一种清洁低碳的农村能源联供装置

1.本发明属于热泵、供能系统领域，具体涉及一种清洁低碳的农村能源联供装置。


背景技术：

2.目前，我国农村仍存在大量地区冬季采用散煤供暖，这种供暖方式的能源利用率低，造成的环境污染严重，同时产生的污染物对人体健康造成威胁。由于散煤采暖未做任何环保处理，因此使用散烧煤导致了高额的二氧化碳排放，还产生了大量的烟尘、氮氧化物、硫氧化物等空气污染物，这些有害物质严重损害空气质量，导致雾霾的产生。同时，散煤燃烧所释放出来的有害物质会对人体健康造成很大的危害，如可致癌的多环芳烃等危险物质。长期暴露在散煤烟尘中会导致呼吸系统疾病、肺癌等疾病的发生。
3.空气源热泵是一种应用逆卡诺循环原理，通过消耗电能将热量从室外空气转移到室内用于供热的装置，具有应用范围广、限制条件少、高效节能、稳定可靠、清洁无污染等优点，目前的高性能低温空气源热泵再-15℃的环境下，性能系数(cop)可以达到2.5，因此能够适应我国绝大多数地区冬季气候，适用于我国北方农村地区冬季采暖。通过使用空气源热泵供暖，可以减少散煤消耗量，同时可以有效消纳可再生能源发电，降低农村采暖的污染物排放。
4.光伏发电系统是利用光电效应将太阳辐射能转换为电能的装置，由于我国太阳能资源分布丰富广泛，因此光伏发电系统被认为是是构建未来低碳清洁可再生的能源系统的关键支撑和重要组成。然而，光伏发电受天气条件影响很大，因此出力具有较强的波动性和间歇性，此外光伏系统在配电网中大量接入改变了配电系统原有的潮流分布，这都给光伏系统进一步推广应用和配电系统的稳定可靠运行带来了挑战。
5.因此，本文基于以上存在的问题，将空气源热泵系统、储热水箱与光伏发电系统结合组成了一种清洁低碳的农村能源联供装置。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种清洁低碳的农村能源联供装置。本发明能够在向用户清洁低碳供能的同时，解决分布式光伏出力与用户热负荷时序不匹配的问题，高比例消纳可再生能源，减少光伏发电大规模并入电网给电网稳定可靠运行带来的不良影响。
7.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
8.一种清洁低碳的农村能源联供装置，该装置包括配电网入户线、分布式光伏系统、逆变器、用户配电箱、空气源热泵、制热循环泵、储热水箱、混水阀、供热循环泵、供暖末端；
9.所述分布式光伏系统经过所述逆变器，采用自发自用、余电上网的并网方式接入所述配电网入户线，所述分布式光伏系统发电优先向用户供电，所述分布式光伏系统发电功率不足以满足用户需求时，由公共电网补充供电，所述分布式光伏系统发电功率超过用户需求时，光伏发电通过所述配电网入户线并入电网售电；
10.所述空气源热泵与所述储热水箱连接，所述空气源热泵高温热水出水口经过所述制热循环泵后与所述储热水箱上部进水口相连接，所述储热水箱下部出水口连接所述空气源热泵进水口，所述空气源热泵加热所述储热水箱；
11.所述储热水箱上部出水口与所述供热末端进水口连接，所述供热末端的出水口通过所述供热循环泵后分为两个支路，支路一经过所述混水阀后连接所述供热末端进水口，支路二连接所述储热水箱下部进水口。
12.进一步地，所述供暖循环泵、所述制热循环泵均采用定频泵。
13.进一步地，所述分布式光伏系统采用单晶硅或者多晶硅光伏组件。
14.进一步地，所述空气源热泵的开关采用电热信号联合控制的方法：当所述储热水箱储热温度低于设定值时或者所述分布式光伏系统发电功率高于用户电负荷时所述空气源热泵开启，当所述储热水箱储热温度高于设定值时所述空气源热泵机组。
15.进一步地，所述制热循环泵的开启受所述空气源热泵的开关状态控制，当所述空气源热泵开启时所述制热循环泵开启，当所述空气源热泵关闭时所述制热循环泵关闭。
16.进一步地，所述供暖循环泵的开启受用户侧热负荷控制，当用户侧存在热需求时，所述供暖循环泵开启，当用户侧没有热需求时，所述供暖循环泵关闭。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明提供的能源联供系统，可以以清洁低碳的方式满足用户的供热和用电需求，减少了原有散煤采暖方式造成的高能耗和污染物排放问题。通过设置储热水箱，同时对空气源热泵的开关采用电热信号联合控制的方法，将分布式光伏系统产生的电能转化为热能存储，可以有效地缓解分布式光伏发电大规模并网对电网造成的不良影响，实现分布式光伏出力的高比例消纳，对未来构建清洁低碳的能源系统具有重要意义。
附图说明
19.图1为本发明提出的一种清洁低碳的农村能源联供装置的结构示意图。
20.上述图中：1，配电网入户线；2，分布式光伏系统；3，逆变器；4，用户配电箱；5，空气源热泵；6，制热循环泵；7，储热水箱；8，混水阀；9，供热循环泵；10，供暖末端。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步地详细说明：
22.如图1所示，本实施例提供一种清洁低碳的农村能源联供装置，包括配电网入户线1、分布式光伏系统2、逆变器3、用户配电箱4、空气源热泵5、制热循环泵6、储热水箱7、混水阀8、供热循环泵9、供暖末端10；
23.分布式光伏系统2产生的电力通过逆变器3转化为交流电，通过自发自用、余电上网的形式与配电网入户线1相连接，分布式光伏系统2通过逆变器3连接到用户配电箱4，配电网入户线1连接到用户配电箱4，由用户配电箱4向用户各用电设备供电；
24.空气源热泵5热水出水口通过制热循环泵6连接储热水箱7的上部进水口，储热水箱7的下部出水口连接空气源热泵5的进水口，构成制热循环；储热水箱7的上部出水口连接供暖末端10的进水口，供暖末端10的出水口通过供热循环泵9后分为两个支路，支路一经过
混水阀8连接供暖末端10的进水口，支路二连接至储热水箱7的下部进水口，构成供暖循环；
25.具体地，由分布式光伏系统2和配电网入户线1承担用户电负荷，向用户侧用电设备供电；由储热水箱7直接承担用户的热负荷，向用户供暖末端10提供热量；空气源热泵5间接承担用户的热负荷，通过加热储热水箱7，将热量通过储热水箱7间接传递给供暖末端10。
26.光伏发电优先用于满足用户电负荷，当光伏发电功率大于用户的电负荷时，提高空气源热泵5运行功率，若空气源热泵5功率提升至额定功率光伏发电仍有剩余，则剩余的光伏发电并入配电网入户线1上网售电；当光伏发电功率小于用户的电负荷时，用户的电负荷由分布式光伏系统2和配电网入户线1共同承担。
27.当储热水箱7储热温度低于设定值时或者分布式光伏系统2发电功率高于用户电负荷时，空气源热泵5开启，当储热水箱7储热温度高于设定值时空气源热泵5关闭。
28.当储热水箱7水温高于供暖末端10设定温度时，通过调节混水阀8的开度调节供暖末端10的供回水比例，以使得供暖末端10的进水口水温满足设定值，保证用户侧供暖的需求。
29.尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，包括：配电网入户线、分布式光伏系统、逆变器、用户配电箱、空气源热泵、制热循环泵、储热水箱、混水阀、供热循环泵、供暖末端；所述分布式光伏系统经过所述逆变器，采用自发自用、余电上网的并网方式接入所述配电网入户线，所述分布式光伏系统发电优先向用户供电，所述分布式光伏系统发电功率不足以满足用户需求时，由公共电网补充供电，所述分布式光伏系统发电功率超过用户需求时，光伏发电通过所述配电网入户线并入电网售电；所述空气源热泵与所述储热水箱连接，所述空气源热泵高温热水出水口经过所述制热循环泵后与所述储热水箱上部进水口相连接，所述储热水箱下部出水口连接所述空气源热泵进水口，所述空气源热泵加热所述储热水箱；所述储热水箱上部出水口与所述供热末端进水口连接，所述供热末端的出水口通过所述供热循环泵后分为两个支路，支路一经过所述混水阀后连接所述供热末端进水口，支路二连接所述储热水箱下部进水口。2.根据权利要求1所述的一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，所述供暖循环泵、所述制热循环泵均采用定频泵。3.根据权利要求1所述的一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，所述分布式光伏系统采用单晶硅或者多晶硅光伏组件。4.根据权利要求1所述的一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，所述空气源热泵的开关采用电热信号联合控制的方法：当所述储热水箱储热温度低于设定值时或者所述分布式光伏系统发电功率高于用户电负荷时所述空气源热泵开启，当所述储热水箱储热温度高于设定值时所述空气源热泵关闭。5.根据权利要求1所述的一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，所述制热循环泵的开启受所述空气源热泵的开关状态控制，当所述空气源热泵开启时所述制热循环泵开启，当所述空气源热泵关闭时所述制热循环泵关闭。6.根据权利要求1所述的一种清洁低碳的农村能源联供装置，其特征在于，所述供暖循环泵的开启受用户侧热负荷控制，当用户侧存在热需求时，所述供暖循环泵开启，当用户侧没有热需求时，所述供暖循环泵关闭。

技术总结
本发明属于热泵、供能系统领域，公开了一种清洁低碳的农村能源联供装置，将分布式光伏系统和空气源热泵系统组合成一套系统。本发明提供的能源联供系统，可以以清洁低碳的方式满足用户的供热和用电需求，减少了原有散煤采暖方式造成的高能耗和污染物排放问题。通过设置储热水箱，同时对空气源热泵的开关采用电热信号联合控制的方法，可以有效地缓解分布式光伏发电大规模并网对电网造成的不良影响，实现分布式光伏出力的高比例消纳，对未来构建清洁低碳的能源系统具有重要意义。碳的能源系统具有重要意义。碳的能源系统具有重要意义。


技术研发人员：郑万冬 于泽生 赵涵
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/10/11