一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统及控制方法，将水下储能发电沉箱、换流站、压缩气囊结合置于海水中，利用海上风力发电峰谷电，通过水下储能发电沉箱排水储能吸进空气，进水发电压缩气体，以及利用压缩气体密度大、释放时携带低温气体特性，为换流站提供换热。依据各舱室已知的电压、电场、温度环境需求，基于巴森定律和半透膜分子筛虑氧装置滤出氧气功能，通过控制带逆止阀的除湿器与带控制阀的半透膜分子筛虑氧装置的实时协调配合，实现个舱室的压力和温度精准控制。本发明专利技术的换流站置于海水中，充分利用海水的压力、密封特点与水下储能发电沉箱结合，避免换流站气压温度的变化、设备的腐蚀和换热设备海洋生物的寄生。物的寄生。物的寄生。

【技术实现步骤摘要】
一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统及控制方法


[0001]本专利技术属于可再生发电领域，具体涉及一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着海上风电快速发展，远深海风电稳健的快速推进，由于考虑距离岸较远电力输送的效率问题，在海上安装换流站。由于风力发电的不稳定因素和换流站置于海洋环境中，其供电的稳定性、电气设备防腐、绝缘耐压、散热是保证可靠工作的关键要素。然而对于风力发电的稳定支撑，目前的技术多采用电池储能、抽水蓄能等方式，电池储能的火灾给换流站增添新的隐患，而抽水蓄能基于地形、地质和环境要求，给风力发电的稳定提出新的难题。
[0003]换流站置于海洋环境中，腐蚀和海洋生物寄生将影响换流站使用寿命，尤其换热器多采用导热性能好的材料制成，如利用海水换热，那么换热器浸没在海水中腐蚀尤为严重，即使采用很多新型涂料，但保护能力依然有限。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统及控制方法，多安全要素包括：电源、绝缘、散热、防火等，将水下储能发电沉箱、换流站、压缩气囊结合置于海水中，利用海上风力发电峰谷电，通过水下储能发电沉箱排水储能吸进空气，进水发电压缩气体，以及利用压缩气体密度大、释放时携带低温气体特性，为换流站提供散热。依据各舱室已知的电压、电场、温度环境需求，基于巴森定律和半透膜分子筛虑氧装置滤出氧气功能，通过控制带逆止阀的除湿器与带控制阀的半透膜分子筛虑氧装置的实时协调配合，实现个舱室的压力和温度精准控制。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，包括水下储能发电沉箱、压缩气囊、换流站、富氧舱、管道支撑单元、平台；所述水下储能发电沉箱、换流站、压缩气囊、富氧舱置于水体中；
[0007]水下储能发电沉箱置于水体底部，并锚定于水体底部；换流站置于水下储能发电沉箱上面空间，通过管道支撑单元相互连接，充分利用换流站的重量对水下储能发电沉箱增加重量，减少水下储能发电沉箱的锚定拉力；压缩气囊置于换流站与水下储能发电沉箱中间，靠近换流站底部；压缩气囊上部分别通过嵌入安装在换流站底部的多个带减压阀的除湿器与换流站内部气体连通，以及通过压缩气体输出管道与水下储能发电沉箱上部连接，建立压缩气体通道；
[0008]富氧舱位于换流站顶部，并通过嵌入安装在换流站顶部的半透膜分子筛虑氧装置与换流站气体连通；
[0009]平台置于富氧舱上部位于海面，通过管道支撑单元与连接；
[0010]所述的管道支撑单元为四根中空的钢筋水泥柱，对浸没水体换流站的电源、绝缘、散热、防火综合保护系统支撑，同时钢筋水泥柱中空又兼顾管道功能，包括压缩气体输出管道、进气管道、进排水管道和排气管道，都垂直固定安装在水下储能发电沉箱四角，并与水下储能发电沉箱内壁和水下沉箱底连接，除压缩气体输出管道以外都贯穿固定在换流站、富氧舱并与平台固定连接。
[0011]进一步地，排气管道贯穿平台、富氧舱、换流站和水下储能发电沉箱，内部安装电梯或攀爬梯，并具有排气和提供人员进出各舱室通道，分别在对应平台、富氧舱、换流站和水下储能发电沉箱的底部都安装有平台门、富氧舱门、换流站门和水下储能发电沉箱门，在手动/自动的控制下打开或关闭各个门；电梯不工作时，处于排气管道内的顶部，不会对气体进出造成影响。
[0012]进一步地，在压缩气体输出管道靠近水下储能发电沉箱内上部位置，嵌入安装有带逆止阀的除湿器，在压缩气体输出管道上部侧面与压缩气囊一侧连接，建立水下储能发电沉箱与压缩气囊的气体通道；压缩气体输出管道的顶部与换流站底部连接，提供浸没水体换流站的电源、绝缘、散热、防火综合保护系统的支撑作用。
[0013]进一步地，进排水管道底部与安装在水下储能发电沉箱内部靠近底部的抽水/水轮发电一体机一端连接，进排水管道顶部与平台底部固定连接，同时进排水管道可对平台的支撑，在进排水管道上部安装有进排水口，置于上层水体水平面的下面；其中，进排水管道的进排水口置于上层水体水平面下面，在海水低潮水位时保证抽水/水轮发电一体机发电供水，同时考虑生态保护，不对水体底部水生态扰动。
[0014]进一步地，进气管道顶部穿过平台，在进气管道进气口处嵌入安装有空气逆止阀,进气管道在水下储能发电沉箱内部靠近顶部有进气管道出气口，在水下储能发电沉箱排水储能过程中空气逆止阀打开，水下储能发电沉箱内部经进气管道进气口和进气管道出气口吸进空气，在水下储能发电沉箱发电时，空气逆止阀关闭，水头压力使水下储能发电沉箱进水，对水下储能发电沉箱内的大气压缩。
[0015]进一步地，所述的水下储能发电沉箱包括水下沉箱、吸力锚舱和抽水/水轮发电一体机；其中，抽水/水轮发电一体机，包括抽水机和水轮发电机。
[0016]吸力锚舱位于水下沉箱底的下部，为无底舱体结构与水下沉箱结构一体化连接，吸力锚舱与水下沉箱底中间位置开有排水孔，基于吸力锚原理，将吸力锚舱嵌入海床内，由此将水下沉箱固定在海床上。抽水/水轮发电一体机安放在水下沉箱内部靠近底部，抽水/水轮发电一体机一端与水下沉箱内部连通，另一端与固定安装在水下沉箱内壁的进排水管道一端连接；在水下沉箱内上面分别与进气管道出气口和压缩气体输出管道连通，在抽水/水轮发电一体机排水储能的同时水下沉箱内通过进气管道吸进气体，在水下沉箱发电时水头压力驱动抽水/水轮发电一体机的水轮机对水下沉箱注水，同时水下沉箱内的气体被压缩，被压缩的气体通过压缩气体输出管道和管道上的带逆止阀的除湿器，将水下沉箱内的压缩气体压缩到气囊中。抽水/水轮发电一体机的电源与换流站对应的电源连接。
[0017]进一步地，所述的压缩气囊包括气囊、换热器；
[0018]其中，气囊为扁平长方体形状,除底部具有弹性外其它部分均为刚性结构，弹性结构具有一定的导热性，位于换流站下面；压缩气体输出管道上部侧面与气囊一侧连通，水下储能发电沉箱的压缩气体，经带逆止阀的除湿器通过压缩气体输出管道压缩到气囊中；
[0019]换热器置于气囊中间，换热器与换流站的热源连接，换热器将通过压缩气体热传导将换流站的热源散出。其中气囊刚性结构部分主要是确保换热器换热的可靠性，当气囊底部损害，气囊刚性结构部分在压缩气体的压力下，排出水体，仍能承载压缩气体，只是压缩气体的容量被限定。
[0020]进一步地，压缩气囊上面与换流站底部对应的带减压阀的除湿器连通；
[0021]所述的换流站分为高压舱室、控制柜舱室和监控舱室，三者相对密封隔离；
[0022]高压舱室、控制柜舱室和监控舱室底部对应安装有带减压阀的除湿器，每个带减压阀的除湿器另一端与压缩气囊上面连通，压缩气囊内的压缩气体经带减压阀的除湿器进一步除湿，并依据巴森定律、电压和电场强度，分别控制带减压阀的除湿器为每个舱室提供最佳的气体压力，保证每个舱室最佳绝缘特性和温度的调控；
[0023]高压舱室、控制柜舱室通过舱室上部嵌入安装的带控制阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，包括水下储能发电沉箱、压缩气囊、换流站、富氧舱、管道支撑单元、平台；所述水下储能发电沉箱、换流站、压缩气囊、富氧舱置于水体中；水下储能发电沉箱置于水体底部，并锚定于水体底部；换流站置于水下储能发电沉箱上面空间，通过管道支撑单元相互连接，充分利用换流站的重量对水下储能发电沉箱增加重量，减少水下储能发电沉箱的锚定拉力；压缩气囊置于换流站与水下储能发电沉箱中间，靠近换流站底部；压缩气囊上部分别通过嵌入安装在换流站底部的多个带减压阀的除湿器与换流站内部气体连通，以及通过压缩气体输出管道与水下储能发电沉箱上部连接，建立压缩气体通道；富氧舱位于换流站顶部，并通过嵌入安装在换流站顶部的半透膜分子筛虑氧装置与换流站气体连通；平台置于富氧舱上部位于海面，通过管道支撑单元与连接；所述的管道支撑单元为四根中空的钢筋水泥柱，对浸没水体换流站的电源、绝缘、散热、防火综合保护系统支撑，同时钢筋水泥柱中空又兼顾管道功能，包括压缩气体输出管道、进气管道、进排水管道和排气管道，都垂直固定安装在水下储能发电沉箱四角，并与水下储能发电沉箱内壁和水下沉箱底连接，除压缩气体输出管道以外都贯穿固定在换流站、富氧舱并与平台固定连接。2.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，排气管道贯穿平台、富氧舱、换流站和水下储能发电沉箱，内部安装电梯或攀爬梯，并具有排气和提供人员进出各舱室通道，分别在对应平台、富氧舱、换流站和水下储能发电沉箱的底部都安装有平台门、富氧舱门、换流站门和水下储能发电沉箱门，在手动/自动的控制下打开或关闭各个门；电梯不工作时，处于排气管道内的顶部，不会对气体进出造成影响。3.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，在压缩气体输出管道靠近水下储能发电沉箱内上部位置，嵌入安装有带逆止阀的除湿器，在压缩气体输出管道上部侧面与压缩气囊一侧连接，建立水下储能发电沉箱与压缩气囊的气体通道；压缩气体输出管道的顶部与换流站底部连接，提供浸没水体换流站的电源、绝缘、散热、防火综合保护系统的支撑作用。4.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，进排水管道底部与安装在水下储能发电沉箱内部靠近底部的抽水/水轮发电一体机一端连接，进排水管道顶部与平台底部固定连接，同时进排水管道可对平台的支撑，在进排水管道上部安装有进排水口，置于上层水体水平面的下面；其中，进排水管道的进排水口置于上层水体水平面下面，在海水低潮水位时保证抽水/水轮发电一体机发电供水，同时考虑生态保护，不对水体底部水生态扰动。5.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，进气管道顶部穿过平台，在进气管道进气口处嵌入安装有空气逆止阀,进气管道在水下储能发电沉箱内部靠近顶部有进气管道出气口，在水下储能发电沉箱排水储能过程中空气逆止阀打开，水下储能发电沉箱内部经进气管道进气口和进气管道出气口吸进空气，在水下储能发电沉箱发电时，空气逆止阀关闭，水头压力使水下储能发电沉箱内进水，对水下储能发电沉箱内的大气压缩。
6.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，所述的水下储能发电沉箱包括水下沉箱、吸力锚舱和抽水/水轮发电一体机；吸力锚舱位于水下沉箱底的下部，为无底舱体结构与水下沉箱结构一体化连接，吸力锚舱与水下沉箱底中间位置开有排水孔，基于吸力锚原理，将吸力锚舱嵌入海床内，由此将水下沉箱固定在海床上；抽水/水轮发电一体机安放在水下沉箱内部靠近底部，抽水/水轮发电一体机一端与水下沉箱内部连通，另一端与固定安装在水下沉箱内壁的进排水管道一端连接；在水下沉箱内上面分别与进气管道出气口和压缩气体输出管道连通，在抽水/水轮发电一体机排水储能的同时水下沉箱内通过进气管道吸进气体，在水下沉箱发电时水头压力驱动抽水/水轮发电一体机的水轮机对水下沉箱注水，同时水下沉箱内的气体被压缩，被压缩的气体通过压缩气体输出管道和管道上的带逆止阀的除湿器，将水下沉箱内的压缩气体压缩到气囊中；抽水/水轮发电一体机的电源与换流站对应的电源连接。7.根据权利要求1所述的一种浸没水体换流站多安全要素综合保护系统，其特征在于，所述的压缩气囊包括气囊、换热器；其中，气囊为扁平长方体形状，除底部具有弹性外其它部分均为刚性结构，弹性结构具有一定的导热性，位于换流站下面；压缩气体输出管道上部侧面与气囊一侧连通，水下储能发电沉箱的压缩气体，经带逆止阀的除湿器通过压缩气体输出管道压缩到气囊中；换热器置于气囊中间，换热器与换流站的热源连接，换热器将通过压缩气体热传导将换流站的热源散出。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，曹国恩，赵勇，霍晨，陈卓，王一波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：