本實(shí)用新型屬于清潔能源高效利用應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種小型家用分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天然氣是我國“十三五”期間能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成元素，是一次能源清潔利用轉(zhuǎn)型的重要承擔(dān)者。未來伴隨科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步提升，我國將會以西氣東輸管道，海上與陸上運(yùn)輸諸多方式組成天然氣生產(chǎn)與生活的重要保障網(wǎng)絡(luò)，供應(yīng)著30％的電力及其它工業(yè)生產(chǎn)需求，還有40％以上的城市居民生活需求。

然而令人遺憾的是，廣大農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)居民由于天然氣管網(wǎng)尚未或者無法鋪設(shè)等原因，依然使用落后的煤炭、柴禾秸稈等，燃燒效率低且環(huán)境污染大，是造成當(dāng)?shù)鼐植繀^(qū)域PM10、PM2.5超標(biāo)、空氣污染問題的主要原因之一，如何尋找一種合理的能源及其對應(yīng)的高效利用方式，是幫助解決這部分居民的生活清潔高效用能，也是國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排的主要工作內(nèi)容。

天然氣分布式能源以其超高的綜合能源利用效率(70％以上)，以及方便在負(fù)荷中心就近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)成為現(xiàn)代能源供應(yīng)方式。燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)可以發(fā)電還可以提供冷、熱水供應(yīng)，使居民家庭用能水平、用能條件、生活舒適度都可以得到顯著改善，同樣也非常適合農(nóng)村地區(qū)居民使用，使之成為取代柴薪的一種高效能源利用系統(tǒng)。

但一直以來，由于許多欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)牧區(qū)、海島漁村等沒有天然氣管網(wǎng)的地方，受人口分布密度小、天然地理?xiàng)l件限制等因素造成初期管網(wǎng)建設(shè)周期長，投資大，如果貿(mào)然大規(guī)模實(shí)施天然氣管網(wǎng)建設(shè)，會使得能源最終送達(dá)農(nóng)戶的成本顯著增加而不經(jīng)濟(jì)，所以如何采用一種經(jīng)濟(jì)的方式，將天然氣送達(dá)邊遠(yuǎn)地區(qū)，并與小型分布式能源站結(jié)合，為這些地方的居民特別是農(nóng)民、牧民、漁民提高用能水平、完善用能條件、提升生活舒適度是個(gè)異常艱巨的挑戰(zhàn)。

一般而言，解決這一問題最合理途徑就是利用液化天然氣(LNG)方式，利用其易于運(yùn)輸?shù)奈锘再|(zhì)進(jìn)行陸路運(yùn)輸，突破沒有管網(wǎng)的客觀限制。但是由于液化天然氣(LNG)也需要在農(nóng)村等地區(qū)建立儲罐及相應(yīng)的汽化設(shè)備、輔設(shè)連接各家各戶的管網(wǎng)等，總體投資依然比較昂貴，可能會造成每戶居民承擔(dān)的成本較高，超出一般農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)能力承受范圍，因此預(yù)計(jì)也將無法大面積鋪開。針對這種情況，如何基于現(xiàn)有農(nóng)村各農(nóng)戶間不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，將液化天然氣(LNG)大規(guī)模引入農(nóng)村、并為農(nóng)牧民設(shè)計(jì)一種比較合理、經(jīng)濟(jì)的小型天然氣分布式能源站，使之達(dá)到城市能效利用水平成為當(dāng)前急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高農(nóng)村地區(qū)能源使用效率、改善大氣環(huán)境治理，為進(jìn)一步農(nóng)村城鎮(zhèn)化改造創(chuàng)造基礎(chǔ)條件的小型家用分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種小型家用分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括智能管理單元及與該智能管理單元通訊連接的燃機(jī)單元、供冷單元、供熱單元、供電單元和智能管理單元；

所述的燃機(jī)單元包括依次相連的LNG儲罐、LNG氣化器及燃機(jī)；

所述的供熱單元包括供熱換熱器及熱水箱，該熱水箱通過供熱換熱器與燃機(jī)進(jìn)行熱交換；

所述的供冷單元包括供冷換熱裝置和用冷設(shè)備，所述的用冷設(shè)備通過供冷換熱裝置與LNG氣化器發(fā)生熱交換；

所述的供電單元包括發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備，所述的發(fā)電機(jī)與燃機(jī)連接，為用電設(shè)備供電。

所述的供熱單元通過將燃機(jī)的冷卻通道與供熱換熱器的熱介質(zhì)通道連通形成第一循環(huán)介質(zhì)回路，供熱換熱器的冷介質(zhì)通道與熱水箱相連，形成熱水循環(huán)回路，將熱水箱中的水加熱。

所述的供熱單元還通過將LNG氣化器和熱水箱連接，為熱水箱提供加熱水所需的燃?xì)狻?/p>

所述的供熱單元還包括太陽能集熱裝置，所述的太陽能集熱裝置與熱水箱連接，該太陽能集熱裝置與智能管理單元通訊連接。

所述的供冷換熱裝置包括儲冷器和供冷換熱器，LNG氣化器的熱介質(zhì)通道與儲冷器的冷介質(zhì)通道連通，形成第二循環(huán)介質(zhì)回路，儲冷器的熱介質(zhì)通道與供冷換熱器的冷介質(zhì)通道連接，形成冷凍水循環(huán)回路，供冷換熱器的熱介質(zhì)通道與用冷設(shè)備連接，形成冷風(fēng)回路，將空氣冷卻，供應(yīng)冷風(fēng)。

所述的供冷換熱裝置還包括電制冷支路，所述的電制冷支路設(shè)置在儲冷器的熱介質(zhì)通道的兩端，該電制冷支路上設(shè)有電制冷裝置。

所述的供電單元還包括用于為用電設(shè)備供電的電網(wǎng)、生物質(zhì)能發(fā)電裝置、光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)能發(fā)電裝置，所述的電網(wǎng)、生物質(zhì)能發(fā)電裝置、光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)能發(fā)電裝置與智能管理單元通訊連接。

所述的LNG儲罐包括車載LNG儲罐和/或用戶側(cè)LNG儲罐，所述的車載LNG儲罐與LNG氣化器可拆卸連接。

所述的LNG儲罐和用戶側(cè)LNG儲罐均采用標(biāo)準(zhǔn)化LNG儲罐。

該系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程安全控制中心，所述的智能管理單元與遠(yuǎn)程安全控制中心通訊連接。

本實(shí)用新型為自主研究開發(fā)的小型家用分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。特別是利用液化天然氣的冷能有突破，包括獨(dú)立式家用能源智能管理單元，使農(nóng)戶可以在原有農(nóng)用汽車、拖拉機(jī)等機(jī)具液化天然氣(LNG)燃料罐基礎(chǔ)上，農(nóng)閑停車在自家庭院時(shí)，可以便捷地連接管道與置于室外的這種小型家用分布式能源系統(tǒng)，并且未來可擴(kuò)充家用太陽能、風(fēng)能等可再生能源系統(tǒng)接入，提供冷熱電三種能源形式給農(nóng)戶居家使用。而且當(dāng)該小型分布式能源站所生產(chǎn)的能量(電、熱水、冷能)超過自家需求時(shí)，也可供應(yīng)周邊鄰居使用，構(gòu)成一個(gè)局域能源運(yùn)行中心，該熱電聯(lián)供系統(tǒng)及相應(yīng)集成應(yīng)用技術(shù)可以為改造中國農(nóng)村現(xiàn)有落后的能源利用、提高用能效率提供一整套合理的解決方案。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

(1)利用天然氣動力的農(nóng)用機(jī)動車(卡車、拖拉機(jī)、私家車等)，以標(biāo)準(zhǔn)化液化天然氣(LNG)儲罐為家用燃?xì)鉄犭娐?lián)供系統(tǒng)供氣。同時(shí)為了保障不同時(shí)段的氣源需求，可以在用戶側(cè)安放相同型號的標(biāo)準(zhǔn)化的車載LNG儲罐(用戶側(cè)LNG儲罐)，兩者設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)的LNG燃料即插即用，并能通過閥門控制選擇接入車載LNG儲罐或者選擇接入相同型號的用戶側(cè)LNG儲罐，從而實(shí)現(xiàn)LNG車載儲罐的多用途與即插即用的便利性。而標(biāo)準(zhǔn)化的車載與用戶側(cè)儲罐，可以通過LNG車送至加液站進(jìn)行燃料補(bǔ)充，該方式同時(shí)解決了分布式能源系統(tǒng)燃料LNG加注的輸送問題。

(2)LNG儲罐配以管路接口及相關(guān)智能管理單元，分別相應(yīng)連接家庭電網(wǎng)、熱水、冷水、空調(diào)或者地窖冷庫等地方，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭院落所有需能單位總體管理：

電力：LNG儲罐的LNG通過氣化器后，氣化供應(yīng)燃機(jī)用燃料，燃機(jī)產(chǎn)生機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)輸出電力進(jìn)入智能管理單元。智能管理單元可以通過擴(kuò)展口，接入光伏、風(fēng)能與生物質(zhì)能等可再生能源，通過合理消納，共同提供電力供農(nóng)家戶用。仍有不足部分由外部市電提供。

燃?xì)猓篖NG通過氣化器后，提供部分天然氣為農(nóng)戶生活用燃?xì)?，同時(shí)提供部分天然氣用于熱水箱補(bǔ)燃，以備燃機(jī)余熱利用的供熱不足。

供熱：本系統(tǒng)的熱源首先來自于燃機(jī)的余熱利用，或者系統(tǒng)可以通過熱水?dāng)U展口，接入屋頂太陽能集熱系統(tǒng)，共同提供熱能供農(nóng)家戶用。不足部分可以由燃?xì)庋a(bǔ)燃提供。

供冷：本系統(tǒng)農(nóng)戶供冷需求的滿足主要來自于LNG氣化時(shí)冷能利用。該設(shè)計(jì)不同于常規(guī)的天然氣熱電聯(lián)供系統(tǒng)供冷需求來自燃機(jī)余熱的吸收式轉(zhuǎn)化，而是直接利用LNG氣化冷能。這樣的設(shè)計(jì)即達(dá)到了氣化LNG的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了冷能的有效利用，也克服了常規(guī)分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)中由于冷能與熱能的熱源總量有限，無法同時(shí)滿足需求的缺陷，減少了系統(tǒng)設(shè)備的初投資。

(3)本實(shí)用新型的智能管理單元兼具燃機(jī)單元管理功能、供冷單元控制與調(diào)節(jié)功能、電能利用單元控制與優(yōu)化功能、可再生能源接入選擇控制功能，并且可以很方便的實(shí)現(xiàn)LNG儲罐參數(shù)檢測與預(yù)報(bào)功能。本實(shí)用新型還可以通過將智能管理單元與遠(yuǎn)程安全控制中心連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全控制，必要時(shí)可以設(shè)計(jì)移動APP，實(shí)現(xiàn)LNG供應(yīng)方與終端用戶的互動與精準(zhǔn)服務(wù)。智能管理系統(tǒng)通過傳輸設(shè)備，以能源互聯(lián)的方式與遠(yuǎn)程安全控制中心保持聯(lián)系，為用戶提供更為智能、便捷、高效、安全的服務(wù)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的連接示意圖；

圖2為本實(shí)用新型冷能利用?？旌蜔崮芾脝卧倪B接示意圖。

圖中，1為車載LNG儲罐，2為用戶側(cè)LNG儲罐，3為LNG氣化器，4為燃機(jī)，5為供熱換熱器，6為熱水箱，7為儲冷罐，8為供冷換熱器，9為用冷設(shè)備，10為發(fā)電機(jī)，11為電網(wǎng)，12為供冷換熱裝置，13為用電設(shè)備，14為太陽能集熱裝置，15為光伏發(fā)電裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種小型家用分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括燃機(jī)單元、供冷單元、供熱單元、供電單元及智能管理單元；

燃機(jī)單元包括依次相連的LNG儲罐、LNG氣化器3及燃機(jī)4，LNG儲罐包括車載LNG儲罐1和用戶側(cè)LNG儲罐2，車載LNG儲罐1與LNG氣化器3可拆卸連接，LNG儲罐1和用戶側(cè)LNG儲罐2均采用標(biāo)準(zhǔn)化LNG儲罐，根據(jù)車輛發(fā)動機(jī)排量大小、家庭所需供能大小選擇儲罐大小，原則控制在各LNG儲罐不大于180L體積，LNG氣化器3采用水浴式氣化器。

供熱單元包括供熱換熱器5及熱水箱6，該熱水箱6通過供熱換熱器5與燃機(jī)4進(jìn)行熱交換，具體地：供熱單元通過將燃機(jī)4的冷卻通道與供熱換熱器5的熱介質(zhì)通道連通形成第一循環(huán)介質(zhì)回路(第一循環(huán)介質(zhì)回路中的循環(huán)介質(zhì)采用乙二醇水溶液)，供熱換熱器5的冷介質(zhì)通道與熱水箱6相連，形成熱水循環(huán)回路，將熱水箱6中的水加熱。供熱單元還通過將LNG氣化器3和熱水箱6及用氣設(shè)備通過天然氣管道連接，為熱水箱6提供加熱水所需的燃?xì)庖约盀橛脷庠O(shè)備供氣。該供熱單元還包括太陽能集熱裝置14，太陽能集熱裝置14與熱水箱6連接，智能管理單元設(shè)有太陽能集熱裝置接口，該太陽能集熱裝置14通過太陽能集熱裝置接口與智能管理單元連接。

供冷單元包括供冷換熱裝置12、用冷設(shè)備9和電制冷支路，用冷設(shè)備9通過供冷換熱裝置12與LNG氣化器3發(fā)生熱交換，具體地：供冷換熱裝置12包括儲冷器7和供冷換熱器8，LNG氣化器3的熱介質(zhì)通道與儲冷器7的冷介質(zhì)通道連通，形成第二循環(huán)介質(zhì)回路(第二循環(huán)介質(zhì)回路中的循環(huán)介質(zhì)采用乙二醇水溶液)，儲冷器7的熱介質(zhì)通道與供冷換熱器8的冷介質(zhì)通道連接，形成冷凍水循環(huán)回路，供冷換熱器8的熱介質(zhì)通道與用冷設(shè)備9連接，形成冷風(fēng)回路，將空氣冷卻，為用冷設(shè)備9(空調(diào)房間、冷庫、地窖等)供應(yīng)冷風(fēng)，電制冷支路設(shè)置在儲冷器的熱介質(zhì)通道的兩端，該電制冷支路上設(shè)有電制冷裝置，如果LNG冷能利用不足時(shí)，可以啟動電制冷裝置，開啟閥門使得產(chǎn)生的冷凍水流進(jìn)儲冷罐，補(bǔ)充冷能需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷凍水循環(huán)回路中的冷媒介質(zhì)采用與電制冷支路相同的冷媒介質(zhì)(冷凍水)。

供電單元包括發(fā)電機(jī)10和用電設(shè)備13，發(fā)電機(jī)10與燃機(jī)4連接，為用電設(shè)備13供電，供電單元還包括用于為用電設(shè)備13供電的電網(wǎng)11、生物質(zhì)能發(fā)電裝置、光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)能發(fā)電裝置，電網(wǎng)11、生物質(zhì)能發(fā)電裝置及光伏發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置通過設(shè)置在智能管理單元的電網(wǎng)接入接口、生物質(zhì)能發(fā)電裝置接入接口及光伏發(fā)電裝置接入接口和風(fēng)能發(fā)電裝置接入接口與智能管理單元連接，本實(shí)施例采用電網(wǎng)11、光伏發(fā)電裝置15和風(fēng)能發(fā)電裝置通過設(shè)置在智能管理單元的電網(wǎng)接入接口、光伏發(fā)電裝置接入接口和風(fēng)能發(fā)電裝置接入接口與智能管理單元連接。

智能管理單元設(shè)有燃機(jī)單元接口、供冷單元接口、供熱單元接口及供電單元接口，LNG燃機(jī)單元、供冷單元、供熱單元、供電單元分別通過燃機(jī)單元接口、供冷單元接口、供熱單元接口及供電單元接口與智能管理單元連接，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)安全控制，該系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程安全控制中心，智能管理單元與遠(yuǎn)程安全控制中心通訊連接。必要時(shí)可以設(shè)計(jì)移動APP，實(shí)現(xiàn)LNG供應(yīng)方與終端用戶的互動與精準(zhǔn)服務(wù)。智能管理系統(tǒng)通過傳輸設(shè)備，以能源互聯(lián)的方式與遠(yuǎn)程安全控制中心保持聯(lián)系，為用戶提供更為智能、便捷、高效、安全的服務(wù)。