本發(fā)明涉及太陽(yáng)能綜合利用，具體涉及一種基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)、控制方法及優(yōu)化調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、太陽(yáng)能是一種清潔、可再生且?guī)缀鯚o(wú)窮無(wú)盡的能源，目前對(duì)太陽(yáng)能的利用方式多樣，比較常見(jiàn)的是光伏發(fā)電，通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能，然而目前的光電轉(zhuǎn)化效率大約在22％左右，意味著只有22％的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能，而剩余的78％則轉(zhuǎn)化為熱能，這部分熱能并未被高效利用于供暖或其他熱能需求上，而是散失到空氣中，因此如何提高太陽(yáng)能的利用率是亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)、控制方法及優(yōu)化調(diào)控方法，在光伏發(fā)電的同時(shí)，回收存儲(chǔ)發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，提高太陽(yáng)能利用率，減少太陽(yáng)能利用過(guò)程熱量損失。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一方面提供一種基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)，包括：光伏熱量模塊，包括用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的光伏組件和用于收集所述光伏組件工作過(guò)程中產(chǎn)生熱量的換熱組件；儲(chǔ)熱模塊，用于在所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度不高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第一蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量，并在所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第二蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量；所述第二蓄熱箱還用于向外部供熱；熱泵模塊，用于從所述第一蓄熱箱中吸收熱量，并將吸收的熱量轉(zhuǎn)移到所述第二蓄熱箱內(nèi)。

3、在上述基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)中，通過(guò)換熱組件和儲(chǔ)熱模塊，可以在光伏組件發(fā)電的同時(shí)回收產(chǎn)生的熱量，提高太陽(yáng)能利用率；并且儲(chǔ)熱模塊通過(guò)第一設(shè)定溫度值對(duì)回收熱量進(jìn)行分級(jí)，利用第一蓄熱箱和第二蓄熱箱梯度回收存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)儲(chǔ)熱有效減少回收熱量的損耗；另外熱泵模塊能夠?qū)⒌谝恍顭嵯鋬?nèi)的低品位熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺粺崃?，存?chǔ)在第二蓄熱箱內(nèi)，最終由第二蓄熱箱向外部供熱，實(shí)現(xiàn)回收熱量的充分利用，進(jìn)一步的解決太陽(yáng)能綜合利用率低，利用過(guò)程損失大的問(wèn)題。該系統(tǒng)能夠給外部如建筑提供一定范圍內(nèi)的高品位熱能，滿足建筑熱水、供暖或者工業(yè)供熱需求，相比傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)能夠很大程度提高太陽(yáng)能利用率，是實(shí)現(xiàn)近零能耗建筑的重要解決方法之一。

4、優(yōu)選的，光伏組件產(chǎn)生的電能能夠供應(yīng)給所述基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)使用，實(shí)現(xiàn)電能自產(chǎn)自用。所述第一蓄熱箱內(nèi)設(shè)置有相變材料，提高儲(chǔ)能密度。

5、作為本發(fā)明基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的改進(jìn)，所述儲(chǔ)熱模塊還包括通過(guò)管路連通的：三通閥a、第一換熱器、第二換熱器、三通閥b、第一循環(huán)泵；所述第一換熱器用于與所述第一蓄熱箱進(jìn)行熱量交換；所述第二換熱器用于與所述第二蓄熱箱進(jìn)行熱量交換；所述三通閥a的進(jìn)口連接所述換熱組件的蓄熱介質(zhì)流出口，一出口連接所述第一換熱器的進(jìn)口，另一出口連接所述第二換熱器的進(jìn)口；所述三通閥b的出口連接所述第一循環(huán)泵的進(jìn)口，一進(jìn)口連接所述第一換熱器的出口，另一進(jìn)口連接所述第二換熱器的出口；所述第一循環(huán)泵的出口連接所述換熱組件的蓄熱介質(zhì)回流口。

6、通過(guò)兩個(gè)三通閥將第一換熱器和第二換熱器并聯(lián)布置，從而在實(shí)際進(jìn)行熱量傳遞和存儲(chǔ)過(guò)程中，面對(duì)不斷波動(dòng)的實(shí)時(shí)熱量，能夠快速響應(yīng)，快速的切換工作狀態(tài)，將一部分熱量存儲(chǔ)在第一蓄熱箱內(nèi)，將溫度高的另一部分熱量存儲(chǔ)在第二蓄熱箱內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)管路布置巧妙、合理。

7、進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)熱模塊還包括第一控制單元、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器，所述第一溫度傳感器用于獲取所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度；所述第二溫度傳感器用于獲取所述第一蓄熱箱與所述熱泵模塊進(jìn)行熱交換的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；所述第三溫度傳感器用于獲取所述第二蓄熱箱向外部供熱的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；所述第一控制單元用于根據(jù)所述第一溫度傳感器、所述第二溫度傳感器和所述第三溫度傳感器獲取的溫度值，控制所述三通閥a、所述三通閥b和所述第一循環(huán)泵的工作狀態(tài)。

8、通過(guò)第一控制單元對(duì)蓄熱過(guò)程進(jìn)行控制，根據(jù)各個(gè)溫度傳感器，精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)收集熱量分兩個(gè)梯度進(jìn)行傳遞存儲(chǔ)。

9、進(jìn)一步的，所述第一控制單元的控制過(guò)程包括：

10、當(dāng)ta≤t0且ta-tb≥δt1時(shí)，先控制所述三通閥a和所述三通閥b，使所述第一換熱器接通、所述第二換熱器斷開(kāi)，再啟動(dòng)所述第一循環(huán)泵，直到當(dāng)ta＞t0或ta-tb＜δt2時(shí)停止所述第一循環(huán)泵；

11、當(dāng)ta＞t0且ta-tc≥δt3時(shí)，先控制所述三通閥a和所述三通閥b，使所述第一換熱器斷開(kāi)、所述第二換熱器接通，再啟動(dòng)所述第一循環(huán)泵，直到當(dāng)ta≤t0或ta-tb＜δt4時(shí)停止所述第一循環(huán)泵；

12、ta為所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度；tb為所述第一蓄熱箱與所述熱泵模塊進(jìn)行熱交換的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；tc為所述第二蓄熱箱向外部供熱的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；t0為第一設(shè)定溫度值；δt1、δt2、δt3和δt4均為給定值。

13、作為本發(fā)明基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的另一種改進(jìn)，所述熱泵模塊包括熱泵機(jī)組、第二控制單元和第三溫度傳感器，所述第三溫度傳感器用于獲取所述第二蓄熱箱向外部供熱的蓄熱介質(zhì)流出口處的蓄熱介質(zhì)溫度；所述第二控制單元用于根據(jù)所述第三溫度傳感器獲取的溫度值，控制所述熱泵機(jī)組是否工作；所述熱泵機(jī)組工作時(shí)從所述第一蓄熱箱中吸收熱量，并將吸收的熱量轉(zhuǎn)移到所述第二蓄熱箱內(nèi)。

14、通過(guò)第二控制單元對(duì)第二蓄熱箱從第一蓄熱箱的取熱過(guò)程進(jìn)行控制，以第二蓄熱箱的供熱溫度作為參考，保證第二蓄熱箱的供熱出口溫度在設(shè)定范圍，即保證供熱穩(wěn)定。

15、進(jìn)一步的，所述第二控制單元的控制過(guò)程包括：

16、當(dāng)tc≤t1時(shí)，啟動(dòng)所述熱泵機(jī)組工作，直到當(dāng)tc≥t2時(shí)停止所述熱泵機(jī)組工作；

17、其中，tc為所述第二蓄熱箱向外部供熱的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；t1和t2均為給定值。

18、通過(guò)第二控制單元使第二蓄熱箱向外供熱的蓄熱介質(zhì)溫度維持在t1-t2范圍之間，從而穩(wěn)定的向外部供熱。所述第二蓄熱箱穩(wěn)定的向外部供熱指的是：所述第二蓄熱箱向外部供熱的蓄熱介質(zhì)流出口處的蓄熱介質(zhì)溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。

19、進(jìn)一步的，所述熱泵機(jī)組有多個(gè)，多個(gè)所述熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器放熱側(cè)串聯(lián)接在所述第一蓄熱箱的蓄熱介質(zhì)進(jìn)出口之間，多個(gè)所述熱泵機(jī)組的冷凝器吸熱側(cè)串聯(lián)接在所述第二蓄熱箱的蓄熱介質(zhì)進(jìn)出口之間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)熱量進(jìn)行梯度吸收，以及對(duì)所述第二蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度進(jìn)行梯度提升。

20、熱泵模塊工作時(shí)候，通過(guò)設(shè)置多個(gè)熱泵機(jī)組串行布置，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一蓄熱箱的蓄熱介質(zhì)內(nèi)熱量梯度回收以及梯度提升，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)第二蓄熱箱內(nèi)蓄熱介質(zhì)進(jìn)行梯度加熱，減少熱量回收、傳遞過(guò)程中的熱量損失。

21、進(jìn)一步的，所述第一蓄熱箱的蓄熱介質(zhì)進(jìn)出口之間通過(guò)管路連接設(shè)置有：第二循環(huán)泵、第一閥和多個(gè)所述熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器放熱側(cè)；所述第二循環(huán)泵用于驅(qū)動(dòng)所述第一蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)在管路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；所述第一閥用于控制管路的通斷；在管路中沿所述第一蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)流動(dòng)方向，各個(gè)所述熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器吸熱側(cè)工作溫度區(qū)間逐漸降低。

22、進(jìn)一步的，所述第二蓄熱箱上設(shè)置有兩組蓄熱介質(zhì)進(jìn)出口，一組用于向外部供熱；另一組的蓄熱介質(zhì)進(jìn)出口之間通過(guò)管路連接設(shè)置有：第三循環(huán)泵、第二閥和多個(gè)所述熱泵機(jī)組的冷凝器吸熱側(cè)；所述第三循環(huán)泵用于驅(qū)動(dòng)所述第二蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)在管路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；所述第二閥用于控制管路的通斷；沿所述第二蓄熱箱內(nèi)的蓄熱介質(zhì)流動(dòng)方向，各個(gè)所述熱泵機(jī)組的冷凝器放熱側(cè)工作溫度區(qū)間逐漸升高。

23、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明另一方面提供一種上述基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的控制方法，包括：

24、當(dāng)所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度不高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第一蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量；當(dāng)所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第二蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量。

25、進(jìn)一步的，所述當(dāng)所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度不高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第一蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量；當(dāng)所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度高于第一設(shè)定溫度值時(shí)，使用第二蓄熱箱存儲(chǔ)所述換熱組件收集的熱量包括：

26、當(dāng)ta≤t0且ta-tb≥δt1時(shí)，使所述換熱組件與所述第一蓄熱箱進(jìn)行熱量交換；

27、當(dāng)ta＞t0且ta-tc≥δt3時(shí)，使所述換熱組件與所述第二蓄熱箱進(jìn)行熱量交換；

28、其中，ta為所述換熱組件的出口處換熱介質(zhì)溫度；tb為所述第一蓄熱箱與所述熱泵模塊進(jìn)行熱交換的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；tc為所述第二蓄熱箱向外部供熱的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；t0為第一設(shè)定溫度值；δt1和δt3均為給定值。

29、優(yōu)選的，使所述換熱組件與所述第一蓄熱箱進(jìn)行熱量交換的方法包括：先控制所述三通閥a和所述三通閥b，使所述第一換熱器接通、所述第二換熱器斷開(kāi)，再啟動(dòng)所述第一循環(huán)泵，直到當(dāng)ta＞t0或ta-tb＜δt2時(shí)停止所述第一循環(huán)泵。其中，δt2為給定值。

30、優(yōu)選的，使所述換熱組件與所述第二蓄熱箱進(jìn)行熱量交換的方法包括：先控制所述三通閥a和所述三通閥b，使所述第一換熱器斷開(kāi)、所述第二換熱器接通，再啟動(dòng)所述第一循環(huán)泵，直到當(dāng)ta≤t0或ta-tb＜δt4時(shí)停止所述第一循環(huán)泵。其中，δt4為給定值。

31、進(jìn)一步的，當(dāng)tc≤t1時(shí)，啟動(dòng)所述熱泵模塊工作，直到當(dāng)tc≥t2時(shí)停止所述熱泵機(jī)組工作；其中，tc為所述第二蓄熱箱向外部供熱的出口處蓄熱介質(zhì)溫度；t1和t2均為給定值。

32、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還一方面提供一種基于上述控制方法的優(yōu)化調(diào)控方法，包括：

33、在第一循環(huán)泵、第二循環(huán)泵和第三循環(huán)泵實(shí)際均處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)所述分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的上一時(shí)刻運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真運(yùn)行及分析，利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法，以所述分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的電量?jī)舢a(chǎn)能最大、負(fù)荷保證率最大和集熱量最大為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確定第一循環(huán)泵、第二循環(huán)泵和第三循環(huán)泵各自的優(yōu)選匹配流量，并在當(dāng)前時(shí)刻控制調(diào)節(jié)第一循環(huán)泵、第二循環(huán)泵和第三循環(huán)泵分別以各自的優(yōu)選匹配流量實(shí)際運(yùn)行工作；

34、其中，所述換熱組件通過(guò)第一循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)內(nèi)部換熱介質(zhì)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與所述第一蓄熱箱或所述第二蓄熱箱進(jìn)行熱量傳遞；所述第一蓄熱箱通過(guò)第二循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)內(nèi)部蓄熱介質(zhì)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與所述熱泵模塊進(jìn)行熱量傳遞；所述第二蓄熱箱通過(guò)第三循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)內(nèi)部蓄熱介質(zhì)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與所述熱泵模塊進(jìn)行熱量傳遞。

35、通過(guò)仿真軟件與優(yōu)化算法的耦合，探索分析運(yùn)行過(guò)程中每個(gè)時(shí)刻的逐時(shí)最佳匹配流量，并根據(jù)探索分析結(jié)果對(duì)該分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)的循環(huán)泵流量進(jìn)行實(shí)際優(yōu)化控制，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能：系統(tǒng)產(chǎn)熱、產(chǎn)電、負(fù)載保證率等均處于最優(yōu)狀態(tài)。

36、綜上，采用上述基于分級(jí)儲(chǔ)熱的電熱聯(lián)供系統(tǒng)、控制方法及優(yōu)化調(diào)控方法，通過(guò)對(duì)熱量梯度回收存儲(chǔ)，并通過(guò)多級(jí)熱泵組件實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芴荻忍崛∫约疤荻绕肺惶嵘?，有效減少熱量損失，解決太陽(yáng)能綜合利用率低，利用過(guò)程損失大的問(wèn)題，具有顯著的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。