CN107939604A - 一种风电与海水压缩空气储能一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力储能技术领域,特别涉及一种风力发电与海水压缩空气储能装置及方法。所述装置包括:风电场1分别与压气机变压器2和电网相连,压气机变压器2与压气机***3、冷却换热器4、海底储气室5、控制器12、预热器6和燃烧室7依次串联,燃烧室7分别与燃料罐8和燃气透平9相连,燃气透平9连接发动机10,发动机10与电网相连,控制器12与海底储气室5相连接,控制气体释放量。所述方法为利用固定在海底的海底储气室5,利用海水的压强压缩空气,同时利用低温的海水冷却绝热压缩气体,节约了陆地空间,有效提高了压缩效率,减少能源耗散。
Description
技术领域
本发明属于电力储能技术领域,特别涉及一种风力发电与海水压缩空气储能装置及方法。
背景技术
风能是清洁的可再生能源,发电成本在逐年降低,竞争力也在提高。我国风能资源丰富,且风电技术逐渐成熟。我国陆上风电装机容量已经成为全球第一。根据国家规划,未来风电将是我国重点发展的可再生能源发电方式,其发展规模与速度,将直接关系到我国节能减排战略和国家关于调整和优化能源结构,提高可再生能源比例的目标。
然而,在风电快速发展中,暴露出间歇性和稳定性的问题。在电网的高负荷需求时期,风电无法满足电网所需,在低负荷时期,却可能发出大量电网难以消纳的功率。因此,大规模依赖风电的电网可能会产生安全性和稳定性问题,大规模风电送出消纳的矛盾日益突出,“弃风”的问题相当严重,造成风能资源浪费。为了减少风电的不稳定性,平抑功率波动,电力蓄能是关键方法。
通过储能装置可以极大地避免以上缺点,目前,对于电能存储的技术有两大类,物理方法和化学方法,但是都比较困难而且昂贵。压缩空气储能是一种公认的有潜力的大规模储能方式,它的储能成本较低,对环境的污染很小。传统压缩空气储能***中,在电网的低负荷时期,一部分电能用来驱动空气压缩机,压缩的空气储存在特定的空间。然后,在用电高峰时期,压缩的高压气体被释放起来,经过膨胀驱动透平发电。压缩空气蓄能***要使用气体燃料,通常是天然气,与在压缩空气中燃烧以提高压缩空气的温度,从而提高***的效率。但是现有的利用空穴压缩空气储能对安装位置有要求,压缩储气罐占地面积大,成本高,在压缩过程中不容易散热,而且风电场还有间歇性和稳定性的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种风力发电与海水压缩空气储能装置及方法,所述装置包括:
风电场1分别与压气机变压器2和电网相连,压气机变压器2与压气机***3、冷却换热器4、海底储气室5、控制器12、预热器6和燃烧室7依次串联,燃烧室7分别与燃料罐8和燃气透平9相连,燃气透平9连接发动机10,发动机10与电网相连,控制器12分别与海底储气室5和预热器6相连接,控制气体释放量。
所述海底储气室5固定在海底11。
燃气透平9与发电机10同轴相连。
冷却换热器4是利用海水进行冷却换热的。
海底储气室5至少有一个。
一种基于所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置的工作方法,包括4个步骤:
步骤1:风电场1发出风电,当电网能消纳时供用户使用;
步骤2:风电场1发出风电,当电网无法消纳时,将风电场1发出的多余电能输送给压气机变压器2,绝热压缩过程产生的热量经过在海水中的低温海水的冷却吸收,冷却后的压缩空气储存在海底储气室5中;
步骤3:高压的压缩气体从储气室5中释放出来,通过控制器12,调节气体释放,然后经过预热器6,温度升高,与燃料罐8中的燃料混合进入燃烧室7,燃烧室7产生高温高压的燃气推动燃气透平9做功,与燃气透平9同轴的发电机10发出电能;
步骤4:在电网处于用电高峰时期,将储存的压缩气体如步骤2和步骤3所述释放出来进行供电。
有益效果:
本发明解决了风电的间歇性和稳定性的问题,将储存压缩空气的海底储气室固定在海底,利用海水的压强压缩空气,使其保持较小的体积,节约了陆地空间,海底空间对海底储气室大小限制较少,可以布置多个海底储气室提高储能量,另外利用低温的海水冷却绝热压缩气体,海水冷却效率较高,可以有效的提高压缩效率,减少能源耗散。克服了现有技术中压缩储气罐占地面积大、成本高,在压缩过程中不容易散热的问题,具有降低空气储存装置的成本、节约陆地空间、提高散热效率和能源利用率的优点。
附图说明
图1为一种风力发电与海水压缩空气储能装置示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种风力发电与海水压缩空气储能装置,包括:
风电场1分别与压气机变压器2和电网相连,压气机变压器2与压气机***3、冷却换热器4、海底储气室5、控制器12、预热器6和燃烧室7依次串联,燃烧室7分别与燃料罐8和燃气透平9相连,燃气透平9连接发动机10,发动机10与电网相连,控制器12分别与海底储气室5和预热器6相连接,控制气体释放量。
风电场1产生的多余电能驱动压气机***3产生高压气体,压气机***3生成的高压气体经海水冷却进入海底储气室5内,所述海底储气室5固定在海底11,依靠海底海水高压平衡空气高压。
海底储气室5内的气体的压强与海底海水的压强一致,不需要采用特殊材料制造储气室以抵抗空气产生的巨大压力。
实施例1
高压的压缩气体从海底储气室5中释放出来,通过控制器12,调节气体释放,然后经过预热器6,温度升高,与燃料罐8中的燃料混合进入燃烧室7,燃烧室7产生高温高压的燃气推动燃气透平9做功,与燃气透平9同轴的发电机10发出电能,从而达到调峰目的。燃气透平9发电机组具有启动快、结构简单、体积小的优点,很适合用于电网调峰。还可以把高温排气做热源,加热水带动汽轮机继续发电,效率可显著提高。在电网用电低谷,产生了电网无法消纳的功率时,风电场产生的多余的电能输送给压气机变压器2,通过压缩空气。储存在位于海底的海底储气室5。在电网的用电高峰时期,储存的压缩空气释放出来驱动燃气透平发电9,达到电网调峰目的。
以水深h=50米,气囊体积V=500立方米为例。储存能量w=P*V=ρgh*V=2.45×108W=245MW,已经接近抽水蓄能电站的规模,满足风电场用于蓄能和调峰要求。
本发明提出了一种利用海水压缩空气蓄能的方法,将压缩气体置于海水深处,利用海水高压环境存储高压气体。当电网处于用电低谷时,将部分多余的风电驱动多级压气机***压缩空气、并将高压空气储存于海底,在用电高峰,释放海底的高压气体驱动燃气透平发电供给电网。这样就大大提高了风能的利用率与效益、同时也大幅提高了电网的安全性与稳定性。海水区域广大,不受空间限制,有足够的空间存储高压气囊。不需要昂贵的压缩气体存储装置,只需要将空气置于海底,依靠海水的压力便可产生高压气体,安全稳定。压缩气体时温度会升高,本发明可以利用海水进行冷却,提高了压缩效率和能量转化率。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种风电与海水压缩空气储能一体化装置,其特征在于,包括:
风电场(1)分别与压气机变压器(2)和电网相连,压气机变压器(2)与压气机***(3)、冷却换热器(4)、海底储气室(5)、控制器(12)、预热器(6)和燃烧室(7)依次串联,燃烧室(7)分别与燃料罐(8)和燃气透平(9)相连,燃气透平(9)连接发动机(10),发动机(10)与电网相连,控制器(12)分别与海底储气室(5)和预热器(6)相连接,控制气体释放量。
2.根据权利要求1所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置,其特征在于,所述海底储气室(5)固定在海底(11)。
3.根据权利要求1所述的一种风电与海水压缩空气储能一体化装置,其特征在于,燃气透平(9)与发电机(10)同轴相连。
4.根据权利要求1所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置,其特征在于,冷却换热器(4)是利用海水进行冷却换热的。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置,其特征在于,海底储气室(5)至少有一个。
6.一种基于权利要求1所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置的工作方法,其特征在于,包括4个步骤:
步骤1:风电场(1)发出风电,当电网能消纳时供用户使用;
步骤2:风电场(1)发出风电,当电网无法消纳时,将风电场(1)发出的多余电能输送给压气机变压器(2),绝热压缩过程产生的热量经过在海水中的低温海水的冷却吸收,冷却后的压缩空气储存在海底储气室(5)中;
步骤3:高压的压缩气体从储气室(5)中释放出来,通过控制器(12),调节气体释放,然后经过预热器(6),温度升高,与燃料罐(8)中的燃料混合进入燃烧室(7),燃烧室(7)产生高温高压的燃气推动燃气透平(9)做功,与燃气透平(9)同轴的发电机(10)发出电能;
步骤4:在电网处于用电高峰时期,将储存的压缩气体如步骤2和步骤3所述释放出来进行供电。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180420 |
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