一种热储能——发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使用方法技术方案

本发明专利技术提供了一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；还提出了一种热储能发电两级循环的风电功率平衡稳定系统的使用方法，利用储热物质从固态到液态将吸收大量潜热的特性，使风力充足时的风电能量转换成相变热能进行储存，储热系统始终保持在备用状态，可以大幅度提高储热密度，减少储热温度变化幅度，提高热点转化效率，降低补偿稳定系统造价，同时有利于在风电场分散式布置，可提高响应速度，降低电网备用容量的成本。

A Power Balance Stabilization System for Wind Power with Two-stage Cycle of Thermal Energy Storage and Power Generation and Its Application Method

The invention provides a distributed wind power balance and stabilization system with two-stage cycle of thermal energy storage power generation, which is applied to wind power generation system. It also includes a distributed power compensation power generation device parallel to the outlet of wind power generation unit using phase change heat storage technology in isolation package. Thermal storage cycle unit, thermal expansion power generation cycle unit and measurement control unit are also proposed. A method of using two-stage cycle wind power balance and stabilization system for thermal storage power generation is also proposed. By utilizing the characteristics of thermal storage material absorbing a large amount of latent heat from solid to liquid, the wind energy quantity when the wind power is sufficient is converted into phase change heat energy. Storage and keeping the heat storage system in standby state can greatly increase the heat storage density, reduce the change range of heat storage temperature, improve the efficiency of hot spot conversion, and reduce the cost of compensation and stabilization system. At the same time, it is conducive to the decentralized layout of wind farms, and can improve the response speed and reduce the cost of power grid standby capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种热储能——发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使用方法
本专利技术涉及清洁能源的开发利用领域，具体涉及一种热储能发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使用方法。
技术介绍
随着对清洁能源开发利用的意识增强，风力发电的规模也日趋增大，由于风力自身的间歇性和波动性，使风力发电功率无规律变化，对电网的运行影响也越来越大，不仅使风力发电机转动惯量减少，频率调节特性变差，而且可能引起电网电压波动和电压闪变，为了维持电网功率平衡和稳定，电网内不得不设置应对风电功率波动的备用容量，这些备用容量成了电网运行的额外成本。为了改善风力发电场功率输出的波动性，研究者们提出了包括超级电容、超导技术、大型蓄电池群阵、压缩空气、熔盐热能储能等多种技术，以期实现对风力发电功率以予补偿达到稳定。其中，超导储能技术有待高温超导体实用化，超级电容储能由于价格昂贵只适用于短时功率补偿，并不适用能量补偿，压缩空气储能、熔盐热能储能和抽水储能由于实时响应慢，难以满足风电功率频繁的波动变化需求，大型蓄电池群阵由于日常维护成本高，存在潜在的二次污染环保问题，而以往的熔盐热能储能技术主要利用了熔盐显热，不仅储热密度低，储热温度变化幅度大，投资高，而且存在冷凝后重启困难的缺点，此外大型热能储能设备需要占用大量土地，不仅因设备容量大而响应速度慢，还会给电网潮流控制带来困难。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种热储能——发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，目的是提供一种分布式的，在风力发电场就地实现功率波动平抑的技术，该系统利用物质从固态到液态相变中将吸收大量潜热的特性，使风力充足时的风电能量转化为热能储存，并保持在热备用状态，在风力发电不足时，通过回路切换，重新提储存的取热能发电，以补偿风力发电因风力减弱而缺失的功率。以在风电场内削峰填谷自我平衡的方式，利用变相储热技术，缩小储热和放热温差，以较高热转换效率解决对风力发电功率补偿不稳定，风力发电场功率输出的波动性大，难以满足风力发电功率频繁的波动变化需求，发电不稳定的问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉、相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器、旁通管路、汇流换向阀、导热工质增压泵、加压补液槽以及导热循环泵；所述蒸发换热器包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉通过管路依次与相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器的加热侧、旁通管路、汇流换向阀和导热循环泵连接并回到导热工质加热炉构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉的一侧通过导线连接至风力发电机的出线端，导热工质加热炉的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀与导热循环泵的连接段通过管路与导热工质增压泵的一端连接，导热工质增压泵的另一端通过管路与加压补液槽连接；所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器的蒸发侧、膨胀机、功率补偿发电机、升压变压器、回热换热器、冷凝换热器、冷源循环泵、双向泵、工质贮液箱、以及膨胀工质循环泵，所述回热换热器包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器的冷却侧、冷凝换热器的冷凝侧以及膨胀工质循环泵连接，经过回热换热器的加热侧的管路连接回到蒸发换热器的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机通过机械轴与功率补偿发电机连接，冷凝换热器的冷却侧与冷源循环泵连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器与膨胀工质循环泵的连接段通过管路与双向泵连接，所述双向泵的另一端通过管路与工质贮液箱连接；所述测量控制单元包含主控制器以及与主控制器相连的风力发电机机端检测器、导热工质加热炉控制器、导热循环泵控制器、导热工质增压泵控制器、膨胀工质循环泵控制器、双向泵控制器、冷源循环泵控制器、功率补偿发电机机端检测器以及输电网检测器，所述主控制器的输出还与功率补偿发电机的控制端相连，所述风力发电机机端检测器的输入与风力发电机的输出相连，所述风力发电机机端检测器采集风力发电机运行的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器与导热工质加热炉相连，所述导热循环泵控制器与导热循环泵相连，所述导热工质增压泵控制器还与导热工质增压泵相连，所述膨胀工质循环泵控制器与膨胀工质循环泵相连，所述双向泵控制器与双向泵控相连，所述冷源循环泵控制器与冷源循环泵相连，所述功率补偿发电机机端检测器的输入与功率补偿发电机的输出相连，输电网检测器的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器采集功率补偿发电机运行的电气参数信号，所述输电网检测器采集输电网运行的电气参数信号。本专利技术还提出了一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统的使用方法，包含以下步骤:A、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号对导热工质加热炉控制器发出动作指令，启动导热工质加热炉将风电功率高于电网负荷所需功率的部分施加于导热工质加热炉内，对导热工质进行加热成为高温导热工质，高温导热工质在导热循环泵的作用下进入相变储热箱，与相变储热箱内封装的固液相变储热物质进行热交换，将热量传递于固液相变储热物质后降温，经分流换向阀、旁通管路和汇流换向阀流入导热循环泵，经导热循环泵驱动再次回到导热工质加热炉，完成一次加热储热循环；B、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号，向导热工质加热炉发出停止加热导热工质的指令，同时调整分流换向阀和汇流换向阀的流向，使导热工质吸收封装的相变物质散热后从相变储热箱流出后进入蒸发换热器，加热蒸发换热器另一侧的蒸发膨胀工质使其蒸发，导热工质在蒸发换热器内释放热量降温后，沿管路回到导热循环泵，导热循环泵驱动导热工质经过导热工质加热炉再次回到相变储热箱，完成一次储热放热循环；C、所述导热工质增压泵在主控制器的指令下，经导热工质增压泵控制器的调节，向加热储热循环管路增压，保持加热储热循环管路中的压力高于导热工质的饱和汽化压力，防止导热工质在高温中蒸发汽化；D、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，膨胀机、功率补偿发电机、膨胀工质循环泵在主控制器的指令下停止工作；E、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器发出指令启动膨胀工质循环泵，使高压低温液态膨胀工质进入回热换热器预热后，沿管路进入蒸发换热器，蒸发膨胀工质在蒸发换热器内吸收加热侧导热工质传递的热量，蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，其特征在于：还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉、相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器、旁通管路、汇流换向阀、导热工质增压泵、加压补液槽以及导热循环泵；所述蒸发换热器包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉通过管路依次与相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器的加热侧、旁通管路、汇流换向阀和导热循环泵连接并回到导热工质加热炉构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉的一侧通过导线连接至风力发电机的出线端，导热工质加热炉的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀与导热循环泵的连接段通过管路与导热工质增压泵的一端连接，导热工质增压泵的另一端通过管路与加压补液槽连接；所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器的蒸发侧、膨胀机、功率补偿发电机、升压变压器、回热换热器、冷凝换热器、冷源循环泵、双向泵、工质贮液箱、以及膨胀工质循环泵，所述回热换热器包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器的冷却侧、冷凝换热器的冷凝侧以及膨胀工质循环泵连接，经过回热换热器的加热侧的管路连接回到蒸发换热器的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机通过机械轴与功率补偿发电机连接，冷凝换热器的冷却侧与冷源循环泵连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器与膨胀工质循环泵的连接段通过管路与双向泵连接，所述双向泵的另一端通过管路与工质贮液箱连接；所述测量控制单元包含主控制器以及与主控制器相连的风力发电机机端检测器、导热工质加热炉控制器、导热循环泵控制器、导热工质增压泵控制器、膨胀工质循环泵控制器、双向泵控制器、冷源循环泵控制器、功率补偿发电机机端检测器以及输电网检测器，所述主控制器的输出还与功率补偿发电机的控制端相连，所述风力发电机机端检测器的输入与风力发电机的输出相连，所述风力发电机机端检测器采集风力发电机运行的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器与导热工质加热炉相连，所述导热循环泵控制器与导热循环泵相连，所述导热工质增压泵控制器还与导热工质增压泵相连，所述膨胀工质循环泵控制器与膨胀工质循环泵相连，所述双向泵控制器与双向泵控相连，所述冷源循环泵控制器与冷源循环泵相连，所述功率补偿发电机机端检测器的输入与功率补偿发电机的输出相连，输电网检测器的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器采集功率补偿发电机运行的电气参数信号，所述输电网检测器采集输电网运行的电气参数信号。...

【技术特征摘要】
1.一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，其特征在于：还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉、相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器、旁通管路、汇流换向阀、导热工质增压泵、加压补液槽以及导热循环泵；所述蒸发换热器包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉通过管路依次与相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器的加热侧、旁通管路、汇流换向阀和导热循环泵连接并回到导热工质加热炉构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉的一侧通过导线连接至风力发电机的出线端，导热工质加热炉的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀与导热循环泵的连接段通过管路与导热工质增压泵的一端连接，导热工质增压泵的另一端通过管路与加压补液槽连接；所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器的蒸发侧、膨胀机、功率补偿发电机、升压变压器、回热换热器、冷凝换热器、冷源循环泵、双向泵、工质贮液箱、以及膨胀工质循环泵，所述回热换热器包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器的冷却侧、冷凝换热器的冷凝侧以及膨胀工质循环泵连接，经过回热换热器的加热侧的管路连接回到蒸发换热器的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机通过机械轴与功率补偿发电机连接，冷凝换热器的冷却侧与冷源循环泵连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器与膨胀工质循环泵的连接段通过管路与双向泵连接，所述双向泵的另一端通过管路与工质贮液箱连接；所述测量控制单元包含主控制器以及与主控制器相连的风力发电机机端检测器、导热工质加热炉控制器、导热循环泵控制器、导热工质增压泵控制器、膨胀工质循环泵控制器、双向泵控制器、冷源循环泵控制器、功率补偿发电机机端检测器以及输电网检测器，所述主控制器的输出还与功率补偿发电机的控制端相连，所述风力发电机机端检测器的输入与风力发电机的输出相连，所述风力发电机机端检测器采集风力发电机运行的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器与导热工质加热炉相连，所述导热循环泵控制器与导热循环泵相连，所述导热工质增压泵控制器还与导热工质增压泵相连，所述膨胀工质循环泵控制器与膨胀工质循环泵相连，所述双向泵控制器与双向泵控相连，所述冷源循环泵控制器与冷源循环泵相连，所述功率补偿发电机机端检测器的输入与功率补偿发电机的输出相连，输电网检测器的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器采集功率补偿发电机运行的电气参数信号，所述输电网检测器采集输电网运行的电气参数信号。2.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述导热工质包含水合成导热油、矿物导热油、硅氧导热脂、熔融盐中的一种或两种以上的稳定混合物。3.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述相变储热箱中封装的固液相变储热物质包含联苯、联苯醚、多氯联苯、siloxanes、熔融盐、熔融相变合金中的一种或两种以上的稳定混合物。4.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述膨胀工质包含水、芳烃类有机物、烷烃类有机物、烯烃类有机物、氢氟烃类有机物、氢碳氟烃类有机物、siloxanes中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：江卫，
申请(专利权)人：江卫，
类型：发明
国别省市：重庆,50