本發(fā)明涉及一種兆瓦級(jí)高電壓大型單體混合蓄熱自供熱機(jī)組，屬于可再生能源，環(huán)保節(jié)能，高電壓電器，供熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

受多種因素影響，我國(guó)華北、東北和西北地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“三北”地區(qū)）新能源棄風(fēng)、棄光、棄核現(xiàn)象日益嚴(yán)重，已成為影響清潔能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。2016年開(kāi)始，國(guó)家能源局已明確“嚴(yán)格控制棄風(fēng)嚴(yán)重地區(qū)各類(lèi)電源建設(shè)步驟，通過(guò)電力市場(chǎng)推行峰谷電價(jià)，落實(shí)輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，提高各類(lèi)電源調(diào)峰積極性。黑龍江、吉林、遼寧要加快推動(dòng)熱電機(jī)組增加蓄熱設(shè)施技術(shù)改造，著力化解冬季供暖期風(fēng)電與熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：發(fā)明提供一種兆瓦級(jí)高電壓大型單體混合蓄熱自供熱機(jī)組。

技術(shù)方案：發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種兆瓦級(jí)高電壓大型單體混合蓄熱自供熱機(jī)組，利用低谷電來(lái)進(jìn)行蓄熱，直接采用10kV高壓傳輸線路，在需要時(shí)放熱，以解決供熱問(wèn)題，本發(fā)明適用于5000平方米以上的自供熱區(qū)域。

本機(jī)組由蓄熱結(jié)構(gòu)體、循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。細(xì)分起來(lái)由蓄熱裝置、控制柜、換熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)和水循環(huán)系統(tǒng)等組成。本專(zhuān)利發(fā)明為左右結(jié)構(gòu)蓄熱機(jī)組，蓄熱體以特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式擺放，放置在澆筑混凝土基礎(chǔ)上，側(cè)面布置有換熱器，循環(huán)風(fēng)機(jī)及循環(huán)泵等。

機(jī)組控制系統(tǒng)主要包括高壓配電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)三部分。系統(tǒng)控制過(guò)程分為：熱量?jī)?chǔ)存、熱量控制、熱量釋放、熱量輸送四個(gè)過(guò)程。將加熱元件多點(diǎn)分布預(yù)埋在蓄熱體中，待加熱元件啟動(dòng)后將產(chǎn)生的熱量存儲(chǔ)于蓄熱體中；在蓄熱體中儲(chǔ)存的高溫?zé)崮芡ㄟ^(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)，根據(jù)設(shè)定的溫度需求，通過(guò)風(fēng)道循環(huán)向外釋放, 風(fēng)機(jī)由無(wú)級(jí)變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)；通過(guò)氣水換熱器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)與負(fù)載循環(huán)水的熱交換，由負(fù)載水泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，將熱水提供至末端設(shè)備中（比如風(fēng)機(jī)盤(pán)管、暖氣片或生活熱水）。

采用先進(jìn)的混合高溫蓄熱材料和智能分時(shí)段的蓄熱、放熱過(guò)程控制，提供高效、節(jié)能的供熱運(yùn)行模式。

本發(fā)明具體優(yōu)點(diǎn)如下：

1)產(chǎn)品壽命周期長(zhǎng)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)在高品質(zhì)加熱絲元件和非金屬蓄熱材料的選型方面，考慮了合理的輻射熱傳導(dǎo)速率和蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，高密度的蓄熱材料具有高強(qiáng)度和抗熱震性。蓄熱材料特性長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)衰減，結(jié)實(shí)耐用，性能穩(wěn)定，可達(dá)20年以上壽命。易損材料5年期更換。

2)儲(chǔ)熱密度高、占地面積小

緊湊式的蓄熱體結(jié)構(gòu)形式，使蓄熱體有高的儲(chǔ)能密度，儲(chǔ)能密度高達(dá)500kWh/m3以上，體積為常壓儲(chǔ)水箱鍋爐的1/10；加熱元件為高合金材質(zhì)，表面負(fù)荷高，輻射傳熱效率高；保溫材料為高科技納米技術(shù)，保證了最低的熱散失率；系統(tǒng)總體熱效率經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試高95%以上。產(chǎn)品整體占地面積可達(dá)10m2//MW。100萬(wàn)平供熱占地1000平方米左右。產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加集約化。

3)個(gè)性化設(shè)計(jì)，模塊式拼裝，改造鍋爐房適應(yīng)性高

本產(chǎn)品采用模塊化、智能化、集約化設(shè)計(jì)理念。產(chǎn)品安裝方便快捷，設(shè)備主體集成采取現(xiàn)場(chǎng)施工方式。系統(tǒng)組成主要為蓄熱結(jié)構(gòu)體、換熱站、電控系統(tǒng)、循環(huán)補(bǔ)水系統(tǒng)四大部分?？筛鶕?jù)鍋爐房特殊要求尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，不改動(dòng)原有鍋爐房接口方式進(jìn)行，只需要提供熱水、冷水出入口即可。

4)安全無(wú)排放、低碳環(huán)保

運(yùn)行過(guò)程中無(wú)污染、無(wú)廢氣、無(wú)廢液、無(wú)噪聲、無(wú)泄漏、不結(jié)垢、零排放。設(shè)備運(yùn)行由于減小了供暖半徑，不需要高壓水，設(shè)備不帶壓，運(yùn)行安全，無(wú)易燃易爆危險(xiǎn)。

5)大數(shù)據(jù)后臺(tái)數(shù)字化調(diào)控，超低運(yùn)維成本

產(chǎn)品設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端存儲(chǔ)、智能預(yù)測(cè)和診斷。通過(guò)后臺(tái)大數(shù)據(jù)分析，故障診斷并評(píng)估能耗利用水平。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)維信息的發(fā)送和自動(dòng)派工檢修。設(shè)備采用全數(shù)字先進(jìn)控制概念，可全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)，操作簡(jiǎn)單易行。做到超低運(yùn)維成本。

6)最大化節(jié)約設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本，節(jié)能經(jīng)濟(jì)

產(chǎn)品利用峰平谷電價(jià)，或利用夜間廉價(jià)電力，或利用清潔能源調(diào)峰調(diào)頻多余電力，可獲得最佳電價(jià)渠道，利用高電壓10kV直接供電方案，可進(jìn)一步降低度電成本。嵌入能效管控系統(tǒng)，可多功能模式運(yùn)行，按需取熱，個(gè)性化控溫，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，進(jìn)一步最小化運(yùn)行成本。

附圖說(shuō)明：

圖1：總體結(jié)構(gòu)圖

圖2：供熱機(jī)組本地控制系統(tǒng)組成及互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架方式

圖3：高壓電源與電阻絲加熱主回路示意圖。

具體實(shí)施方式：

如圖1所示，本發(fā)明提供一種兆瓦級(jí)高電壓大型單體混合蓄熱自供熱機(jī)組,該機(jī)組為左右結(jié)構(gòu)布置，包括蓄熱裝置、控制柜、換熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵；換熱器、循環(huán)泵和循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)置在蓄熱裝置的側(cè)面，蓄熱裝置內(nèi)設(shè)置有蓄熱體，蓄熱體具有貫穿整個(gè)蓄熱體的通道，作為熱風(fēng)通道，在蓄熱裝置側(cè)面設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，在蓄熱裝置的側(cè)方，設(shè)置有與進(jìn)風(fēng)口連通的低溫風(fēng)道和與出風(fēng)口連通的高溫風(fēng)道，蓄熱裝置通過(guò)低溫風(fēng)道連接變頻循環(huán)風(fēng)機(jī)，蓄熱裝置通過(guò)高溫風(fēng)道連接換熱裝置，換熱裝置通過(guò)循環(huán)泵連接至末端用熱設(shè)備現(xiàn)成水循環(huán)系統(tǒng)，換熱裝置還與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，循環(huán)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵連接控制柜。

蓄熱體內(nèi)放置加熱絲和溫度傳感器，溫度傳感器連接控制柜。

換熱器為氣水換熱器，氣水換熱器的氣的部分與高溫風(fēng)道及變頻循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，氣水換熱器的水的部分通過(guò)循環(huán)泵連接至末端用熱設(shè)備。

下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

一、機(jī)械部分（含蓄熱結(jié)構(gòu)體和循環(huán)系統(tǒng)）

蓄熱結(jié)構(gòu)體包括：內(nèi)部蓄熱體、蓄熱體下底保溫、外層依次有內(nèi)保護(hù)層和外保護(hù)層，蓄熱體具有貫穿整個(gè)蓄熱體的通道，作為熱風(fēng)通道，另外放置加熱絲和溫度傳感器，在底部設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。在蓄熱裝置的下方，設(shè)置有低溫風(fēng)道和高溫風(fēng)道，在外部有絕緣外殼，蓄熱裝置通過(guò)低溫風(fēng)道連接變頻風(fēng)機(jī)，由變頻風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)低溫風(fēng)流入蓄熱體內(nèi)，通過(guò)高溫風(fēng)道連接換熱器。如圖1所示。

蓄熱材料采用混合顯熱蓄熱材料。其有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，而熱膨脹系數(shù)很小，加熱后將熱源的熱量迅速傳遞到蓄熱體的各處，儲(chǔ)存的熱量多。蓄熱體在高溫時(shí)特別穩(wěn)定。

二、電氣控制部分（含本地控制系統(tǒng)和上層數(shù)據(jù)云端）

本地控制系統(tǒng)主要包括高壓配電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四部分。系統(tǒng)控制過(guò)程分為：熱量?jī)?chǔ)存、熱量控制、熱量釋放、熱量輸送四個(gè)過(guò)程。將加熱元件多點(diǎn)分布預(yù)埋在蓄熱體中，待加熱元件啟動(dòng)后將產(chǎn)生的熱量存儲(chǔ)于蓄熱體中；在蓄熱體中儲(chǔ)存的高溫?zé)崮芡ㄟ^(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)，根據(jù)設(shè)定的溫度需求，通過(guò)風(fēng)道循環(huán)向外釋放, 風(fēng)機(jī)由無(wú)級(jí)變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)；通過(guò)氣水換熱器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)與負(fù)載循環(huán)水的熱交換，由負(fù)載水泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，將熱水提供至末端設(shè)備中（比如風(fēng)機(jī)盤(pán)管、暖氣片或生活熱水）。

系統(tǒng)CPU采用32位ARM微處理器并行處理技術(shù)，采用實(shí)時(shí)RTOS操作系統(tǒng)，顯示單元采用組態(tài)屏，數(shù)據(jù)上層傳輸采用GPRS/WIFI方式通過(guò)公網(wǎng)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

方便實(shí)現(xiàn)蓄熱機(jī)組、直熱機(jī)組或其他燃?xì)夤┠茉O(shè)備的分布式級(jí)聯(lián)協(xié)調(diào)控制，高效率滿足終端用戶供暖需求。

基于供熱水溫或油溫回差、回水溫度、出水溫度三種模式進(jìn)行供暖目標(biāo)溫度閉環(huán)控制，根據(jù)客戶選擇或者外界溫度評(píng)估熱耗量進(jìn)行目標(biāo)溫度設(shè)定，實(shí)現(xiàn)按需取熱。

上層數(shù)據(jù)云端，又稱為“分布式互聯(lián)網(wǎng)+智慧供暖能源管理系統(tǒng)”，是供暖互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的核心組成部分，采集設(shè)備層能源消耗數(shù)據(jù)，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)信息等各種數(shù)據(jù)信息，提供基于管理需求的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算分析、圖表展示、安全預(yù)警和智能控制，通過(guò)良好的人機(jī)交互界面提供給各級(jí)管理人員使用。

本地電氣控制系統(tǒng)（含高壓配電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四部分）整體功能設(shè)定：通過(guò)配電系統(tǒng)把一次接入電網(wǎng)的主回路與加熱元件進(jìn)行組串式連接，確保流經(jīng)加熱元件的電流在額定設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。Modbus、RS485、OPC、TCP/IP等接口與上位機(jī)實(shí)時(shí)通訊，就地/遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集與控制；通過(guò)GPRS/WIFI方式通過(guò)公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)到云端，存儲(chǔ)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)挖掘，分析經(jīng)濟(jì)運(yùn)行熱耗等數(shù)據(jù)；超溫、過(guò)壓、漏電等獨(dú)立安全鏈保護(hù)控制，故障報(bào)警自恢復(fù)；增量式PID自校正算法，進(jìn)行循環(huán)風(fēng)機(jī)的優(yōu)化調(diào)節(jié)控制，有效換熱，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)能。如圖2所示。

高壓配電系統(tǒng)分為爐體外配電部分和爐體內(nèi)加熱單元兩部分，含主回路設(shè)計(jì)和高壓高溫絕緣設(shè)計(jì)，以加熱單元的電流額定值為設(shè)計(jì)保證目標(biāo)。分布于蓄熱體內(nèi)的加熱絲串聯(lián)后，接入若干高壓配電柜的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組起停控制，功率越大，節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多。如圖3所示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為爐體內(nèi)（本地機(jī)組內(nèi)部）和爐體外（機(jī)組外圍）檢測(cè)。分別采集電量、流量、壓力、溫度、電網(wǎng)不平衡等參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)。

機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)包含溫度越限、短路、過(guò)壓、漏電、干燒保護(hù)、高溫絕緣保護(hù)等，采用溫度、過(guò)壓、過(guò)流等安全鏈級(jí)保護(hù)，獨(dú)立于系統(tǒng)運(yùn)行主回路，在系統(tǒng)故障時(shí)可自行分?jǐn)嘞到y(tǒng)，保護(hù)設(shè)備，防止故障持續(xù)發(fā)生。采用氮化硅、莫萊石進(jìn)行高溫高壓絕緣隔離。

機(jī)組執(zhí)行系統(tǒng)包含加熱元件、變頻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)等，按照蓄熱量指標(biāo)、溫度控制上限等、過(guò)壓、過(guò)流等安全鏈級(jí)保護(hù)，獨(dú)立于系統(tǒng)運(yùn)行主回路，在系統(tǒng)故障時(shí)可自行分?jǐn)??？刂瞥绦虬\(yùn)行主程序、放熱控制程序和蓄熱控制程序。

電蓄熱供暖技術(shù)為順應(yīng)國(guó)家環(huán)保鼓勵(lì)政策和新能源消納的需求而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以及各省市的“藍(lán)天工程”計(jì)劃，以及國(guó)家電網(wǎng)為鼓勵(lì)用電而推行的“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來(lái)”的電能替代計(jì)劃，都為該項(xiàng)技術(shù)提供了發(fā)展機(jī)遇。雖然高品位的電能直接用于轉(zhuǎn)換低品位的熱能采暖通常被視作浪費(fèi)，但其作為電網(wǎng)輔助調(diào)峰用主動(dòng)負(fù)荷，在用電方式上實(shí)現(xiàn)了削峰填谷，大大提高了燃煤電廠的發(fā)電效率。無(wú)論是從節(jié)能環(huán)保需求、新能源輔助調(diào)峰，還是適應(yīng)社會(huì)電氣化程度，發(fā)展電供暖都是大勢(shì)所趨。

兆瓦級(jí)高電壓大型單體混合蓄熱自供熱機(jī)組為實(shí)施大容量的風(fēng)電或核電消納提供了有效解決方法。