一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置的制作方法

1.本实用新型属于综合能源利用装置技术领域，特别涉及一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置。

背景技术：

2.相对于单一的光伏发电技术和太阳能集热技术，基于光伏光热综合利用联合供能技术(pv/t)对太阳辐射各个波段实现了较为充分的利用，有更高的太阳能综合利用效率，不仅能满足用户对高品质电力和低品质热能的需求，而且结构紧凑，在占地面积有限的条件下更具有优势。
3.太阳能受天气因素影响较大，在遇到光热供热量无法满足供热和蓄热需求时，需要使用可快速启动的设备作为能源补充。电锅炉中电极锅炉具有寿命长、启动快、发热量大、安全环保等优势，在冬季或连续阴雨天气太阳能供暖和蓄热都达不到需求时，可以启动电极锅炉，实现与光热供暖相互补充；同时，电锅炉可利用谷电供暖，还可以起到平衡电网峰谷差的作用，对实现碳减排有重要意义。
4.目前技术中，现有太阳能光伏光热与电锅炉联合的供电供暖系统尚有不足，主要包括：未将储热技术与pv/t技术相结合、未设置多余的蓄热装置、未对高温热用户侧的余热进行回收利用以实现能量的梯级利用。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。
6.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型提供的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，包括：光伏光热系统、光伏逆变器、电锅炉、低温蓄热罐和高温蓄热罐；
8.所述光伏光热系统用于收集太阳能，并将收集的太阳能转换为电能和热能进行输出；其中，所述光伏光热系统输出电能的第一部分用于经输电管路输送至所述电锅炉，所述光伏光热系统输出电能的第二部分用于经输电管路输送至电用户，所述输电管路上设置有所述光伏逆变器；所述光伏光热系统输出热能的第一部分用于输送至低温热用户，所述光伏光热系统输出热能的第二部分用于输送至所述低温蓄热罐，所述光伏光热系统输出热能的第三部分用于输送至所述电锅炉；
9.所述电锅炉输出的热能用于输送至高温热用户和所述高温蓄热罐中的一个或两个；
10.所述低温蓄热罐输出的热能用于输送至所述电锅炉和低温热用户中的一个或两个；所述高温蓄热罐输出的热能用于输送至高温热用户。
11.本实用新型装置的进一步改进在于，所述光伏光热系统输出电能的第三部分用于经输电管路输送至电网。
12.本实用新型装置的进一步改进在于，所述电锅炉还用于输入电网输送的电能。
13.本实用新型装置的进一步改进在于，所述电锅炉为电极锅炉、电磁锅炉或电阻锅炉。
14.本实用新型装置的进一步改进在于，所述低温蓄热罐采用的低温蓄热介质为水、无机水合盐或石蜡。
15.本实用新型装置的进一步改进在于，所述高温蓄热罐采用的高温蓄热介质为高温熔融盐、氧化镁砖或混凝土。
16.本实用新型装置的进一步改进在于，所述低温热用户包括生活热水用户和室内采暖用户中的一个或两个。
17.本实用新型装置的进一步改进在于，所述电用户包括居民生活用电用户和工商业用电用户中的一个或两个。
18.本实用新型装置的进一步改进在于，所述高温热用户包括40℃～100℃的高温热水或100℃～200℃的工业蒸汽中的一个或两个。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型提供的光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置中，光伏光热系统耦合光伏发电系统和光热集热系统，可同时产生电、热两种能量收益，从而能够提高太阳能的综合利用效率；联合利用电锅炉，能够有效促进新能源消纳；利用蓄热装置弥补电热负荷在时空上的差异，实现灵活调峰。在节能方面，将高温热用户侧的余热进行回收利用来满足低温热用户的供热需求且还可以通过电锅炉加热。在能量梯级利用方面，通过电锅炉进一步加热光伏光热系统产生的热水，实现梯级加热，提高系统能效。
21.本实用新型中，将电网的电力和光伏发电的电力供给电锅炉，使其生产工业蒸汽来弥补太阳能光伏光热系统在某些情况下供热不足的问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置的示意图；
24.图中，1、光伏光热系统；2、光伏逆变器；3、电锅炉；4-1、低温蓄热罐；4-2、高温蓄热罐；5-1、低温热用户；5-2、电用户；5-3、高温热用户；6、输电管路；7、传热管路。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
28.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，包括光伏光热系统1、光伏逆变器2、电锅炉3、低温蓄热罐4-1、高温蓄热罐4-2、低温热用户5-1、电用户5-2和高温热用户5-3。
29.所述光伏光热系统1包括太阳能板；所述太阳能板用于收集太阳能并将收集的太阳能转换为电能和热能进行输出；光伏光热系统1产生的一部分热能经传热管路7传递至低温热用户5-1，并且光伏光热系统1产生的另一部分热能经传热管路7传递至低温蓄热罐4-1内。
30.光伏逆变器2用于将太阳能板产生的直流电转换为交流电，光伏逆变器2位于输电管路6上，光伏光热系统1产生的一部分电能经光伏逆变器2直接输送给电用户5-2；电锅炉3与光伏逆变器2连接，光伏光热系统1产生的另一部分电能经光伏逆变器2输送至电锅炉3，光伏光热系统1产生的另一部分热能经传热管路7传递至电锅炉3内，且低温蓄热罐4-1内的一部分热能经传热管路7传递至电锅炉3内，电锅炉3产生的一部分热能经传热管路7传递至高温蓄热罐4-2内，电锅炉3产生的另一部分热能经传热管路7传递至高温热用户5-3。高温蓄热罐4-2内的另一部分热能经传热管路7传递至高温热用户5-3。低温蓄热罐4-1内的另一部分热能经传热管路7传递至低温热用户5-1。
31.本实用新型实施例具体示例性的，低温蓄热罐4-1的罐内可以填充水、无机水合盐或石蜡等作为低温蓄热介质；当光伏光热系统1产生的热量充裕时，可通过低温蓄热介质将热量储存到低温蓄热罐4-1内，同时通过回收工业余热同样可以将热量储存到低温蓄热罐4-1内；当系统热量不足或峰电电价高时，将低温蓄热罐4-1内的热量释放，可以为低温热用户5-1提供生活热水或室内供暖。高温蓄热罐4-2的罐内可以填充高温熔融盐、氧化镁砖或混凝土等作为高温蓄热介质，当电锅炉3工作时会产生大量热，一部分用于生产工业蒸汽，剩余的部分可以通过高温蓄热介质储存到高温蓄热罐4-2内，当系统热量不足或峰电电价高时，将高温蓄热罐4-2内的热量释放，可以为高温热用户5-3提供40℃～100℃的高温热水或100℃～200℃的工业蒸汽。
32.本实用新型实施例具体示例性的，低温热用户5-1包括生活热水用户和室内采暖用户。电用户5-2包括居民生活用电用户和工商业用电用户。高温热用户5-3包括工业蒸汽用户和高温热水用户。
33.本实用新型实施例具体示例性的，电锅炉3为电极锅炉、电磁锅炉或电阻锅炉。
34.本实用新型实施例具体示例性的，光伏光热系统1产生的又一部分电能经光伏逆变器2供给电网；电锅炉3在光伏光热系统1供电不足时可以由电网供电。电锅炉3加热时产生的工业余热经传热管路7回收至低温蓄热罐4-1内。
35.本实用新型实施例提供的技术方案中耦合光伏发电系统和光热集热系统，同时产生电、热两种能量收益，从而提高了太阳能的综合利用效率，并联合利用电锅炉，能够有效促进新能源消纳，将电网的电力和光伏发电的电力供给电锅炉，使其生产工业蒸汽来弥补太阳能光伏光热系统在某些情况下供热不足的问题，同时利用蓄热装置弥补电热负荷在时空上的差异，实现灵活调峰；同时在节能方面，将高温热用户侧的余热进行回收利用来满足低温热用户的供热需求且还可以通过电锅炉进一步加热；在能量梯级利用方面，通过电锅炉进一步加热光伏光热系统产生的热水，实现梯级加热，提高系统能效。本实用新型既满足了多用户不同品位的供热需求，还通过余热回收实现了能量的梯级利用，积极响应了国家碳达峰、碳中和政策，具有广阔的市场应用前景。
36.本实用新型实施例提供的光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置的工作流程如下：
37.在非供暖季，光伏光热系统1供电充足时，一方面，光伏光热系统1产生的电能经光伏逆变器2通过输电管路6可以直供给电用户5-2，电量充裕时还可以经输电管路6给电锅炉3供电并向电网售电，产生发电收益，降低运行成本；光伏光热系统1供电不足时，电锅炉3可由电网供电；另一方面，光伏光热系统1产生的热能同样可以经传热管路7直供给低温热用户5-1提供生活热水，热量充裕时还可以通过低温蓄热介质将热能经传热管路7储存到低温蓄热罐4-1内或作为低温热源经传热管路7供给电锅炉3，电锅炉3可以作为光伏光热系统1热量不足情况下的补充，既可以生产工业蒸汽又可以将多余热量通过高温蓄热介质经传热管路7储存到高温蓄热罐4-2内。此过程，电锅炉3加热光伏光热系统1产生的热水的能效优于电锅炉3直接加热冷水的能效，实现了能量的梯级利用，降低了系统能耗，提高了系统能效。
38.在供暖季，光伏光热系统1供电充足时，一方面，光伏光热系统1产生的电能经光伏逆变器2通过输电管路6可以直供给电用户5-2，电量充裕时还可以经输电管路6给电锅炉3供电并向电网售电，产生发电收益，降低运行成本。光伏光热系统1供电不足时，电锅炉3可由电网供电；另一方面，光伏光热系统1产生的热能同样可以经传热管路7直供给低温热用户5-1提供生活热水和室内供暖，热量充裕时还可以通过低温蓄热介质将热能经传热管路7储存到低温蓄热罐4-1内，谷电或雨雪天气时释放低温蓄热罐4-1内热量经传热管路7给低温热用户5-1提供生活热水和室内采暖或作为低温热源经传热管路7供给电锅炉3；当热量不足时，电锅炉3可以作为光伏光热系统1热量不足情况下的补充，白天光伏光热系统1将光能转化为电能，驱动电锅炉3加大加热功率，将电能转变成热能，生产工业蒸汽和高温热水，供给高温热用户5-3，多余的热能可以经传热管路7储存在高温蓄热罐4-2内，谷电或雨雪天气时释放高温蓄热罐4-2内热量经传热管路7给高温热用户5-3提供高温热水和工业蒸汽。工业余热回收既可以经传热管路7储存到低温蓄热罐4-1内，又可以通过电锅炉3进一步加热。此过程，平衡了电网负荷，提高了电网的安全运行性能与夜间闲置电力利用率，促进了清洁能源多消纳。示例解释性的，各个输电管路6和传热管路7均可根据实际情况设置相应的控制阀，以满足实际的选择性连通。
39.综上，本实用新型公开了一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能系统，包括：光伏光热系统、光伏逆变器、电锅炉、低温蓄热罐、高温蓄热罐、低温热用户、电用户、高温热用户、输电管路、传热管路等。一方面，光伏光热系统产生的电能经光伏逆变器可以直供给电
用户，电量充裕时还可以给电锅炉供电并向电网售电；另一方面，光伏光热系统产生的热能同样可以直供给低温热用户，热量充裕时还可以将热能储存到低温蓄热罐内或作为低温热源供给电锅炉，电锅炉既可以生产工业蒸汽又可以将多余热量储存到高温蓄热罐内。本实用新型满足了用户侧多样化的用能需求，实现了光伏光热系统清洁能源全消纳和能量的梯级利用，显著提高了系统能效。
40.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，包括：光伏光热系统(1)、光伏逆变器(2)、电锅炉(3)、低温蓄热罐(4-1)和高温蓄热罐(4-2)；所述光伏光热系统(1)用于收集太阳能，并将收集的太阳能转换为电能和热能进行输出；其中，所述光伏光热系统(1)输出电能的第一部分用于经输电管路(6)输送至所述电锅炉(3)，所述光伏光热系统(1)输出电能的第二部分用于经输电管路(6)输送至电用户(5-2)，所述输电管路(6)上设置有所述光伏逆变器(2)；所述光伏光热系统(1)输出热能的第一部分用于输送至低温热用户(5-1)，所述光伏光热系统(1)输出热能的第二部分用于输送至所述低温蓄热罐(4-1)，所述光伏光热系统(1)输出热能的第三部分用于输送至所述电锅炉(3)；所述电锅炉(3)输出的热能用于输送至高温热用户(5-3)和所述高温蓄热罐(4-2)中的一个或两个；所述低温蓄热罐(4-1)输出的热能用于输送至所述电锅炉(3)和低温热用户(5-1)中的一个或两个；所述高温蓄热罐(4-2)输出的热能用于输送至高温热用户(5-3)。2.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述光伏光热系统(1)输出电能的第三部分用于经输电管路(6)输送至电网。3.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述电锅炉(3)还用于输入电网输送的电能。4.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述电锅炉(3)为电极锅炉、电磁锅炉或电阻锅炉。5.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述低温蓄热罐(4-1)采用的低温蓄热介质为水、无机水合盐或石蜡。6.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述高温蓄热罐(4-2)采用的高温蓄热介质为高温熔融盐、氧化镁砖或混凝土。7.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述低温热用户(5-1)包括生活热水用户和室内采暖用户中的一个或两个。8.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述电用户(5-2)包括居民生活用电用户和工商业用电用户中的一个或两个。9.根据权利要求1所述的一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，其特征在于，所述高温热用户(5-3)包括100℃～200℃的工业蒸汽用户和40℃～100℃的高温热水用户中的一个或两个。

技术总结

本实用新型公开了一种光伏光热耦合电锅炉蓄热的清洁供能装置，包括：光伏光热系统、光伏逆变器、电锅炉、低温蓄热罐和高温蓄热罐；光伏光热系统产生的电能经光伏逆变器可以直供给电用户，电量充裕时可以给电锅炉供电；光伏光热系统产生的热能可以直供给低温热用户，热量充裕时可以将热能储存到低温蓄热罐内或作为低温热源供给电锅炉，电锅炉既可以生产工业蒸汽又可以将多余热量储存到高温蓄热罐内。本实用新型满足了用户侧多样化的用能需求，实现了光伏光热系统清洁能源全消纳和能量的梯级利用，显著提高了系统能效。显著提高了系统能效。显著提高了系统能效。