CN102182570B - 沼气发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沼气发电控制装置及方法，属于能源控制领域。该沼气发电控制装置包括储气装置、由N个发电机G₁,G₂,……,G_N构成的发电机组，其中N为≥2的自然数，还包括控制器和压力传感器，其中控制器的输出端分别与发电机组中各发电机的输入端相连，由控制器控制所述各发电机的启闭；储气装置的出气口与压力传感器相连，压力传感器用于感测储气装置中沼气的压力；压力传感器的输出端与控制器的输入端相连并且输出沼气的压力信号给控制器，控制器根据压力信号计算得出储气装置中的沼气量。通过本发明，该装置实现了中小型发电站中发电机供电和市电供电的智能切换，在保证持续供电的前提下降低了能源浪费。

Description

沼气发电控制方法

技术领域

本发明涉及一种沼气发电控制方法，特别是一种适用于中小型电站的沼气发电控制方法。

背景技术

目前，在我国农村越来越多地采用沼气作为能量来源，一方面可以解决一部分农村用能问题，另一方面可以有效地解决大中型养殖场的环境污染问题。因此，在我国农村建立起了很多中小型电站，这些中小型电站利用沼气来发电以解决养殖场的一部分用电问题。由于中小型电站往往主要直接针对特定的设备提供电能，不与电网相连接，设备的供电只能采用发电机供电和市电供电中的一种方式。因为在一天中不同时段用电量和沼气产生量有所不同，这就使得采用发电机供电时可能存在发电量过多或者不够用的情况，以致形成新的能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种沼气发电控制方法，其在沼气发电量满足用电需求时采用发电机供电，在沼气发电量不能满足用电需求时采用市电供电，从而实现了中小型发电站中发电机供电和市电供电的智能切换，在保证持续供电的前提下降低了能源浪费。

为了实现上述目的，本发明提供了一种沼气发电控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）设定沼气量的单位为升，电量的单位为度，并且每升沼气能生成n度电能；

（2）统计所在地区每天所消耗的燃烧沼气量Q_燃烧，沼气池的沼气生产量Q_总减去燃烧沼气量Q_燃烧得到每天的发电沼气量Q_发电，根据每天的发电沼气量Q_发电确定发电机组中发电机G的个数N，确定发电机G₁,G₂,……,G_N的容量P₁,P₂,……,P_N并且将发动机编号及其容量数值存储于控制器中，其中N为≥2的自然数，发电机组中发电机的容量总和P₁+P₂+……+P_N等于每天发电沼气量Q_发电的发电量Q_发电*n，沼气生产量Q_总在沼气池建设时已设定好；

（3）统计每天各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧，并且将各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧数值存储至控制器中；

（4）统计每天各设备使用时段的需电量X，并且将各设备使用时段的需电量X度数存储至控制器中；

（5）控制器从压力传感器接收到储气装置中沼气的压力信号，进而计算得出储气装置中各设备使用时段的沼气量q_总，控制器将一个时段的沼气量q_总减去该时段的燃烧沼气量q_燃烧得到该时段的发电沼气量q_发电，其中q_总、q_燃烧和q_发电都是变量，在各个时段有所不同；

（6）由于每升沼气能生成n度电能，则各设备使用时段发电沼气量q_发电的发电量为q_发电*n，如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量不能够满足用电需求，即q_发电*n<X时，则控制器控制发电机停止工作，转由市电供电；如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量能够满足用电需求，q_发电*n≥X时，则控制器控制启动发电机组中的发电机，由发电机供电。

所述步骤（6）中发电机组中各发电机的容量相同时，如果在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中一台发电机的容量，控制器则控制启动发电机组中任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X，控制与该发电机进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，其中S为整数。

步骤（6）中发电机组中各发电机的容量不相同时，控制器在发电机组中选取容量总和等于需电量X的发电机组合，并且控制启动该发电机组合。

如果所述发电机组中不存在容量总和等于需电量X的发电机组合，即在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中任何一台发电机的容量时，控制器则控制启动发电机组中容量与该剩余需电量△X最接近的发电机，其中发电机满负荷工作时的发电量即为发电机的容量并且S为整数。

另外，如果所述发电机组中不存在容量总和等于需电量X的发电机组合，即在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中任何一台发电机的容量时，控制器还可以则随机启动发电机组中的任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X控制与该发电机进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，其中S为整数。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用了控制器和压力传感器，通过压力传感器提供的压力信号，控制器可以计算得出在各设备使用时段储气装置中的沼气量，该沼气量减去此时段的燃烧沼气量即为可以用于发电的发电沼气量，如果该发电沼气量的发电量能满足用电需求，控制器则控制启动发电机供电，如果发电沼气量得发电量不能满足用电需求，控制器则控制停止发电机，转由市电供电，从而实现了中小型发电站中发电机供电和市电供电的智能切换，在保证持续供电的前提下降低了能源浪费；

2、本发明还采用了电动调节阀，在需电量不能同时确保一个或者多个发电机的满负荷工作（即需电量不足一个或多个发电机的发电量）时，控制器可以根据剩余需电量△X，控制电动调节阀的开度，进而控制储气装置提供给发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，从而进一步降低了能源浪费。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的一个实施例中该沼气发电控制装置的方框原理图；

图2是本发明的另一个实施例中该沼气发电控制装置的方框原理图；

图3是本发明中该沼气发电控制方法的流程图。

图中标记：1为出气口，2为进气口，G₁,……,G_N为发电机，V₁,……,V_N为电动调节阀。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，该沼气发电控制装置包括用于存储沼气的储气装置、由N个发电机G₁,G₂,……,G_N构成的发电机组（其中N为≥2的自然数）、控制器和压力传感器，控制器的输出端分别与发电机组中各发电机的输入端相连，由该控制器控制各发电机的启闭；储气装置的出气口1与压力传感器相连，该压力传感器用于感测储气装置中沼气的压力；压力传感器的输出端与控制器的输入端连接并且输出沼气的压力信号给该控制器，控制器根据该压力信号可以计算得出储气装置中的沼气量。由于中小型电站通常不与电网相连，设备的供电只能采用发电机供电和市电供电中的一种方式，传统的沼气发电方式不能实现发电机供电和市电供电的智能切换，本装置则可以在沼气发电量满足用电需求时采用发电机供电，在沼气发电量不能满足用电需求时采用市电供电，从而在保证持续供电的前提下降低了能源的浪费。

如图2所述，该沼气发电控制装置在图1所示结构的基础上还包括电动调节阀组，该电动调节阀组由N个电动调节阀V₁,V₂,……,V_N构成。储气装置的出气口1依次通过电动调节阀组中对应的电动调节阀，分别与发电机组中对应发电机的进气口2相连；控制器的输出端与电动调节阀的输入端相连，该控制器根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X，控制该电动调节阀，从而调节提供给发电机的沼气量。在s台发电机满负荷工作后需电量还存在多余电量，而该多余电量不足以满足发电机组中任何一台发电机满负荷工作时，控制器通过控制电动调节阀的开度来调节提供给发电机的沼气量，使该发电机处于非满负荷工作状态，从而进一步降低了能源浪费。应注意的是：该控制器包括但不限于PLC控制柜。

如图3所示，该沼气发电控制方法按照以下步骤进行：

（1）设定沼气量的单位为升，电量的单位为度，并且每升沼气能生成n度电能；

（2）统计所在地区每天所消耗的燃烧沼气量Q_燃烧，沼气生产量Q_总减去燃烧沼气量Q_燃烧得到每天的发电沼气量Q_发电，根据每天的发电沼气量Q_发电确定发电机组中发电机G的个数N，确定发电机G₁,G₂,……,G_N的容量P₁,P₂,……,P_N并且将发动机编号及其容量数值存储于控制器中，其中N为≥2的自然数，发电机组中发电机的容量总和P₁+P₂+……+P_N等于每天发电沼气量Q_发电的发电量Q_发电*n，沼气生产量Q_总在沼气池建设时已设定好；

（3）统计每天各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧，并且将各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧数值存储至控制器中；

（4）统计每天各设备使用时段的需电量X，并且将各设备使用时段的需电量X度数存储至控制器中；

（5）控制器从压力传感器接收到储气装置中沼气的压力信号，进而计算得出储气装置中各设备使用时段的沼气量q_总，控制器将一个时段的沼气量q_总减去该时段的燃烧沼气量q_燃烧得到该时段的发电沼气量q_发电，其中q_总、q_燃烧和q_发电都是变量；

（6）由于每升沼气能生成n度电能，则各设备使用时段发电沼气量q_发电的发电量为q_发电*n，如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量不能够满足用电需求，即q_发电*n<X时，则控制器控制发电机停止工作，转由市电供电；如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量能够满足用电需求，q_发电*n≥X时，则控制器控制启动发电机组中发电机，由发电机供电。

通过上述步骤，在沼气发电量满足用电需求时采用发电机供电，在沼气发电量不能满足用电需求时采用市电供电，从而实现了发电机供电和市电供电的智能切换，在保证持续供电的前提下降低了能源浪费。应注意的是：上述步骤中时段的确定根据设备的使用时间而定，该时段包括但不限于1个小时。

在步骤（6）中发电机组中各发电机的容量相同，即P₁=P₂=……=P_N=P时，如果在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中一台发电机的容量（即发电量），控制器则控制启动发电机组中任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X，控制与该发电机的进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，从而进一步降低能源的浪费，其中S为整数。

在步骤（6）中发电机组中各发电机的容量不相同时，控制器在发电机组中选取容量总和等于需电量X的发电机组合，并且控制启动该发电机组合。

如果发电机组中不存在容量总和等于需电量X的发电机组合，即在S台发电机满负荷工作（发电机满负荷工作时的发电量即为发电机的容量）后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中任何一台发电机的容量（即发电量）时，控制器则控制启动发电机组中容量与该剩余需电量△X最接近的发电机，由此可以减少沼气的浪费，但是还是存在较多的沼气浪费，效果并不是很好。

上述情况中控制器还可以随机启动发电机组中的任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X，控制与该发电机进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，从而进一步减少沼气的浪费。

另外，发电机的余热还可以收集用作厌氧发酵罐的增温或职工生活用水的加热等。由于中午和傍晚都是居民用气高峰期，所以在设计过程中应尽量将设备的使用时段安排在上午或者下午。无论是发电机供电和市电供电的智能切换，还是发电机中沼气量的调节（即电动调节阀的调节），都可以自动或者手动控制。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种沼气发电控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）设定沼气量的单位为升，电量的单位为度，并且每升沼气能生成n度电能；

（2）统计所在地区每天所消耗的燃烧沼气量Q_燃烧，沼气池的沼气生产量Q_总减去燃烧沼气量Q_燃烧得到每天的发电沼气量Q_发电，根据每天的发电沼气量Q_发电确定发电机组中发电机G的个数N，确定发电机G₁,G₂,……,G_N的容量P₁,P₂,……,P_N并且将发动机编号及其容量数值存储于控制器中，其中N为≥2的自然数，发电机组中发电机的容量总和P₁+P₂+……+P_N等于每天发电沼气量Q_发电的发电量Q_发电*n，所述沼气生产量Q_总在沼气池建设时已设定好；

（3）统计每天各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧，并且将各设备使用时段的燃烧沼气量q_燃烧数值存储至控制器中；

（4）统计每天各设备使用时段的需电量X，并且将各设备使用时段的需电量X度数存储至控制器中；

（5）控制器从压力传感器接收到储气装置中沼气的压力信号，进而计算得出储气装置中各设备使用时段的沼气量q_总，控制器将一个时段的沼气量q_总减去该时段的燃烧沼气量q_燃烧得到该时段的发电沼气量q_发电，其中q_总、q_燃烧和q_发电都是变量；

（6）由于每升沼气能生成n度电能，则各设备使用时段发电沼气量q_发电的发电量为q_发电*n，如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量不能够满足用电需求，即q_发电*n<X时，则控制器控制发电机停止工作，转由市电供电；如果在一个时段发电沼气量q_发电的发电量能够满足用电需求，q_发电*n≥X时，则控制器控制启动发电机组中的发电机，由发电机供电。

2.根据权利要求1所述的沼气发电控制方法，其特征在于：所述步骤（6）中所述发电机组中各发电机的容量相同时，如果在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中一台发电机的容量，控制器则控制启动发电机组中任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X控制与该发电机进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，其中S为整数。

3.根据权利要求1所述的沼气发电控制方法，其特征在于：所述步骤（6）中所述发电机组中各发电机的容量不相同时，控制器在所述发电机组中选取容量总和等于需电量X的发电机组合，并且控制启动所述发电机组合。

4.根据权利要求3所述的沼气发电控制方法，其特征在于：如果所述发电机组中不存在容量总和等于需电量X的发电机组合，即在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中任何一台发电机的容量时，控制器则控制启动发电机组中容量与该剩余需电量△X最接近的发电机，其中发电机满负荷工作时的发电量即为发电机的容量并且S为整数。

5.根据权利要求3所述的沼气发电控制方法，其特征在于：如果所述发电机组中不存在容量总和等于需电量X的发电机组合，即在S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X为△X=X-（P₁+P₂+……+P_s），而该剩余需电量不足发电机组中任何一台发电机的容量时，控制器则随机启动发电机组中的任何一台发电机，并且根据S台发电机满负荷工作后剩余需电量△X控制与该发电机进气口相连的电动调节阀的开度，以调节储气装置提供给该发电机的沼气量，使得该发电机处于非满负荷工作状态，其中S为整数。

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