[发明专利]基于冻土膨胀的发电单元及发电系统

说明书

本发明涉及发电技术领域，公开了一种基于冻土膨胀的发电单元及发电系统。本发明的发电单元的压电盒，包含上部开口的第一矩形筒体和第一活塞；第一活塞下端设置在第一矩形筒体内并可沿第一矩形筒体的轴向上下移动；第一矩形筒体内部还设置有水平的第一弹性隔膜；第一活塞底面和第一弹性隔膜之间形成第一封闭腔，第一弹性隔膜和第一矩形筒体底面之间形成第二封闭腔；第一封闭腔内设置有多组压电陶瓷电机；一种基于冻土膨胀的发电系统，包括多组上述发电单元、储电站、地源热泵和换热管道。本发明以冻土膨胀为驱动力，以压电陶瓷受压发电为实现手段，成本低且清洁环保。本发明利用寒区分布广泛的季节性冻土，有效解决冻土地区冬季用电短缺的问题。

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种基于冻土膨胀的发电单元及发 电系统。

背景技术

浅层地热能资源是蕴藏在浅层岩土体、地下水、地表水中的地热资源， 是一种新型的优质清洁能源，具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经 济实惠、安全性高、可用性强的特点，具有广阔的开发利用前景。

我国寒区分布广泛，冻土面积为417.4×104km2，占我国陆地面积的 43.5％。主要分布于青藏高原地区，新疆天山地区，东三省和内蒙古中东部地 区。随着六大经济走廊的建设，寒区资源开发的力度将大大增加。而冻土区 电力短缺始终是一个阻挠阻碍发展，影响民生的重要因素。

针对上述问题，本发明提出一种基于冻土膨胀，利用浅层地热能的发电 系统，有效解决冻土地区冬季用电短缺问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于冻土膨胀 的发电单元及发电系统，有效解决冻土地区冬季用电短缺的问题，发电成本 低且清洁环保。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于冻土膨胀的发电单元，设置于冻土中，包括压电盒，压电盒包 含分别由刚性材料制成的上部开口的第一矩形筒体和第一活塞，第一活塞上 端设置有压板，下端设置有水平的第一活塞底面；第一活塞下端设置在所述 第一矩形筒体内并可沿所述第一矩形筒体的轴向上下移动；第一矩形筒体内 部在第一活塞底面和第一矩形筒体底面之间还设置有水平的第一弹性隔膜； 第一活塞底面和第一弹性隔膜之间形成第一封闭腔，第一弹性隔膜和第一矩 形筒体底面之间形成第二封闭腔；第一封闭腔内设置有防冻液，防冻液内设 置有多组压电陶瓷电机，压电陶瓷电机的正极和负极分别设有伸出所述第一 封闭腔外的导线；第二封闭腔内设置有可压缩气体。

优选的，第一封闭腔对应的第一矩形筒体侧壁上设置有第一管道，第一 管道上设置有阀门，第一管道与阀门的一端连接，还包括设置于冻土中的储 能罐；储能罐包含分别由刚性材料制成的上部开口的第二矩形筒体和第二活 塞；第二活塞上端设置有压板，下端设置有水平的第二活塞底面；第二活塞 下端设置在所述第二矩形筒体内，并可沿上述第二矩形筒体的轴向上下移动； 第二矩形筒体内部在第二活塞底面和第二矩形筒体底面之间还设置有水平的 第二弹性隔膜；第二活塞底面和第二弹性隔膜之间形成第三封闭腔，第二弹 性隔膜和第二矩形筒体底面之间形成第四封闭腔；第三封闭腔设置有可压缩 气体，第四封闭腔设置有防冻液；第四封闭腔还设置有第二管道；第二管道 与上述阀门的另一端连通连通。

优选的，每个发电单元包括一个压电盒和多个与所述压电盒连接的储能 罐。

一种基于冻土膨胀的发电系统，包括多组上述发电单元、地源热泵、地 热调度站和换热管道，多组发电单元与储电站并联连接；地热调度站包含水 箱；多组发电单元的导线并联连接；地源热泵与水箱连接，换热管道从水箱 的热水出口出发，呈S形依次绕过每个发电单元后连接至水箱的回水入口。

优选的，刚性材料为不锈钢。

优选的，基于冻土膨胀的发电系统还包括储电站，多组发电单元的导线 与储电站电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：