基于生物质的热电系统

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种基于生物质的热电系统。

背景技术

可持续发展农业和低碳农业，不仅关注能源的消耗问题，而且关注生态环保问题。

现代农业中，废弃生物质的处理方式通常是对秸秆、稻壳等进行焚烧处理，热量损耗大，生物粪便采用沼气发电和制作有机肥等处理方式，存在安全隐患，并且沼气发电对温度要求高，供应不稳定，不能充分发挥生物质的价值。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于生物质的热电系统，以解决生物质利用率低的问题。

本发明实施例提供了一种基于生物质的热电系统，包括依次连接的生物质热解系统、锅炉系统和双工质磁悬浮低温余热发电系统；

生物质热解系统用于对生物质进行热解，并将热解过程中产生的热解热量提供给锅炉系统；

锅炉系统用于利用热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水，并将蒸汽和/或热水提供给双工质磁悬浮低温余热发电系统；

双工质磁悬浮低温余热发电系统用于利用蒸汽和/或热水发电。

在一种可能的实现方式中，还包括沼气发电系统；沼气发电系统包括相互连接的沼气产生单元和沼气发电单元；

沼气产生单元用于对生物质进行发酵，并将发酵过程中产生的沼气提供给沼气发电单元；

沼气发电单元用于利用沼气发电。

在一种可能的实现方式中，沼气产生单元与双工质磁悬浮低温余热发电系统连接；

沼气产生单元还用于在环境温度低于沼气产生温度阈值时，利用发电后蒸汽和/或热水的余热对生物质进行发酵。

在一种可能的实现方式中，沼气发电单元与锅炉系统连接；

沼气发电单元还用于向锅炉系统供电；

锅炉系统具体用于利用电能和热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水。

在一种可能的实现方式中，还包括养殖区；养殖区与双工质磁悬浮低温余热发电系统连接；

养殖区用于利用发电后的蒸汽和/或热水产出农产品。

在一种可能的实现方式中，养殖区与生物质热解系统连接；

养殖区还用于向生物质热解系统提供生物质。

在一种可能的实现方式中，养殖区包括农林种植区；农林种植区与沼气产生单元连接；

沼气产生单元还用于将发酵后的生物质作为肥料提供给农林种植区。

在一种可能的实现方式中，双工质磁悬浮低温余热发电系统还用于向锅炉系统供电；

锅炉系统具体用于利用电能和热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水。

在一种可能的实现方式中，还包括配电系统；锅炉系统和双工质磁悬浮低温余热发电系统分别通过配电系统与外部电网连接；

配电系统用于在外部电网获取电能并向锅炉系统供电，以及将双工质磁悬浮低温余热发电系统产生的电能输送至外部电网。

在一种可能的实现方式中，还包括储能系统；锅炉系统和双工质磁悬浮低温余热发电系统分别与储能系统连接；

储能系统用于存储双工质磁悬浮低温余热发电系统产生的电能，以及向锅炉系统供电。

本发明实施例提供的基于生物质的热电系统的有益效果在于：

本发明先利用生物质热解产生热量，再采用双工质磁悬浮低温余热发电技术，利用热解热量发电，对于热源的水质、蒸汽温度和压力要求较低，能够保证发电的持续性，达到供热供电的平衡，相比于传统的通过汽轮机发电，能够降低对生物质的需求量，即提高了生物质的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的基于生物质的热电系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的基于生物质的热电系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的基于生物质的热电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

现代农业急需解决的有如下几个问题：

1.大部分农林的秸秆、稻壳等废弃物没有妥善处理或利用，不仅没有发挥其可以产生的经济价值，而且为农林带来安全隐患，如火灾等。

2.规模性牲畜蓄养会产生大量生物粪便，目前较好的利用方法是产生沼气发电和制作有机肥。但是沼气的产生需要一定的温度，否则沼气的供应会很不稳定。未解决该问题，有的农户采取燃煤供暖的方式，这不仅造成环境污染，也不安全，社会上不乏出现煤气中毒事件。

3.为了实现低碳农业，清洁能源供电是一个主要的方式。目前清洁能源供电主要有光伏发电、风力发电和生物质发电。风力发电和光伏发电都具有很大的波动性，一般装机规模都比较大，也需要国家大电网的支撑，单独为农业项目配置实现起来比较困难。生物质发电，是采用焚烧或热解农林废弃物产生热源来进行发电，装机规模可大可小，能够充分利用农林废弃物带来价值。如果发电系统选用有机朗肯循环(ORC)双工质发电系统，还能解决农业项目供热的问题。

本发明旨在创造一种利用生物质热解技术和ORC双工质发电技术相结合的生物质热电供应体系，以实现农林废物物的最大利用价值，以形成一种可持续发展的低碳农业模式。

图1为本发明实施例提供的一种基于生物质的热电系统的结构示意图。参照图1，该基于生物质的热电系统包括依次连接的生物质热解系统11、锅炉系统12和双工质磁悬浮低温余热发电系统13；

生物质热解系统11用于对生物质进行热解，并将热解过程中产生的热解热量提供给锅炉系统12；

锅炉系统12用于利用热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水，并将蒸汽和/或热水提供给双工质磁悬浮低温余热发电系统13；

双工质磁悬浮低温余热发电系统13用于利用蒸汽和/或热水发电。

在本实施例中，生物质热解系统11在对生物质热解过程中会产生热量，作为热源为整个系统供热。生物质热解系统11还可利用农林废弃物制碳，碳的价值较高，可以为农业项目带来额外收益，同时以安全环保的方式处理农林废弃物，解决农林废弃物环保和安全相关问题。生物质热解系统11的后端一般与汽轮机匹配进行发电，但是传统汽轮机需要高温高压的蒸汽，这需要大量生物质，而且对生物质的热值要求也很高，使生物质发电的持续性带来挑战。其实，生物质不适合单纯用于发电；但是，双工质低温发电系统对热源的品质要求要低很多，将生物质热解系统与双工质低温发电系统配合，则能够取得十分优越的成效。

锅炉系统12，可进行蒸汽或热水供应，其蒸汽或热水的参数满足双工质发电系统的需要。

双工质磁悬浮低温余热发电系统13，可以选择蒸汽或热水作为热源进行发电。利用热水进行发电后，还可产生大量的热水用于农业供热。外界热源不会进入发电系统，只与锅炉系统12形成闭环，极大降低了发电系统对水质的要求；如果利用蒸汽作为热源，对蒸汽的品质要求极低，对蒸汽温度和压力基本没有要求。

在一种可能的实现方式中，还包括沼气发电系统；沼气发电系统包括相互连接的沼气产生单元和沼气发电单元；

沼气产生单元用于对生物质进行发酵，并将发酵过程中产生的沼气提供给沼气发电单元；

沼气发电单元用于利用沼气发电。

在本实施例中，沼气产生单元可利用农业废弃物经过发酵产生沼气，沼气发电单元利用沼气发电。发酵后的农业废弃物也可作为有机肥料，该有机肥料可在系统内自用，也可通过有机肥加工运转区的加工后外售。

在一种可能的实现方式中，沼气产生单元与双工质磁悬浮低温余热发电系统13连接；

沼气产生单元还用于在环境温度低于沼气产生温度阈值时，利用发电后蒸汽和/或热水的余热对生物质进行发酵。

在本实施例中，在温度较低、不能正常产生沼气的时节，沼气产生单元需要来自双工质磁悬浮低温余热发电系统13的热水进行供暖，以保证可以在一年四季稳定的产生沼气。沼气产生温度阈值可以根据实际情况确定和调整。

在一种可能的实现方式中，沼气发电单元与锅炉系统12连接；

沼气发电单元还用于向锅炉系统12供电；

锅炉系统12具体用于利用电能和热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水。

在本实施例中，锅炉系统12可以将系统内的电能转化为热能，在生物质热解热量较低时，进行补充热源。

在一种可能的实现方式中，还包括养殖区；养殖区与双工质磁悬浮低温余热发电系统13连接；

养殖区用于利用发电后的蒸汽和/或热水产出农产品。

在本实施例中，养殖区可以分为大棚种植、牲畜养殖和农林种植三部分。其中大棚种植和牲畜养殖可能需要在特定时间进行供热。

在一种可能的实现方式中，养殖区与生物质热解系统11连接；

养殖区还用于向生物质热解系统11提供生物质。

在本实施例中，养殖区，也是生物质热解系统11和沼气发电系统所需原料的来源之一，牲畜养殖产生的动物粪便、植物种植的落叶均可作为生物质提供给生物质热解系统11和沼气发电系统。

在一种可能的实现方式中，养殖区包括农林种植区；农林种植区与沼气产生单元连接；

沼气产生单元还用于将发酵后的生物质作为肥料提供给农林种植区。

在本实施例中，将发酵后的生物质作为肥料提供给农林种植区，能够提高系统内废弃物的利用率，并且增加农林种植区的农林产品产量。

在一种可能的实现方式中，双工质磁悬浮低温余热发电系统13还用于向锅炉系统12供电；

锅炉系统12具体用于利用电能和热解热量对水进行加热，产生蒸汽和/或热水。

在本实施例中，可以根据实际情况，设置锅炉系统12使用双工质磁悬浮低温余热发电系统13和/或沼气发电单元产生的电能，保证系统内的供热稳定。当系统内的发电量较为富裕时，也可以将多余的电能转化为热能进行存储，提高储能效率。

在一种可能的实现方式中，还包括配电系统；锅炉系统12和双工质磁悬浮低温余热发电系统13分别通过配电系统与外部电网连接；

配电系统用于在外部电网获取电能并向锅炉系统12供电，以及将双工质磁悬浮低温余热发电系统13产生的电能输送至外部电网。

在本实施例中，双工质磁悬浮低温发电系统和沼气发电系统，可以通过厂区内输电网络和配电系统与市电网络相连接。双工质磁悬浮低温发电系统和沼气发电系统的自发电能不足时，在市电网络获取电能作为补充；自发电能充裕时，可送到电网。

在一种可能的实现方式中，还包括储能系统；锅炉系统12和双工质磁悬浮低温余热发电系统13分别与储能系统连接；

储能系统用于存储双工质磁悬浮低温余热发电系统13产生的电能，以及向锅炉系统12供电。

在本实施例中，没有市电网络时，需要结合项目用电和用热需求综合考虑，配置具备储电和储热功能的储能系统，以增强系统供电供热的稳定性。

在一个具体的实施例中，基于生物质的热电系统结构如图2所示。参见图2，该系统包括由生物质热解系统、锅炉系统和双工质低温余热发电系统组成的①生物质热电供应单元，由沼气产生系统和沼气发电系统组成的②沼气发电单元，由配电系统和储能系统组成的③厂区配电系统，将各部分连接进行电能传输的④厂区内输电网络，由用于生物质热解的废弃物汇集区、有机肥加工转运区和用于产生沼气的废弃物汇集区组成的⑤物料集散区，由大棚养殖区、牲畜蓄养区和农林种植区组成的⑥养殖区，以及⑦农林产品加工转运区。生物质热解系统向锅炉系统供热，锅炉系统向双工质低温余热发电系统供热，双工质低温余热发电系统利用热量发电后的余热提供给养殖区和沼气产生系统，养殖区和沼气产生系统运行后的余热也可以再传输回锅炉系统，进行能量循环使用。养殖区产生的农林产品运输到农林产品加工转运区进行加工，产生的废弃物运输到物料集散区进行转运和加工，用于生物质热解的废弃物汇集区将废弃物运输到生物质热解系统，用于产生沼气的废弃物汇集区将废弃物运输到沼气产生系统，有机肥加工转运区将废弃物加工成有机肥之后，再转运回养殖区。厂区配电系统连接外部电网和系统内各用电设备，生物质热电供应单元和沼气发电单元均与厂区配电系统进行双向电能传输，厂区配电系统将系统内的电能传输至物料集散区、养殖区和农林产品加工转运区。

若养殖区对温度要求较低，还可以在图2所示的结构基础上进行调整，将系统结构改为图3所示的结构，将生物质热电供应单元的热量优先供给沼气发电单元，余热提供给养殖区。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。