[發(fā)明專利]沼氣驅(qū)動的小型分布式能源系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610045401.8
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN106996347A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝英柏;陳健陽
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F25B29/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分布式能源系統(tǒng)，尤其是一種利用沼氣作為驅(qū)動能源的小型分布式能源系統(tǒng)，屬于分布式能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源消耗的持續(xù)增加導(dǎo)致石化能源的枯竭，帶來了嚴重的環(huán)境問題。中國每年產(chǎn)生7.28×10⁸t秸稈、39.26×10⁸t畜禽糞便以及482.4×10⁸t有機廢水，由于無法得到有效利用而對環(huán)境產(chǎn)生巨大污染。將秸稈、畜禽糞便、有機廢水等有機物經(jīng)微生物分解發(fā)酵產(chǎn)生沼氣并利用，是一種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)。沼氣作為一種方便、清潔、高品位的能源，其原料豐富、技術(shù)簡單、造價低廉、環(huán)境友好，受到國家的高度重視。沼氣的推廣應(yīng)用不僅可以緩解能源壓力，而且對改善人居環(huán)境、保護林草植被、維持生態(tài)平衡具有重要意義。

對于沼氣資源十分豐富的農(nóng)村地區(qū)，沼氣如何充分的利用顯得十分關(guān)鍵。近些年來，分布式能源系統(tǒng)迅速發(fā)展，得到了國內(nèi)外的廣泛重視，也有很多沼氣應(yīng)用于分布式能源的成功典范。分布式能源是指分布在用戶端的高效冷、熱電聯(lián)供的能源綜合利用系統(tǒng)，具有能效利用合理、損耗小、污染少、運行靈活，系統(tǒng)經(jīng)濟性好等特點，是未來世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向。小型分布式能源系統(tǒng)主要針對農(nóng)村家庭住戶，可以滿足住戶日常的用電、供冷供熱、供熱水需求，對提高農(nóng)村住戶生活水平具有積極的作用。

在小型分布式能源系統(tǒng)中，能源的梯級利用十分重要。將斯特林發(fā)動機用于小型分布式能源系統(tǒng)，具有很大的優(yōu)勢：1、斯特林發(fā)動機是一種外燃機，可以將高品位能源直接利用，用熱能驅(qū)動發(fā)動機工作，局限性小。2、斯特林發(fā)動機的熱效率很高，實際有效效率可以達到32％～40％，最高甚至可達47％。提高了高品位能源利用效率，對系統(tǒng)效率的提升具有重要的作用。3、斯特林發(fā)動機的功率不大，一般在幾十至上百千瓦左右，剛好用在小型分布式能源系統(tǒng)中。4、作為清潔高效的動力機，斯特林發(fā)動機具污染小、噪音低和維修方便等優(yōu)點，對節(jié)能減排、保護環(huán)境有重要意義。

在分布式能源系統(tǒng)中，制冷方式以吸收式制冷為主。但吸收式制冷機組龐大，容量高，一般與燃氣輪機搭配，用于大型公共建筑。對于采用斯特林發(fā)動機的小型分布式能源系統(tǒng)，搭配VM循環(huán)熱泵是一個合理的選擇。維勒米爾(vuilleumier，以下簡稱VM)循環(huán)熱泵，是Vuilleumier在1918年提出的。它的本質(zhì)可以看成具有公共室溫腔的一臺斯特林發(fā)動機和斯特林制冷機的有機組合，是熱能驅(qū)動的斯特林循環(huán)。VM循環(huán)熱泵可以利用余熱、太陽能、地?zé)岬葻崮茏鳛轵?qū)動能源，可以制冷或制熱，具有結(jié)構(gòu)緊湊、磨損和壽命小、壽命長等優(yōu)點。同時，由于它采用氦氣、氮氣等氣體作為工質(zhì)，對減少溫室效應(yīng)和臭氧層破壞具有積極的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的小型分布式能源系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對農(nóng)村用戶，以常見的沼氣作為驅(qū)動能源，驅(qū)動斯特林發(fā)動機發(fā)電，并利用斯特林發(fā)動機的余熱來驅(qū)動VM循環(huán)熱泵和供熱水系統(tǒng)工作，滿足用戶的夏天供冷，冬天供熱的需求，實現(xiàn)冷熱電三聯(lián)產(chǎn)。

本發(fā)明所述問題是以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種沼氣驅(qū)動的小型分布式能源系統(tǒng)，其特征在于，它包括沼氣利用系統(tǒng)、斯特林發(fā)動機、發(fā)電系統(tǒng)、VM循環(huán)熱泵、供冷回路、供熱回路、供熱水系統(tǒng)；沼氣利用系統(tǒng)產(chǎn)生沼氣并燃燒，產(chǎn)生的煙氣依次經(jīng)過斯特林發(fā)動機、VM循環(huán)熱泵、供熱水系統(tǒng)，最后通過排煙裝置排出；斯特林發(fā)動機帶動供電系統(tǒng)給用戶供電，VM循環(huán)熱泵通過供冷回路與供熱回路給用戶供冷和供熱，供熱水系統(tǒng)給用戶供熱水，實現(xiàn)了冷熱電三聯(lián)產(chǎn)；

所述沼氣利用系統(tǒng)由進料器，預(yù)處理器，沼氣發(fā)酵罐，沼氣凈化處理器，沼氣存儲裝置，沼渣沼液儲罐，排料器，燃燒器組成；

所述斯特林發(fā)動機由熱腔、冷腔、熱腔活塞、冷腔活塞、回?zé)崞鳌⑶B桿機構(gòu)組成；

所述供電系統(tǒng)由發(fā)電裝置、儲電裝置、變壓裝置組成；

所述VM循環(huán)熱泵由高溫回?zé)崞鳌⒌蜏鼗責(zé)崞?、熱腔、冷腔、室溫腔、高溫活塞、低溫活塞組成；

供冷系統(tǒng)由供冷水泵、冷水入口三通閥、冷水出口三通閥組成；

供熱系統(tǒng)由供熱水泵、熱水入口三通閥、熱水出口三通閥組成；

供熱水系統(tǒng)由水箱、熱水水泵組成。

上述的沼氣驅(qū)動的小型分布式能源系統(tǒng)，所述沼氣進料和出料得到充分的利用，排出的煙氣與預(yù)處理器換熱，使煙氣的余熱為預(yù)處理器里面的進料預(yù)熱；冬季的時候，冷腔與出料口連接，使冷腔充分吸收沼渣沼液的余熱。