一种海上风力发电机组及储能系统技术方案

本发明专利技术涉及风电储能技术领域，公开了一种海上风力发电机组及储能系统。一种海上风力发电机组包括设于风电机舱内的风电机组、空气压缩机组、空气膨胀机组、第一电动发电机和三合一电机，以及设于风电机舱外的联合储气装置；第一电动发电机和风电机组或空气压缩机组择一地连接；空气压缩机组和空气膨胀机组之间通过三合一电机同轴连接；联合储气装置包括设于塔筒内的第一储气装置和设于海上的第二储气装置；联合储气装置的输入端和空气压缩机组连接，联合储气装置的输出端和空气膨胀机组连接。本发明专利技术将压缩空气储能系统机电设备直接耦合风电机组，集成到海上风电机舱内，紧凑式布置的建设成本低；联合储气方法降低储气装置建设成本。设成本。设成本。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风力发电机组及储能系统


[0001]本专利技术涉及风电储能
，具体涉及一种海上风力发电机组及储能系统。

技术介绍

[0002]当前大规模风电并网过程中仍存在间歇性、波动性和不稳定性，特别是在沿海经济发达地区，高负荷用电需求和波峰波谷巨差导致电网调峰调频的压力激增，而风电等不稳定新能源加剧高比例消纳并网矛盾，亟需提高新能源自身消纳水平，实现分布式能源系统、区域级智能微电网、友好性源网荷储新型电力系统。
[0003]风电机组发电量跟不同风况(稳定风况、阵风风况以及渐变风况等)有关，导致其天然需配储能。现有的海上风机间接耦合压缩空气储能系统来调节响应电网波动负荷，风机和压缩空气储能系统分别与电网连接，“源
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储”连接方式均只靠“网”相连，各子系统布置分散，占用空间大，不利于降低海上风电成本和系统总成本。
[0004]目前海上风力发电机组间接耦合压缩空气储能系统的储气装置成本较高且能量容量和密度均较低，包括沿岸地下洞穴、沿岸人造硐室和沿岸地面储气装置。这类储气方式均占用沿岸昂贵土地，并且需要远距离输配电，建设成本和输配电成本高，且，其中地下洞穴包括盐穴、地下含水层、硬岩层洞穴、天然盐岩洞、废弃天然气或石油储气室，受地理条件限制。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种海上风力发电机组及储能系统，以解决以下技术问题中的至少一个：海上风机间接耦合压缩空气储能系统，布置分散、建设成本高；压缩空气储能系统储气装置成本高。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种海上风力发电机组，包括设于风电机舱内的风电机组、空气压缩机组、空气膨胀机组、第一电动发电机和三合一电机，以及设于风电机舱外的联合储气装置；第一电动发电机具有第一输入轴和第一输出轴，第一输入轴通过第一离合器和风电机组连接，第一输出轴和空气压缩机组连接；空气压缩机组和空气膨胀机组之间通过三合一电机同轴连接；三合一电机包括第二输出轴和第二输入轴，第二输出轴通过第二离合器和空气压缩机组连接，第二输入轴通过第三离合器和空气膨胀机组连接；联合储气装置包括设于塔筒内的第一储气装置和设于海上的第二储气装置，第一储气装置和第二储气装置的内腔连通；联合储气装置的输入端和空气压缩机组连接，联合储气装置的输出端和空气膨胀机组连接。
[0007]利用本专利技术实施例提供的海上风力发电机组，具有以下优点：
[0008]1、将压缩空气储能系统的空气压缩机组、空气膨胀机组直接嵌入海上的风电机舱内，使得海上的风电机组和压缩空气储能系统直接耦合，结构紧凑，占用空间小，降低海上的风电机组和压缩空气储能系统的建设成本。
[0009]2、通过第一电动发电机、第一离合器将空气压缩机组和风电机组耦合，第一电动
发电机的电源可以是电网电源，也可以是风电机组的电源，使得“源
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储”连接方式不只靠“网”相连，压缩空气储能系统可以和源侧风电场电源直接就近耦合，能够实现分布式储能和区域性微电网，靠近沿海负荷中心，降低输配电成本。空气压缩机组由第一电动发电机驱动，第一电动发电机由电网电源供电或风电场电源供电，取决于电网需求，通过控制第一离合器的通断来实现。
[0010]3、空气压缩机组和空气膨胀机组之间通过三合一电机同轴连接，一方面能够减少多轴连接带来的机电转化损耗，提高能量转化效率，另一方面，有利于提高系统集成水平和空间利用率，节约建设和运维成本，达到降本增效的效果。三合一电机通过第二离合器和空气压缩机组连接，可作为电动机驱动空气压缩机组压缩空气；或通过第三离合器和空气膨胀机组连接，用作发电机，带动空气膨胀机组膨胀发电；或作为调相机，在电网电压下降时增加无功输出，在电网电压上升时吸收无功功率，维持电网电压，提高系统稳定性，改善系统供电质量。
[0011]4、压缩空气储能系统中，通过联合储气，即利用塔筒自身类管线钢储罐结构提供第一储气装置，在海上设置第二储气装置，第一储气装置结合第二储气装置，耦合后提高储能容量和密度，相比于传统的利用沿海的地下洞穴，不受地理条件限制，不占用沿海昂贵的陆地成本，缩短输电距离，降低建设成本和输电成本。可根据不同储能需求，合理配比第一储气装置和第二储气装置的储气容量。
[0012]作为一种可选的实施方式，塔筒包括沿轴向连接的多个塔筒节，第一储气装置设于至少一个塔筒节内，或，第一储气装置为至少一个塔筒节。
[0013]作为一种可选的实施方式，塔筒包括套装的外筒体和内筒体，第一储气装置设于外筒体和内筒体之间的空腔中，或外筒体和内筒体之间的空腔作为第一储气装置。
[0014]作为一种可选的实施方式，第二储气装置包括设于水下的刚性储罐，刚性储罐的内腔和第一储气装置的内腔连通。
[0015]作为一种可选的实施方式，第二储气装置包括柔性气囊，柔性气囊的内腔和第一储气装置的内腔连通。
[0016]作为一种可选的实施方式，刚性储罐连接有排水装置和吸水装置。
[0017]作为一种可选的实施方式，排水装置和吸水装置集成设置，包括相互连接的发电电动机和可逆式水泵水轮机，水泵水轮机通过内部进出水管路和刚性储罐连接。
[0018]作为一种可选的实施方式，柔性气囊和塔筒之间通过升降机构连接，升降机构包括固定设于塔筒上的第一滑轮组、固定设于海底的第二滑轮组以及连接于第一滑轮组和第二滑轮组之间的绳索，柔性气囊连接于绳索上，第一滑轮组连接有第二电动发电机。
[0019]作为一种可选的实施方式，风电机舱内还设有缓冲罐，缓冲罐适于存储液态或超/跨临界状态的空气；缓冲罐和联合储气装置连通，缓冲罐的输入端和空气压缩机组连接，缓冲罐的输出端和空气膨胀机组连接。
[0020]第二方面，本专利技术还提供了一种储能系统，包括电网以及以上技术方案中任一项的海上风力发电机组，第一电动发电机和三合一电机均与电网可控地电连接，空气压缩机组和联合储气装置的输入端之间通过储能管路连接，空气膨胀机组和联合储气装置的输出端之间通过释能管路连接。
[0021]储能时，利用电网负荷低谷多余电能转化为机械能，进而转为空气的压力势能和
热能分别存储于储气装置和储热子系统中；释能时，高压高温空气的势能和内能转化为机械能，进而转为电能对外输出削峰。
[0022]作为一种可选的实施方式，空气压缩机组和空气膨胀机组之间设有公共换热装置，公共换热装置包括用于流通压缩空气的第一换热通道、用于流通膨胀空气的第二换热通道以及用于流通换热工质的第三换热通道，第一换热通道连接于储能管路中，第二换热通道连接于释能管路中。
[0023]作为一种可选的实施方式，海上风力发电机组设有多个，第二储气装置设有多个，任意数量的第一储气装置和任意数量的第二储气装置连接。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风力发电机组，其特征在于，包括设于风电机舱(100)内的风电机组(1)、空气压缩机组(2)、空气膨胀机组(3)、第一电动发电机(4)和三合一电机(5)，以及设于风电机舱(100)外的联合储气装置(6)；所述第一电动发电机(4)具有第一输入轴和第一输出轴，所述第一输入轴通过第一离合器(7)和所述风电机组(1)连接，所述第一输出轴和所述空气压缩机组(2)连接；所述空气压缩机组(2)和所述空气膨胀机组(3)之间通过三合一电机(5)同轴连接；所述三合一电机(5)包括第二输出轴和第二输入轴，所述第二输出轴通过第二离合器(8)和所述空气压缩机组(2)连接，所述第二输入轴通过第三离合器(9)和所述空气膨胀机组(3)连接；所述联合储气装置(6)包括设于塔筒(10)内的第一储气装置(601)和设于海上的第二储气装置(602)，所述第一储气装置(601)和所述第二储气装置(602)的内腔连通；所述联合储气装置(6)的输入端和所述空气压缩机组(2)连接，所述联合储气装置(6)的输出端和所述空气膨胀机组(3)连接。2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组，其特征在于，所述塔筒(10)包括沿轴向连接的多个塔筒节(1001)，所述第一储气装置(601)设于至少一个所述塔筒节(1001)内，或，所述第一储气装置(601)为至少一个所述塔筒节(1001)；或，所述塔筒(10)包括套装的外筒体(1002)和内筒体(1003)，所述第一储气装置(601)设于所述外筒体(1002)和所述内筒体(1003)之间的空腔中，或所述外筒体(1002)和所述内筒体(1003)之间的空腔作为所述第一储气装置(601)。3.根据权利要求1或2所述的海上风力发电机组，其特征在于，所述第二储气装置(602)包括设于水下的刚性储罐(6021)，所述刚性储罐(6021)的内腔和所述第一储气装置(601)的内腔连通；或，所述第二储气装置(602)包括柔性气囊(6022)，所述柔性气囊(6022)的内腔和所述第一储气装置(601)的内腔连通。4.根据权利要求3所述的海上风力发电机组，其特征在于，所述刚性储罐(6021)连接有排...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志华，谢宁宁，蔺新星，丁若晨，钟舸宇，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：