分布式能源联供系统

技术领域

本发明涉及天然气综合利用设备领域，特别是涉及一种分布式能源联供系统。

背景技术

天然气在企业和居民用户的日常生活中得到广泛利用，除了烹饪直接利用燃火火焰加热食品之外，采用天然气作为能源燃烧供热更是注重环境保护的城市冬季供暖的首选。然而，不同的用户存在多种能源利用需求，例如餐饮用户更注重燃气流速和烟气排放问题，供暖用户更注重燃烧效率和管道热输送效率，集团大用户则更关注能源利用率和费率问题等等。

目前已有的天然气供冷、供热、供电三联供能源系统一般采用项目定制方式，即根据项目需求进行非标设备和整体系统设计，然后采购系统各组成设备、材料和附件，在现场进行设备安装、管道施工、设备及系统调试和性能测试等。这种形式项目周期长，设备只能单批次非标设计，导致采购成本增高、采购设备的质量把控难度高、现场安装工作量大和现场作业风险高的风险，而且项目必须与现场进行系统测试，测试条件无法保证，导致系统性能的测试数据不准确，系统验收困难。其中，采用微型燃气轮机与壳程式换热器模块组合成热电联供机组，这种机组可在发电的同时，循环加热热水，但却无法产生空调冷水，且仍需外加水泵、水箱等，无法实现系统可移动式模块。

因此，为了满足用户多种需求的能源梯级利用，在能源的输送和利用上分片布置，减少长距离输送能源的损失，需要有效的提高能源利用的安全性和灵活性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种分布式能源联供系统，实现能源梯级利用，直接服务于用户端，减少能源远距离输送。

本发明提供了一种分布式能源联供系统，包括：

多个用户端空调，用于为用户供热或制冷，每个用户端空调包括传感器；

多个用户端能源联供装置，分别设置在与各个用户端空调相同的房间内，用于为各个用户端空调提供热媒或冷媒，

每个用户端能源联供装置包括燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置、以及控制器，燃气轮机通过天然气的燃烧而发电，余热锅炉吸收燃气轮机发电过程中的余热，换热装置吸收余热锅炉的热量的第一部分以加热热媒，吸收式制冷机吸收余热锅炉的热量的第二部分以冷却冷媒，其中

控制器依照传感器收集的环境数据而控制燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置的操作。

其中，环境数据包括气温、体温、湿度、气压、气氛组成、电压、气流速。

其中，用户端空调是中央空调客户端装置、地暖或制冷管道、空调柜机。

其中，燃气轮机发出的电力与电网或用电负荷装置连接。

其中，换热装置在控制器的控制下经由可调的热传导构件而与余热锅炉间接地热耦合。

其中，用户端能源联供装置内设置三通阀，第一输入端与吸收式制冷机的冷媒出口连接，第二输入端与换热装置的热媒出口连接，输出端与用户端空调连接。

其中，当气温或体温小于下限值时，控制器命令启用换热装置并停用吸收式制冷机；当气温或体温大于上限值时，控制器命令启用吸收式制冷机而停用换热装置；当气温或体温大于等于下限值且小于等于上限值时，控制器命令停用吸收式制冷机和换热装置。

其中，当湿度大于阈值且气流速小于阈值时，控制器命令间歇式启用吸收式制冷机、停用换热装置并间歇式启用排气扇；当湿度大于阈值且气流速大于等于阈值时，控制器命令启用吸收式制冷机且停用换热装置。

其中，当气氛组成表明天然气燃烧不充分或泄露时，控制器命令燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置均停用，且同时启动排气扇。

其中，控制器或传感器向用户的可穿戴设备发出警报。

其中，所述警报包括视觉警报、听觉警报、触觉警报。

其中，当环境噪声大于阈值或光照条件超过阈值时，发出触觉警报。触觉报警器是贴身佩戴的痛觉刺激装置，例如刺针或电极，利用用户身体对于痛觉的灵敏度而确保报警的及时有效。

依照本发明的优选实施例，一次能源以气体燃料为主，二次能源以分布在用户端的热电冷(值)联产为主。利用天然气燃烧做功通过内燃机发电产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分利用废热设备由于供热和制冷，实现能源梯级利用，直接服务于用户端，减少能源远距离输送。

根据本发明实施例的分布式能源联供系统，直接在用户端设置能源联供装置，实现高效的能源梯级利用，减少能源远距离输送，低碳环保且高效安全。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为依照本发明实施例的分布式能源联供系统的方框图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了实现能源梯级利用、直接服务于用户端、减少能源远距离输送的分布式能源联供系统，。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰结构的空间、次序或层级关系。

如图1所示，根据本发明优选实施例的分布式能源联供系统包括多个用户端能源联供装置，分别与多个用户端空调耦合，而设置在用户所在的房间室内，例如在客厅、厨房、卧室或浴室，或者是在需要对室内温度进行控制的任何其他房间内。用户端空调可以是大楼内统一安装的中央空调的客户端装置(包括送风机、排气扇等等)，可以是用户家中铺设在地板或地砖下方的地暖或制冷管道(其中填充了例如水的热交换媒介)，也可以是立式的空调柜机。在此，“耦合”指代的是每个用户端能源联供装置与各自的用户端空调之间的电能、电信号、供热媒介、制冷媒介之间的联通、流动或交换，因此不限于电连接、热连接或流体联通。

如图1所示，每个用户端能源联供装置内包括由控制器控制的燃气轮机、余热锅炉和吸收式制冷机。燃气轮机例如是专用于室内安装的小型或微型燃气轮机，从天然气管道接收分户输入的天然气，在燃气轮机内部点燃从而推动叶轮带动转子发电。燃气轮机所发出的电力经由电力输出端口而直接与用户所在的大楼内的局部电网连接，经过整流而将燃气发出的电力供给至大楼内各个用户的用电负荷装置，例如照明系统、电磁烹饪装置、网络通信装置、影音娱乐装置、以及备用电力储存装置(蓄电池)等等。由此，当外界电网电压不稳或者短时断电时，用户仍然能够不间断地使用电能，优化了用户体验，提高了系统的安全性。余热锅炉可以是与燃气轮机热串联的余热装置，利用燃气轮机排出的高温废气加热锅炉内的热媒例如水，从而充分利用燃气轮机发电过程中的余热。此外，也可以采用单独的燃气锅炉替代余热锅炉(也即与燃气轮机热并联)，利用天然气进行直接燃烧以加热锅炉内热媒，从而获得足够的热量。吸收式制冷机与余热锅炉(或燃气锅炉)热串联，从余热锅炉吸收一部分散发的热量，将其用作自身制冷的能源，将制冷机内的冷媒(水或酒精)冷却，通过制冷端口向用户端空调输送，用于在夏季高温时为用户所在房间制冷。另一方面，换热装置(散热片、散热盘管等等热交换器)与余热锅炉间接地热耦合，例如在控制器的控制下经由可调的热传导构件(例如可位移的散热铜板，PTC半导体制冷/制热器，填充了热媒并具有阀门的热管等等)而与锅炉热耦合，吸收锅炉热量的另一部分以加热热媒(水)，通过供热端口向用户端空调输送，用于在冬季低温时为用户所在房间供暖。优选地，用户端能源联供装置内还增设三通阀，第一输入端与吸收式制冷机的冷媒出口连接，第二输入端与换热装置的热媒出口连接，输出端与用户端空调连接，在控制器的控制下依照用户房间环境温度而切换供给的媒介类型。

控制器依照来源于用户端空调的传感器所收集的环境数据而对于燃气轮机、余热锅炉和吸收式制冷机发出各自的控制指令，用于控制各个装置的功率分布。传感器可以包括温度计，用于测量用户所在房间的气温。传感器可以包括红外传感器，用户直接测量用户的体温。进一步优选地，传感器也可以包括湿度计、压力计、气体传感器，用于测量用户所在房间的湿度、气压、气氛组成(防止例如燃烧废气、或天然气泄漏等等)，从而为控制器操控各个部件的功率提供依据。进一步，传感器也可以包括用于测量用户所在房间电力稳定状况的电压计，以及用于测量用户所在房间空气流动状况的流速计。

当室内温度或者用户体温小于下限值(例如室温低于18摄氏度或体温低于36.5摄氏度)时，控制器命令燃气轮机提高天然气吸入量而降低电输出功率，同时启用换热装置并停用吸收式制冷机，也即提高了向余热锅炉供给的余热或废热进一步增大了通过供热端口输出热媒所携带的热量，从而最终提高用户端空调的制热或供暖能力，使得气温回升，直至室内温度或者用户体温大于等于下限值(例如使得室内气温高于18摄氏度或人体体温高于36.5摄氏度)。

当室内温度或用户体温大于上限值(例如室温高于28摄氏度或体温高于38摄氏度)时，控制器命令燃气轮机提高天然气吸入量而降低电输出功率，同时启用吸收式制冷机而停用换热装置，也即提高了向余热锅炉供给的余热或废热进一步增大了通过制冷端口输出冷媒所携带的热量，从而最终提高用户端空调的制冷能力，使得气温下降，直至室内温度或者用户体温小于等于上限值。

当室内温度或用户体温大于等于下限值且小于等于上限值(进一步优选地，当检测到外部电网或室内供电线存在电压波动或断电时)时，控制器命令燃气轮机提高电输出功率，而同时停用吸收式制冷机和换热装置，也即在气温适宜的春季或秋季，不再启用空调装置而全力发电，用于平抑电压波动或者补充供电。

当传感器检测到室内湿度大于阈值且房间内气流速度大于阈值时，例如空气流通但是湿度大的厨房场景，控制器可以命令启用吸收式制冷机而停用换热装置，从而向厨房地面短时间制冷以促使室内空气中的水汽凝结，避免人员感到不适。

当传感器检测到室内湿度大于阈值且房间内气流速度小于阈值时，例如空气流通不足且湿度大的浴室场景，控制器则命令间歇式启用吸收式制冷机、完全停用换热装置并间歇式启用排气扇(可以集成在用户端空调装置内，也可以额外的附加)，促使水汽凝结并排出同时又不至于降低浴室内温度，避免人员受凉感冒。

当传感器检测到的气氛组成表明天然气燃烧不充分或者泄漏时，控制器命令燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置均停用，且同时启动排气扇，排出废气，避免人员因吸入过量废气而损伤。优选地，此时控制器或传感器还将向用户随身携带的可穿戴设备(例如智能手环或手表)发出警报。警报可以是视觉警报，例如显示在显示屏上预定颜色和/或图形的报警符号、图像或文本。警报也可以是听觉警报，例如是鸣笛、击鼓、或者其他预设的音乐。

优选地，当人员所处的环境比较嘈杂(例如传感器检测到环境的背景噪声分贝数超过阈值，或者光照条件超过阈值)时，例如在厨房、酒吧、餐厅、娱乐场所等等，常用的视觉报警方式容易受到环境光源的影响而不显著，或者听觉报警方式容易受到环境噪音的覆盖，由此使得用户无法第一时间获知报警信息。为此，本申请的优选实施例进一步增设了触觉报警器，触觉报警器可以是由用户穿戴的可穿戴设备，例如手环、项圈、吊坠等等，通过内置的马达带动偏心轮产生有规律的振动，从而发出触觉报警。在嘈杂环境的情况下，用户的听觉、视觉、触觉可能因为衣物包裹而具有一定程度的降低。为此，触觉报警器也可以是贴身佩戴的痛觉刺激装置，例如刺针或电极，利用用户身体对于痛觉的灵敏度而确保报警的及时有效。

依照本发明的优选实施例，一次能源以气体燃料为主，二次能源以分布在用户端的热电冷(值)联产为主。利用天然气燃烧做功通过内燃机发电产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分利用废热设备由于供热和制冷，实现能源梯级利用，直接服务于用户端，减少能源远距离输送。

根据本发明实施例的分布式能源联供系统，直接在用户端设置能源联供装置，实现高效的能源梯级利用，减少能源远距离输送，低碳环保且高效安全。

尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对装置或方法做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的装置和方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。