CN103670942A - 风电场汽液两相储能功率补偿*** - Google Patents

风电场汽液两相储能功率补偿*** Download PDF

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王平
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Abstract

本发明涉及电力***领域，特别涉及一种风电场汽液两相储能功率补偿***。本***包括功率检测调节装置、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置。其中，功率检测调节装置连接汽液相变储能装置和汽液两相发电装置，汽液相变储能装置和汽液两相发电装置构成循环回路。本发明能通过调节膨胀机进汽阀开度来改变发电机组发电量，能够实现风能向热能、机械能、电能的转换，更使得整套***的输出功率可控，规模化后的本***将可以用于生产电能并补偿电网功率缺额；并且整个***工作过程安全环保，避免了现有储能技术给生态环境带来的负面影响。

Description

风电场汽液两相储能功率补偿***
技术领域
本发明涉及电力***领域，特别涉及一种风电场汽液两相储能功率补偿***。
背景技术
随着风电场规模的不断扩大，风电特性对电网的负面影响也愈加显著。风电场配置适当的储能容量可以有效遏制因风速不断变化而造成的输出功率波动。目前热门的储能技术，如蓄电池储能技术、超级电容储能技术、飞轮储能技术等，均取得了一定的研究成果。然而，它们有的使用寿命短、能量密度低，或者抗瞬态干扰能力差，有的造价过高，都没有得到大规模的应用。
热力膨胀机发电技术早在20世纪初就得到了实践，这种原动机结构简单紧凑，工质适用范围广，内效率一般高于同功率的汽轮机。近年来，国内许多企业利用膨胀机发电技术回收工业废气低品质余热，达到了节能减排的目的，该***将可以用于生产电能并补偿电网功率缺额。。该运行方式下的膨胀机发电***发电总量小，如果加装一套自动控制装置，通过调节膨胀机进汽阀开度来改变发电机组发电量，使得整套***的输出功率可控，那么，规模化后的该***将可以用于生产电能并补偿电网功率缺额。
发明内容
本发明的目的是设计一种风电场汽液两相储能功率补偿***，通过加装一套自动控制装置，根据风力发电机组出力调节膨胀机进汽阀开度来改变发电机组发电分量：风力强劲时，该***吸收风电机组过剩有功；风力不足或无风时，该***向电网输送电能补偿有功缺额使得整套***的输出功率可控。该***能够平衡风电机组输出功率，大幅度降低风力发电机组不稳定输出对电网造成冲击，解决大规模风电场并网对***造成的扰动。
为实现上述目的，本发明提供一种风电场汽液两相储能发电功率补偿***，包括功率检测调节装置、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置。其中，功率检测调节装置连接汽液相变储能装置和汽液两相发电装置，汽液相变储能装置和汽液两相发电装置构成循环回路。
优选的是，功率检测调节装置包括检测器和调节器。其中，检测器连接风力发电机组；调节器连接检测器、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置。
优选的是，汽液相变储能装置包括电力加热器、蒸发器和负载调节器。其中，负载调节器连接功率检测调节装置和风力发电机组；负载调节器、电力加热器和蒸发器依次顺序连接；蒸发器和汽液两相发电装置构成循环回路。
优选的是，汽液两相发电装置包括膨胀控制阀、膨胀机、发电机、冷凝器和工质泵。其中，膨胀控制阀连接调节器；膨胀控制阀、膨胀机、冷凝器、工质泵和蒸发器依次连接构成循环回路；膨胀机、发电机和外部变压器依次顺序连接。
优选的是，蒸发器中包括热媒工质；所述热媒工质包括水、合成油、丁烷。
优选的是，膨胀机类型包括透平式膨胀机、螺杆膨胀机、活塞式膨胀机。
优选的是，发电机类型包括同步发电机、异步发电机。
本发明的风电场汽液两相储能功率补偿***包括上述各项特征构成的任意组合。
在所述功率检测调节装置中，检测器属二次设备，其功能是采集风力发电装置的输出功率信号并将信号传入调节器；调节器根据输入信号与预设的发电功率的偏差来指挥控制相关的膨胀控制阀动作。当风力强劲时，风力发电装置出力大于设定出力，过剩出力会在汽液相变储能装置的负载调节器的作用下流入汽液相变储能单元。当风力不足或无风时，风力发电装置出力小于设定出力，功率检测调节装置则控制汽液两相发电装置将其工质内能转化为机械能，带动其发电机发电向电网输送电能，补偿有功缺额。
在所述汽液相变储能装置中，当风力强劲时，负载调节器开启；电力加热器吸收风力发电机组的过剩有功，在蒸发器中将这部分电能转化为热媒工质内能。工质内能储存在汽液相变储能装置中备用。当风力不足或无风时，负载调节器空载运行，风力发电机组停止向汽液相变储能装置输送电能。
在所述汽液两相发电装置中，当风力强劲时，膨胀控制阀关闭，汽液相变储能装置不向膨胀机输送热媒工质。当风力不足或无风时，膨胀控制阀开启，汽液相变储能装置中的热媒工质通过膨胀控制阀进入膨胀机，在膨胀机内做功，膨胀机转子将热媒工质内能转化为机械能，该机械能量带动与其相连的发电机发电，使发电机向外部输送电能；当且仅当所选热媒工质为高温蒸汽时会同时将工质排至冷凝器中。冷凝器把经过冷凝的工质重新液化，通过与其相连的工质泵输送回蒸发器中。蒸发器、膨胀控制阀、膨胀机、冷凝器和工质泵构成密封的循环回路，以便让装置中的热媒工质能够循环利用。
本发明的风电场汽液两相储能功率补偿***引入了汽液相变储能和膨胀机发电技术，该技术能够实现风能向热能、机械能、电能的转换，整个过程安全环保，解决了现有储能技术给生态环境带来负面影响的问题。
附图说明
图1是本发明的风电场汽液两相储能功率补偿***的优选实施例的示意图。
其中，1.检测器、2.调节器、3.负载调节器、4.电力加热器、5.蒸发器、6.膨胀控制阀、7.膨胀机、8.发电机、9.冷凝器、10.工质泵、11.风力发电机组、12.外部变压器。
具体实施方式
参照图1所示，风电场汽液两相储能功率补偿***，包括功率检测调节装置、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置。功率检测调节装置连接汽液相变储能装置和汽液两相发电装置，汽液相变储能装置和汽液两相发电装置构成循环回路。功率检测调节装置包括检测器1和调节器2。汽液相变储能装置包括电力加热器4、蒸发器5和负载调节器3，蒸发器5中包括热媒工质。汽液两相发电装置包括膨胀控制阀6、膨胀机7、发电机8、冷凝器9和工质泵10。冷凝器9采用空气冷却器。
风电场汽液两相储能功率补偿***的连接关系如下：检测器1和负载调节器3连接风力发电机组11；调节器2连接检测器1、负载调节器3和膨胀控制阀6；负载调节器3、电力加热器4和蒸发器5依次顺序连接；蒸发器5、膨胀控制阀6、膨胀机7、冷凝器9和工质泵10依顺序连接构成循环回路；膨胀机7、发电机8和外部变压器12依次顺序连接。
以上所述仅使本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.风电场汽液两相储能功率补偿***，包括功率检测调节装置、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置，其特征在于：功率检测调节装置连接汽液相变储能装置和汽液两相发电装置，汽液相变储能装置和汽液两相发电装置构成循环回路。
2.如权利要求1所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：功率检测调节装置包括检测器(1)和调节器(2)；调节器(2)连接检测器(1)、汽液相变储能装置和汽液两相发电装置；检测器(1)连接风力发电机组(11)。
3.如权利要求1所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液相变储能装置包括电力加热器(4)、蒸发器(5)和负载调节器(3)；负载调节器(3)连接功率检测调节装置和风力发电机组(11)；负载调节器(3)、电力加热器(4)和蒸发器(5)依次顺序连接；蒸发器(5)和汽液两相发电装置构成循环回路。
4.如权利要求2所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液相变储能装置包括电力加热器(4)、蒸发器(5)和负载调节器(3)；负载调节器(3)连接调节器(2)和风力发电机组(11)；负载调节器(3)、电力加热器(4)和蒸发器(5)依次顺序连接；蒸发器(5)和汽液两相发电装置构成循环回路。
5.如权利要求1所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液两相发电装置包括膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和工质泵(10)；膨胀控制阀(6)连接功率检测调节装置；膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、冷凝器(9)、工质泵(10)和汽液相变储能装置依次连接构成循环回路；膨胀机(7)、发电机(8)和外部变压器(12)依次顺序连接。
6.如权利要求2所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液两相发电装置包括膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和工质泵(10)；膨胀控制阀(6)连接调节器(2)；膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、冷凝器(9)、工质泵(10)和汽液相变储能装置依次连接构成循环回路；膨胀机(7)、发电机(8)和外部变压器(12)依次顺序连接。
7.如权利要求3所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液两相发电装置包括膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和工质泵(10)；膨胀控制阀(6)连接功率检测调节装置；膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、冷凝器(9)、工质泵(10)和蒸发器(5)依次连接构成循环回路；膨胀机(7)、发电机(8)和外部变压器(12)依次顺序连接。
8.如权利要求4所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：汽液两相发电装置包括膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和工质泵(10)；膨胀控制阀(6)连接调节器(2)；膨胀控制阀(6)、膨胀机(7)、冷凝器(9)、工质泵(10)和蒸发器(5)依次连接构成循环回路；膨胀机(7)、发电机(8)和外部变压器(12)依次顺序连接。
9.如权利要求3或4或7所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：蒸发器(5)中包括热媒工质；所述热媒工质包括水、合成油、丁烷。
10.如权利要求5-8中任一项所述的风电场汽液两相储能功率补偿***，其特征在于：膨胀机(7)类型包括透平式膨胀机、螺杆膨胀机。
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