一种基于太阳能的分布式能源系统

1.本发明涉及一种基于太阳能的分布式能源系统，属于能源与环境领域。


背景技术：

2.太阳能资源具有储量丰富、零污染、易获取、分布广等优势，在能源危机、环境问题日趋严重的背景下，充分利用太阳能资源具有重要意义。太阳能发电及热利用是太阳能的主要利用方式。受限于能源远距离传输的巨大成本，发展分布式能源系统具有重大社会、经济价值。
3.太阳能光热发电是通过利用集热器将光能转换为热能，进而利用热功转换动力循环实现太阳能发电的一类技术。太阳能具有能流密度低、时变性大的特点，如何高效、经济、安全地利用太阳能资源，是亟待解决的问题。
4.针对太阳能自身特性，同时以太阳能的高效利用为目的，本发明以利用高温太阳能集热器直接加热动力循环工质，实现系统结构简化，避免二次传热损失；采用两级节流结合有机朗肯循环，实现能量的梯级高效利用；结合分布式能源用户用能需求，结合多回路冷却系统，实现太阳能的热电两用，进一步提升能源利用效率；考虑太阳能的多变性，引入蓄电系统及智能控制回路，实现系统稳定高效供能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于太阳能的分布式能源系统，能够实现太阳能的梯级高效利用。
6.解决本发明的技术问题所采用的方案是：一种基于太阳能的分布式能源系统，包括高温太阳能集热器(1)、高压储罐(2)、闪蒸器(3)、高压级透平(4)、第一冷凝器(5)、混合罐(6)、循环泵(7)、节流阀(8)、第一低压级透平(9)、低压级换热器(10)、第二低压级透平(11)、第二冷凝器(12)、工质泵(13)、第三冷凝器(14)、生活热水箱(15)、冷却塔(16)、蓄电模块(17)、运行第一参数测量仪(18)、第一微电脑处理器(19)、运行第二参数测量仪(20)、第二微电脑处理器(21)；所述高温太阳能集热器(1)的出口与高压储罐(2)的进口、高压储罐(2)的出口与闪蒸器(3)的进口、闪蒸器(3)顶部的出口与高压级透平(4)的进口、闪蒸器(3)底部的出口与节流阀(8)的进口、节流阀(8)的出口与第一低压级透平(9)的进口、第一低压级透平(9)的出口与低压级换热器(10)热流体侧的进口、低压级换热器(10)热流体侧的出口与第三冷凝器(14)热流体侧的进口、第三冷凝器(14)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、高压级透平(4)的出口与第一冷凝器(5)热流体侧的进口、第一冷凝器(5)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、混合罐(6)的出口与循环泵(7)的进口、循环泵(7)的出口与高温太阳能集热器(1)的进口分别通过管道相连接，以构成双闪蒸直热式循环管路；所述工质泵(13)的出口与低压级换热器(10)冷流体侧的进口、低压级换热器(10)冷流体侧的出口与第二低压级透平(11)的进口、第二低压级透平(11)的出口与第二冷凝器(12)热流体侧的进口、第二冷凝器(12)热流体侧的出口与所述工质泵(13)的进口分别通过管道相连接，以构
成有机朗肯循环管路；所述高压级透平(4)、第一低压级透平(9)、第二低压级透平(11)分别通过线路与蓄电模块(17)相连接，以构成储电回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第一冷凝器(5)冷流体侧的进口、第一冷凝器(5)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第一冷却水循环回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第二冷凝器(12)冷流体侧的进口、第二冷凝器(12)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第二冷却水循环回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第三冷凝器(14)冷流体侧的进口、第三冷凝器(14)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第三冷却水循环回路；所述运行第一参数测量仪(18)安装于高压储罐(2)的出口处，第一参数测量仪(18)与第一微电脑处理器(19)、第一微电脑处理器(19)与循环泵(7)、第一微电脑处理器(19)与闪蒸器(3)中阀门、第一微电脑处理器(19)与节流阀(8)分别通过线路相连接，以构成第一智能控制回路；所述运行第二参数测量仪(20)安装于第一低压级透平(9)的出口处，第二参数测量仪(20)与第二微电脑处理器(21)、第二微电脑处理器(21)与工质泵(13)分别通过线路相连接，以构成第二智能控制回路。
7.优选的，所述双闪蒸直热式循环在高温太阳能集热器(1)采用碟式太阳能集热器、抛物面槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器中的一种。
8.优选的，所述蓄电模块采用铅酸蓄电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂离子电池中的一种或多种。
9.优选的，所述双闪蒸直热式循环管路中工作流体采用甲苯、环己烷、戊烷、硅醚、r236ea、r141b、r365mfc、二氯乙烷、氯苯、正丙基环己烷、r245ca、r113、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、甲基环己烷、水、癸烷、壬烷、异辛烷、辛烷、庚烷中的一种或其混合物。所述有机朗肯循环管路中工作流体采用甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物。
10.区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
11.(1)采用高温太阳能集热器直接加热循环工质，减少二次传热能量损失；同时结合两级闪蒸与有机朗肯循环，实现热能的梯级利用。
12.(2)考虑分布式能源用能特点，采用三回路冷却系统耦合储热水箱，实现热能充分利用。
13.(3)考虑太阳能间歇性、时变性，引入智能控制回路，实现多系统、多参数运行调节，保证系统高效运行，同时结合蓄电模块，保证供能稳定性。
附图说明
14.图1是本发明一种基于太阳能的分布式能源系统结构示意图；
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
16.参阅图1，本发明实施例的基于太阳能的分布式能源系统包括高温太阳能集热器(1)、高压储罐(2)、闪蒸器(3)、高压级透平(4)、第一冷凝器(5)、混合罐(6)、循环泵(7)、节流阀(8)、第一低压级透平(9)、低压级换热器(10)、第二低压级透平(11)、第二冷凝器(12)、工质泵(13)、第三冷凝器(14)、生活热水箱(15)、冷却塔(16)、蓄电模块(17)、运行第一参数测量仪(18)、第一微电脑处理器(19)、运行第二参数测量仪(20)、第二微电脑处理器(21)；
17.高温太阳能集热器(1)的出口与高压储罐(2)的进口、高压储罐(2)的出口与闪蒸器(3)的进口、闪蒸器(3)顶部的出口与高压级透平(4)的进口、闪蒸器(3)底部的出口与节流阀(8)的进口、节流阀(8)的出口与第一低压级透平(9)的进口、第一低压级透平(9)的出口与低压级换热器(10)热流体侧的进口、低压级换热器(10)热流体侧的出口与第三冷凝器(14)热流体侧的进口、第三冷凝器(14)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、高压级透平(4)的出口与第一冷凝器(5)热流体侧的进口、第一冷凝器(5)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、混合罐(6)的出口与循环泵(7)的进口、循环泵(7)的出口与高温太阳能集热器(1)的进口分别通过管道相连接，以构成双闪蒸直热式循环管路；
18.工质泵(13)的出口与低压级换热器(10)冷流体侧的进口、低压级换热器(10)冷流体侧的出口与第二低压级透平(11)的进口、第二低压级透平(11)的出口与第二冷凝器(12)热流体侧的进口、第二冷凝器(12)热流体侧的出口与所述工质泵(13)的进口分别通过管道相连接，以构成有机朗肯循环管路；
19.高压级透平(4)、第一低压级透平(9)、第二低压级透平(11)分别通过线路与蓄电模块(17)相连接，以构成储电回路；
20.冷却塔(16)底部的出口与第一冷凝器(5)冷流体侧的进口、第一冷凝器(5)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第一冷却水循环回路；
21.冷却塔(16)底部的出口与第二冷凝器(12)冷流体侧的进口、第二冷凝器(12)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第二冷却水循环回路；
22.冷却塔(16)底部的出口与第三冷凝器(14)冷流体侧的进口、第三冷凝器(14)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第三冷却水循环回路；
23.运行第一参数测量仪(18)安装于高压储罐(2)的出口处，第一参数测量仪(18)与第一微电脑处理器(19)、第一微电脑处理器(19)与循环泵(7)、第一微电脑处理器(19)与闪蒸器(3)中阀门、第一微电脑处理器(19)与节流阀(8)分别通过线路相连接，以构成第一智能控制回路；
24.运行第二参数测量仪(20)安装于第一低压级透平(9)的出口处，第二参数测量仪(20)与第二微电脑处理器(21)、第二微电脑处理器(21)与工质泵(13)分别通过线路相连接，以构成第二智能控制回路。
25.本发明的工作原理是：
26.双闪蒸直热式循环管路如下：工质在高温太阳能集热器(1)中吸收热量，而后从出口流出，进入高压储罐(2)存储，接着从高压储罐(2)的出口流出，进入闪蒸器(3)节流闪蒸，
而后饱和气相工质从闪蒸器(3)顶部出口流出，并进入高压级透平(4)膨胀做功、发电，接着做功完成后的乏气进入第一冷凝器(5)中与冷却水换热、冷凝，而后进入混合罐(6)，接着经循环泵(7)加压后从混合罐(6)流出，并重新进入高温太阳能集热器(1)；闪蒸器(3)中的饱和液相工质从闪蒸器(3)底部出口流出，并经节流阀(8)节流闪蒸后，进入第一低压级透平(9)膨胀做功、发电，而后进入低压级换热器(10)与有机朗肯循环工质换热，换热完成后进入第三冷凝器(14)冷凝，接着从第三冷凝器(14)流出，进入混合罐(6)，经循环泵(7)加压后从混合罐(6)流出，并重新进入高温太阳能集热器(1)，完成一次循环。
27.有机朗肯循环管路如下：工质经工质泵(13)加压后从第二冷凝器(12)流出，接着进入低压级换热器(10)中吸热蒸发，而后进入第二低压级透平(11)膨胀做功、发电，接着做功完成后的乏气重新进入第二冷凝器(12)中冷凝，完成一次循环。
28.储电回路如下：高压级透平(4)、第一低压级透平(9)、第二低压级透平(11)所生成的电能，经输电线路进入蓄电模块(17)，将电能储存在电池中。
29.第一冷却水循环回路如下：冷却水经冷却塔(16)底部的出口流出，并进入冷第一冷凝器(5)与工质换热，换热完成后进入生活热水箱(15)，在满足生活热水需求后，一部分热水回流至冷却塔(16)重新冷却，完成一次循环。
30.第二冷却水循环回路如下：冷却水经冷却塔(16)底部的出口流出，并进入第二冷凝器(12)与工质换热，换热完成后进入生活热水箱(15)，在满足生活热水需求后，一部分热水回流至冷却塔(16)重新冷却，完成一次循环。
31.第二冷却水循环回路如下：冷却水经冷却塔(16)底部的出口流出，并进入第三冷凝器(14)与工质换热，换热完成后进入生活热水箱(15)，在满足生活热水需求后，一部分热水回流至冷却塔(16)重新冷却，完成一次循环。
32.第一智能控制回路如下：工质运行参数(流量、温度、压力)经运行第一参数测量仪(18)测量后，传输至第一微电脑处理器(19)，经第一微电脑处理器(19)优化计算后获得最优节流压力、吸热压力，而后以电信号形式分别对闪蒸器(3)中的阀门、节流阀(8)分与循环泵(7)进行调控，完成对双闪蒸直热式循环管路的智能调控。
33.第二智能控制回路如下：工质运行参数(流量、温度、压力)经运行第二参数测量仪(20)测量后，传输至第二微电脑处理器(21)，经第一微电脑处理器(21)优化计算后获得最优吸热压力，而后以电信号形式对工质泵(13)进行调控，完成对有机朗肯循环管路的智能调控。
34.本实施例中，蓄电模块(17)采用铅酸蓄电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂离子电池中的一种或多种。
35.在本实施例中，双闪蒸直热式循环管路中工作流体采用甲苯、环己烷、戊烷、硅醚、r236ea、r141b、r365mfc、二氯乙烷、氯苯、正丙基环己烷、r245ca、r113、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、甲基环己烷、水、癸烷、壬烷、异辛烷、辛烷、庚烷中的一种或其混合物；有机朗肯循环管路中工作流体采用甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物。
36.为了提高可靠性，循环管路在注入工质之前，对管道进行氮气吹扫和抽真空处理。
37.通过上述方式，本发明实施例的基于太阳能的分布式能源系统能够经济、高效的实现从太阳能利用。
38.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于太阳能的分布式能源系统，其特征在于：高温太阳能集热器(1)、高压储罐(2)、闪蒸器(3)、高压级透平(4)、第一冷凝器(5)、混合罐(6)、循环泵(7)、节流阀(8)、第一低压级透平(9)、低压级换热器(10)、第二低压级透平(11)、第二冷凝器(12)、工质泵(13)、第三冷凝器(14)、生活热水箱(15)、冷却塔(16)、蓄电模块(17)、运行第一参数测量仪(18)、第一微电脑处理器(19)、运行第二参数测量仪(20)、第二微电脑处理器(21)；所述高温太阳能集热器(1)的出口与高压储罐(2)的进口、高压储罐(2)的出口与闪蒸器(3)的进口、闪蒸器(3)顶部的出口与高压级透平(4)的进口、闪蒸器(3)底部的出口与节流阀(8)的进口、节流阀(8)的出口与第一低压级透平(9)的进口、第一低压级透平(9)的出口与低压级换热器(10)热流体侧的进口、低压级换热器(10)热流体侧的出口与第三冷凝器(14)热流体侧的进口、第三冷凝器(14)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、高压级透平(4)的出口与第一冷凝器(5)热流体侧的进口、第一冷凝器(5)热流体侧的出口与混合罐(6)的进口、混合罐(6)的出口与循环泵(7)的进口、循环泵(7)的出口与高温太阳能集热器(1)的进口分别通过管道相连接，以构成双闪蒸直热式循环管路；所述工质泵(13)的出口与低压级换热器(10)冷流体侧的进口、低压级换热器(10)冷流体侧的出口与第二低压级透平(11)的进口、第二低压级透平(11)的出口与第二冷凝器(12)热流体侧的进口、第二冷凝器(12)热流体侧的出口与所述工质泵(13)的进口分别通过管道相连接，以构成有机朗肯循环管路；所述高压级透平(4)、第一低压级透平(9)、第二低压级透平(11)分别通过线路与蓄电模块(17)相连接，以构成储电回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第一冷凝器(5)冷流体侧的进口、第一冷凝器(5)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第一冷却水循环回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第二冷凝器(12)冷流体侧的进口、第二冷凝器(12)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第二冷却水循环回路；所述冷却塔(16)底部的出口与第三冷凝器(14)冷流体侧的进口、第三冷凝器(14)冷流体侧的出口与生活热水箱(15)的进口、生活热水箱(15)的出口与冷却塔(16)的进口分别通过管道相连接，以构成第三冷却水循环回路；所述运行第一参数测量仪(18)安装于高压储罐(2)的出口处，第一参数测量仪(18)与第一微电脑处理器(19)、第一微电脑处理器(19)与循环泵(7)、第一微电脑处理器(19)与闪蒸器(3)中阀门、第一微电脑处理器(19)与节流阀(8)分别通过线路相连接，以构成第一智能控制回路；所述运行第二参数测量仪(20)安装于第一低压级透平(9)的出口处，第二参数测量仪(20)与第二微电脑处理器(21)、第二微电脑处理器(21)与工质泵(13)分别通过线路相连接，以构成第二智能控制回路。2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的分布式能源系统，其特征在于：蓄电模块采用铅酸蓄电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂离子电池中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的分布式能源系统，其特征在于：所述双闪蒸直热式循环管路中工作流体采用甲苯、环己烷、戊烷、硅醚、r236ea、r141b、r365mfc、二氯乙
烷、氯苯、正丙基环己烷、r245ca、r113、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、甲基环己烷、水、癸烷、壬烷、异辛烷、辛烷、庚烷中的一种或其混合物；所述有机朗肯循环管路中工作流体采用甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物。

技术总结
一种基于太阳能的分布式能源系统，属于能源与环境领域。本发明包括高温太阳能集热器、高压储罐、闪蒸器、高压级透平、冷凝器、混合罐、循环泵、节流阀、低压级透平、低压级换热器、工质泵、生活热水箱、冷却塔、蓄电模块。它们构成了双闪蒸直热式循环、有机朗肯循环、储电回路、三个冷却水循环回路和两个智能控制回路。本发明实现对高温太阳能的梯级利用，满足用户用电及生活热水需求。采用高温太阳能集热器直接加热循环工质，结合两级闪蒸与有机朗肯循环，实现热能的梯级利用；考虑生活热水需求，采用多回路冷却系统实现热能充分利用；引入智能控制回路，实现系统多参数运行调节，保证高效运行；考虑能源间歇性，结合蓄电模块，保证供能稳定性。性。性。


技术研发人员：鄢银连 张红光 杨富斌 平旭 潘亚超 许永红 杨海龙
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/4