一种分布式冷热电供应系统及供应方法

技术领域

本发明涉及能源供应技术领域，具体涉及一种分布式冷热电供应系统及供应方法。

背景技术

分布式冷热电供应系统是一种现代能源供应系统，与传统的集中式供能系统相比，该种能源供应系统靠近用户端侧设置，布置灵活、结构多样，能够整体协调满足用户端的用冷、用热及用电需求，具有能效高、清洁环保、安全性好及经济效益好等优点。

然而，对于现有的分布式冷热电供应系统，其能量转换次数往往较多，且灵活性较差，系统整体鲁棒性较低。作为结果，当用户端需求发生变化时，现有的分布式冷热电供应系统不能很及时地响应用户端的需求而作出调整。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的分布式冷热电供应系统不能及时响应用户端需求作出调整的缺陷，从而提供一种分布式冷热电供应系统及供应方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种分布式冷热电供应系统，其包括原动力机构和冷热电供应机构。原动力机构用于将燃料的化学能转换为机械能；冷热电供应机构与原动力机构连接，包括并联设置的电力供应机构和冷热供应机构；电力供应机构用于将原动力机构提供的部分机械能转换为电能，以为用户端供电；冷热供应机构用于将原动力机构提供的另一部分机械能转换为热能，以为用户端供冷或供热。

可选地，分布式冷热电供应系统还包括动力分配机构。动力分配机构设置在原动力机构和冷热电供应机构之间，用于调节原动力机构供给电力供应机构和冷热供应机构的机械能的比例。

可选地，分布式冷热电供应系统还包括反馈控制机构。反馈控制机构分别与用户端和动力分配机构通讯连接，能够根据用户端的电负荷需求和冷热负荷需求控制动力分配机构调节原动力机构供给电力供应机构和冷热供应机构的机械能的比例。

可选地，原动力机构设置有多个，多个原动力机构并联设置，每个原动力机构均与冷热电供应机构连接。

可选地，分布式冷热电供应系统还包括动力合成机构。动力合成机构设置在多个原动力机构和冷热电供应机构之间，用于合成多个原动力机构提供的机械能。

可选地，原动力机构包括内燃机；电力供应机构包括发电机，发电机的输入轴和内燃机的输出轴传动连接；冷热供应机构包括压缩机，压缩机和发电机并联，压缩机的输入轴和内燃机的输出轴传动连接。

可选地，冷热供应机构还包括冷凝器、节流阀和蒸发器。冷凝器与压缩机连接，用于将来自压缩机的制冷剂冷凝，并向外界放热；节流阀与冷凝器连接，用于对制冷剂节流降压；蒸发器与节流阀连接，用于将制冷剂气化，并从外界吸热；蒸发器还与压缩机连接，以将制冷剂送入压缩机，形成循环回路。

本发明还提供了一种分布式冷热电供应方法，其使用如上所述的分布式冷热电供应系统为用户端进行冷热电供应，该分布式冷热电供应方法包括：通过原动力机构将燃料的化学能转换为机械能；通过电力供应机构将原动力机构提供的部分机械能转换为电能，为用户端供电；通过冷热供应机构将原动力机构提供的另一部分机械能转换为热能，为用户端供冷或供热。

可选地，分布式冷热电供应方法还包括：根据用户端的电负荷需求和冷热负荷需求之比，通过动力分配机构调节原动力机构供给电力供应机构和冷热供应机构的机械能的比例。

可选地，分布式冷热电供应方法还包括：通过并联设置的多个原动力机构为冷热电供应机构提供机械能，并根据用户端的电负荷需求和冷热负荷需求之和，调整原动力机构的运行数量。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种分布式冷热电供应系统，通过原动力机构可以分别为电力供应机构和冷热供应机构直接提供机械能，之后再通过电力供应机构将机械能转换为电能，通过冷热供应机构将机械能转换为热能，整体能量转换次数较少。同时，由于电力供应机构和冷热供应机构是相对独立的，所以可以对供电和冷热供应进行单独调节，灵活性更高，系统响应速度更快，整体鲁棒性更高。

2、通过设置在原动力机构和冷热电供应机构之间的动力分配机构，可以调节原动力机构供给电力供应机构和冷热供应机构的机械能的比例，使该分布式冷热电供应系统更好地响应用户端需求。

3、本发明还提供了一种分布式冷热电供应方法，可以实现较低的能量转换次数，并实现供电和冷热供应的独立调节，灵活性更高，能够更及时地响应用户端需求作出调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1示出了本发明实施例一提供的分布式冷热电供应系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例二提供的分布式冷热电供应系统的结构示意图。

附图标记说明：

100、用户端；

1、原动力机构；11、内燃机；12、变速箱；13、联轴器；2、动力分配机构；3、冷热电供应机构；31、电力供应机构；32、冷热供应机构；321、压缩机；322、冷凝器；323、节流阀；324、蒸发器；325、水泵；4、反馈控制机构；5、动力合成机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

本实施例提供了一种分布式冷热电供应系统，如图1所示，该分布式冷热电供应系统包括相连接的原动力机构1和冷热电供应机构3，冷热电供应机构3包括并联设置的电力供应机构31和冷热供应机构32。

其中，原动力机构1用于将燃料的化学能转换为机械能；电力供应机构31用于将原动力机构1提供的部分机械能转换为电能，以为用户端100供电；冷热供应机构32用于将原动力机构1提供的另一部分机械能转换为热能，以为用户端100供冷或供热。

按以上设置，该分布式冷热电供应系统使用时，通过原动力机构1可以分别为电力供应机构31和冷热供应机构32直接提供机械能，之后再通过电力供应机构31将机械能转换为电能，通过冷热供应机构32将机械能转换为热能，整体能量转换次数较少。同时，由于电力供应机构31和冷热供应机构32是相对独立的，所以当用户端100电负荷需求(即用电需求)发生变化时，可以对供电进行单独调节，当用户端100冷热负荷需求(即用冷及用热需求)发生变化时，可以对冷热供应进行单独调节，调节灵活性更高，系统响应速度更快，整体鲁棒性更高。

此外需说明的是，当能量转换次数较少时，还可保证该分布式冷热电供应系统整体的能量利用率维持在较高水平。

进一步地，如图1所示，该分布式冷热电供应系统还包括动力分配机构2。动力分配机构2设置在原动力机构1和冷热电供应机构3之间，其用于调节原动力机构1供给电力供应机构31和冷热供应机构32的机械能的比例，从而能够使系统更好地响应用户端100的需求。

例如，当用户端100的电负荷需求较多，而冷热负荷需求较少时，通过动力分配机构2可以调大原动力机构1供给电力供应机构31的机械能的比例，调小原动力机构1供给冷热供应机构32的机械能的比例，即将原动力机构1的机械能更多地供给电力供应机构31；反之，当用户端100电负荷需求较少，而冷热负荷需求较多时，通过动力分配机构2可以调小原动力机构1供给电力供应机构31的机械能的比例，调大原动力机构1供给冷热供应机构32的机械能的比例，即将原动力机构1的机械能更多地供给冷热供应机构32。

为更好地响应用户端100的需求作出调整，如图1所示，在该分布式冷热电供应系统中还设置有反馈控制机构4。反馈控制机构4分别与用户端100和动力分配机构2通讯连接，其能够根据用户端100的电负荷需求和冷热负荷需求控制动力分配机构2调节原动力机构1供给电力供应机构31和冷热供应机构32的机械能的比例。

本实施例中，在用户端100设置有终端系统，终端系统内存储有用户端100的电负荷需求及冷热负荷需求信息，以上需求信息可以是相对固定的也可以是实时调整的。反馈控制机构4设置为电子控制器，电子控制器与终端系统通讯连接，可以获取用户端100的电负荷需求及冷热负荷需求信息，进而将这些需求信息反馈给动力分配机构2，以控制动力分配机构2调节供给电力供应机构31和冷热供应机构32的机械能的比例。示例性地，电子控制器可以是PLC，由于其为现有技术，所以在此不再赘述。

下面,对本实施例所提供的分布式冷热电供应系统的具体设置进行介绍。

参考图1，原动力机构1包括内燃机11。示例性地，内燃机11可以为柴油机、汽油机等使用燃油的内燃机11，也可以为天然气发动机等使用燃气的内燃机11。为便于内燃机11与其它机构传动连接，在原动力机构1中还设置有变速箱12和联轴器13。示例性地，变速箱12为变速齿轮箱。

电力供应机构31包括发电机，发电机的输入轴和内燃机11的输出轴传动连接；冷热供应机构32包括压缩机321，压缩机321和发电机并联，压缩机321的输入轴和内燃机11的输出轴传动连接。

进一步地，对于动力分配机构2，其设置为分动器。分动器为齿轮传动结构，其包括一个输入轴和至少两个输出轴。

此时，原动力机构1、动力分配机构2及冷热电供应机构3整体传动连接设置如下：内燃机11的输出轴、变速箱12、联轴器13及分动器的输入轴依次传动连接，分动器的一个输出轴和发电机的输入轴传动连接，分动器的另一个输出轴和压缩机321的输入轴传动连接。

当实现动力传递及分配后，发电机可以获得部分机械能并直接将其转换为电能，进而通过电线等设施为用户端100供电。而对于压缩机321，其在获得部分机械能后，会将其转换为气体内能，再通过冷热供应机构32中的其它部分将气体内能转换为热能，以为用户端100供冷或供热。

本实施例中，压缩机321内有制冷剂流动。压缩机321运行时，其会将制冷剂压缩成高温高压的制冷剂蒸汽。进一步地，参考图1，冷热供应机构32还包括冷凝器322、节流阀323和蒸发器324。其中，冷凝器322与压缩机321连接，通过冷凝器322可以将来自压缩机321的制冷剂(制冷剂蒸汽)冷凝，并向外界放热；节流阀323与冷凝器322连接，用于对制冷剂节流降压；蒸发器324与节流阀323连接，用于将制冷剂气化，并从外界吸热；蒸发器324还与压缩机321连接，以将制冷剂送入压缩机321，形成循环回路。

本实施例中，在压缩机321、冷凝器322、节流阀323和蒸发器324之间设置有制冷剂通道，制冷剂通过制冷剂通道循环流动。

进一步地，为便于用户端100使用，用户端100通过回水管道与冷凝器322连接；同时在冷热供应机构32中设置有水泵325，水泵325与冷凝器322连接。通过回水管道可以向冷凝器322提供换热用水，再通过冷凝器322使换热用水与制冷剂进行换热，从而获得热水，再通过水泵325将热水供给用户端100，更便于用户端100使用。

其它实施例中，在使用该冷热供应机构32时，也可以通过冷凝器322直接为用户端100供热，通过蒸发器324直接为用户端100供冷。

本实施例中，发电机可以实现30％-100％的输出功率调整，冷凝器322可以实现0-100％的输出功率调整。于整体上，记冷热供应机构32和电力供应机构31二者的输出功率之比为热电比，通过反馈控制机构4可以控制热电比在0-2.3的区间内变化。

本实施例还提供了一种分布式冷热电供应方法，其使用如上所述的分布式冷热电供应系统，该方法包括以下步骤：通过原动力机构1将燃料的化学能转换为机械能；通过电力供应机构31将原动力机构1提供的部分机械能转换为电能，为用户端100供电；通过冷热供应机构32将原动力机构1提供的另一部分机械能转换为热能，为用户端100供冷或供热。

通过以上方法可以实现较低的能量转换次数，并实现供电和冷热供应的独立调节，灵活性更高，能够更及时地响应用户端100需求作出调整。

进一步地，该分布式冷热电供应方法还包括：根据用户端100的电负荷需求和冷热负荷需求之比，通过动力分配机构2调节原动力机构1供给电力供应机构31和冷热供应机构32的机械能的比例。例如，当电负荷需求和冷热负荷需求之比较大时，说明用电需求较多，可以适当调大供给电力供应机构31的机械能的比例；反之，当电负荷需求和冷热负荷需求之比较小时，说明冷热需求较多，可以适当调大供给冷热供应机构32的机械能的比例。

在调节时机上，可以在将机械能分配给电力供应机构31和冷热供应机构32之前完成上述比例的调节；也可以先按一定比例将机械能分配给电力供应机构31和冷热供应机构32，再在系统运行过程中进行比例调节。

实施例二

本实施例提供了一种分布式冷热电供应系统，如图2所示，其与实施例一提供的分布式冷热电供应系统基本相同，主要区别在于：原动力机构1设置有多个，多个原动力机构1并联设置。本实施例中，任一原动力机构1仍与冷热电供应机构3传动连接。

当设置有多个原动力机构1后，可通过对单个原动力机构1的独立控制来调整原动力机构1的总运行数量，从而更方便地控制多个原动力机构1的总输出功率，更好地匹配用户端100的冷热电需求。例如，当用户端100的电负荷需求和冷热负荷需求之和较大时，可以控制较多数量的原动力机构1运行，以保证原动力机构1的总输出功率可以保证用户端100的需求；当用户端100的电负荷需求和冷热负荷需求之和较小时，可以控制较少数量的原动力机构1运行，以避免原动力机构1的总输出功率过大而造成浪费。

进一步地，如图2所示，在该分布式冷热电供应系统中还设置有动力合成机构5。动力合成机构5设置在多个原动力机构1和冷热电供应机构3之间，用于将多个原动力机构1提供的机械能合成在一起，再将合成后的机械能供给冷热电供应机构3。

本实施例中，动力合成机构5设置在动力分配机构2的上游，以将合成后的机械能先供给动力分配机构2，再通过动力分配机构2将机械能分配给电力供应机构31和冷热供应机构32。优选地，动力合成机构5可以为动力合成器，其为行星齿轮传动机构，包括多个输入轴和一个输出轴。

本实施例中，如图2所示，反馈控制机构4还分别与多个原动力机构1通讯连接。通过反馈控制机构4可以获取用户端100的电负荷需求与冷热负荷需求之和，进而将信息传递给原动力机构1，调整原动力机构1的运行数量。

相应地，本实施例还提供了一种分布式冷热电供应方法，其与实施例一提供的分布式冷热电供应方法基本相同，主要区别在于还包括：通过并联设置的多个原动力机构1为冷热电供应机构3提供机械能，根据用户端100的电负荷需求和冷热负荷需求之和，调整原动力机构1的运行数量。该方法的优点可参照之前内容，在此不再赘述。

在调整时机上，可以在为冷热电供应机构3提供机械能之前完成原动力机构1运行数量的调整；也可以先控制一定数量的原动力机构1运行，再在系统运行过程中根据用户端100的冷热电总需求来调整原动力机构1的运行数量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。