）。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化方法，其特征在于，所述溫控智能終端（12）實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)（3）中的水量，通過(guò)ptc半導(dǎo)體發(fā)熱管（13）以及中繼低溫水箱（8）自動(dòng)補(bǔ)充水分和釋放污水。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種電網(wǎng)峰谷期能源優(yōu)化裝置及其控制方法，屬于熱電技術(shù)領(lǐng)域。其方法包括獲取光伏?風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的電能；當(dāng)電網(wǎng)用電谷值時(shí)，利用所述光伏?風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能及電網(wǎng)輸電系統(tǒng)未消納的電能，控制溫控智能終端電加熱所述PTC半導(dǎo)體發(fā)熱管中的水，以加熱所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的水，并通過(guò)相變材料保持水溫；同時(shí)，所述儲(chǔ)熱高溫水箱中的另一部分水通過(guò)相變材料儲(chǔ)存熱能，用于在電網(wǎng)用電峰值時(shí)使用；當(dāng)電網(wǎng)用電峰值時(shí)，利用所述光伏?風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能，控制溫控智能終端電加熱所述PTC半導(dǎo)體發(fā)熱管中的水，以加熱在電網(wǎng)用電谷值時(shí)儲(chǔ)熱高溫水箱中儲(chǔ)存的熱能，通過(guò)與所述中繼低溫水箱中的水混合，釋放到供暖區(qū)。

技術(shù)研發(fā)人員：李昂,陳嘉庚,邵國(guó)建,姚博文,周偉軒,朱瑞虎,李牧放,李子昂,胡仕發(fā),張毓?fàn)c
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9