基于温差能并结合风电场弃风的风电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，包括：风电场、太阳能集热装置、电能装置保温装置模块、包含低沸点工质的存储器、气态工质上升管道、冷凝及储存装置、液态工质下降管道、涡轮发电机和升压变压器；其中，风电场用于将风能转换为电能以便为电能装置保温装置模块提供电能；太阳能集热装置用于利用太阳能加热存储器中的低沸点工质以使低沸点工质变为气态；气态工质上升管道一端连接存储器而且另一端连接冷凝及储存装置；冷凝及储存装置利用冷媒来冷凝气态工质并收集存储冷凝成液体的工质；其中，气态工质上升管道外围包裹电能装置保温模块；冷凝及储存装置外表包裹电能装置保温模块。
【专利说明】
基于温差能并结合风电场弃风的风电系统
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电设备领域、电力系统一次设备领域以及基础物理领域，更具体地说，本发明涉及一种基于温差能并结合风电场弃风的风电系统。
【背景技术】
[0002]风能发电或者风力发电。属于可再生能源，清洁能源。风力发电是风能利用的重要形式，风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源。风电技术装备是风电产业的重要组成部分，也是风电产业发展的基础和保障。
[0003]我国风能资源丰富的地区多集中在西北地区和东南部地区海上。风能的不定量性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动性的，一段时间内无法并入电网运行。一些风能资源丰富地区出现了风电机组限功率运行，风电机组不能并入电网等现象。尤其是海上风电场，一些建设完成的风电场由于投入成本和技术水平等原因甚至不能并网，导致风电场“弃风”现象。另外，因为电能的产生和消耗是同时进行的，电能不易被储存，如果发电机发出的电能不能被使用的话也会对发电设备、电网、以及负荷造成影响。尤其是在夜间负荷消耗的功率较小时，由于风电场本身存在的局限性，风电机组发出的电能和负荷消耗的电能存在“逆差”，只能将风电机组关停，造成“弃电”。
[0004]随着经济社会的不断发展，电力需求越来越大，电力系统规模不断扩大，电网复杂程度不断增加，对电力供应的可靠性和电能质量要求越来越高；另一方面，人类面临的能源、环境和气候问题日益突出，推广清洁能源、可再生能源的国际呼声不断加大。大容量储能技术能够在一定程度上满足上述需求，因此近年来引起了广泛关注。目前来看储能技术主要有以下几个方面，然而都存在弊端。
[0005]电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式主要分为物理、电磁、电化学三大类型。
[0006]1、物理储能
[0007]⑴抽水蓄能是利用电能与水的势能转变，将电网负荷低谷时的多余电能，转变为电网高峰时的高价值电能，提高系统中火电站和核电站的效率。其特点是储存能量大，但建设周期长，且对地理条件有特殊要求。
[0008]⑵压缩空气储能在负荷低谷时利用电力将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞等地下洞穴内，在需要时释放压缩的空气，再添加燃气发电。但其造价昂贵并且对地理条件有特殊要求。
[0009]⑶飞轮储能是在储能时由电动机带动飞轮旋转，直至达到设计的转速，放电时由飞轮靠惯性带动发电机输出电能。飞轮储能系统的特点是寿命长、无污染，但飞轮储能的能量密度较低，且为了减小能量损耗，需将飞轮和电机放置在真空度较高的环境中。
[0010]2、电磁储能
[0011]⑴超导储能是利用超导体制成的线圈存储磁场能量，具有响应速度快，转换效率高等特点。目前超导储能十分昂贵，包括超导体本身的费用和维持低温所需的费用。
[0012]⑵超级电容器的极板为活性炭材料，充放电时无化学反应，多用于高峰值功率、低容量的场合，但生产工艺复杂，造价相对较高。
[0013]3、电化学储能
[0014]电化学储能是目前进步较快的储能技术之一，除铅酸、镍氢等常规电池技术外，还包括液流、钠硫、锂离子电池等大容量蓄电池储能技术，但其生产过程对于环境产生大量污染，并且电池报废或者效率降低后的处理也是一个函需解决的问题。
[0015]因此，上述储能方式都多多少少存在一些弊端。
【发明内容】
[0016]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，能够有效地提高风能利用率，并可大规模储存电能。
[0017]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，包括:风电场、太阳能集热装置、电能装置保温装置模块、包含低沸点工质的存储器、气态工质上升管道、冷凝及储存装置、液态工质下降管道、涡轮发电机和升压变压器；其中，风电场用于将风能转换为电能以便为电能装置保温装置模块提供电能;太阳能集热装置用于利用太阳能加热存储器中的低沸点工质以使低沸点工质变为气态;气态工质上升管道一端连接存储器而且另一端连接冷凝及储存装置;冷凝及储存装置利用冷媒来冷凝气态工质并收集存储冷凝成液体的工质；其中，气态工质上升管道外围包裹电能装置保温模块;冷凝及储存装置外表包裹电能装置保温模块;冷凝及储存装置连接液态工质下降管道；在液态工质下降管道中安装有涡轮发电机，而且涡轮发电机连接升压变压器，从而涡轮发电机在液态工质从高处流下时利用液态工质的重力势能推动涡轮发电机将重力势能转化为电能，而且电能经升压变压器升压后输送给电网。
[0018]优选地，电能装置保温模块的包裹高度为120米以上。
[0019]优选地，在气态工质上升管道与冷凝及储存装置之间的连接部安装有用于阻断的阀门。
[0020]优选地，在冷凝及储存装置与液态工质下降管道之间的连接部安装有用于阻断的阀门。
[0021 ]优选地，低沸点工质是氟利昂。
[0022]优选地，低沸点工质的沸点小于(TC。
[0023]优选地，低沸点工质的沸点小于-25°C。
[0024]优选地，所述风电系统用于实现水产养殖的风光互补供氧。
[0025]优选地，风电场将电场弃风产生的电能转化为热能提供给电能装置保温装置模块。
[0026]与现有技术相比，本发明的风电系统使得能够利用风电场弃风作为低沸点工质在气态时的保温系统的供给能源，可以在用电低谷时期或者在风电场的电力因为种种原因不能上网时，启动本储能装置将装置中的液态低沸点工质蒸发为气态顺着设计好的管道上升至冷凝模块，同时保温系统工作消耗不能上网的风电。在用电高峰期时，切断电源，停止保温系统工作，气态工质液化，在管道中下降冲击涡轮发电机发电。整个过程实现所述的新型储能方式。
[0027]本发明提供了一种全新的储能理念，并且解决了风电场的“弃风问题”，而且提高了能源的利用效率，为建设资源友好型、能源环保性社会贡献了一部分力量。
【附图说明】
[0028]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0029]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统的系统结构图。
[0030]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0032]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统的系统结构图。
[0033]如图1所示，根据本发明优选实施例的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统包括:风电场101、太阳能集热装置102、电能装置保温装置模块103、包含低沸点工质的存储器104、气态工质上升管道105、冷凝及储存装置106、液态工质下降管道107、涡轮发电机108和升压变压器109。
[0034]例如，在具体实施例中，低沸点工质可以定义为沸点小于预定温度(例如，所述预定温度介于0°C和_25°C之间)的工质。例如，低沸点工质是氟利昂或其它任何适当材料。
[0035]优选地，低沸点工质的沸点小于O0C。进一步优选地，低沸点工质的沸点小于-25Γ。
[0036]其中，风电场101将风能转换为电能以便为电能装置保温装置模块103提供电能。例如，在用电低谷时期部分风电得不到上网，可以将电能转化为热能为保温装置提供能量。
[0037]优选地，风电场101将电场弃风产生的电能转化为热能提供给电能装置保温装置模块103。
[0038]太阳能集热装置102用于利用太阳能加热存储器104中的低沸点工质以使低沸点工质变为气态;在工作过程中，太阳能集热装置102利用太阳能加热蒸发低沸点工质，蒸发过程中该工质存在一个密闭装置(存储器104)中，该装置联通气态工质上升管道105。
[0039]具体地，气态工质上升管道105—端连接存储器104而且另一端连接冷凝及储存装置 106。
[0040]冷凝及储存装置106利用空气(高空的冷空气)或者其他冷媒来冷凝气态工质并收集存储冷凝成液体的工质。
[0041]其中，气态工质上升管道105外围包裹电能装置保温模块103(优选地，电能装置保温模块103的包裹高度为120米以上)；而且，冷凝及储存装置106外表同样包裹电能装置保温模块103(优选地，电能装置保温模块103的包裹高度为120米以上)。由此，可以通过控制电能装置保温模块103进而控制工质的气态液态状态转变。
[0042]同时，在气态工质上升管道105与冷凝及储存装置106之间的连接部安装有用于阻断的阀门。
[0043]冷凝及储存装置106连接液态工质下降管道107。在冷凝及储存装置106与液态工质下降管道107之间的连接部同样有用于阻断的阀门以阻断二者间的联系。
[0044]在液态工质下降管道107中安装有涡轮发电机108，而且涡轮发电机108连接升压变压器109，从而涡轮发电机108在液态工质从高处流下时利用液态工质的重力势能推动涡轮发电机将重力势能转化为电能，而且电能经升压变压器109升压后输送给电网110。
[0045]例如，在具体实施时，本发明还可以包括用于连接蒸发模块和冷凝模块的连接管道模块、以及包含滤波、升压变压器等设备的电能处理输送模块等。
[0046]在本发明较佳实施例中，例如，本发明将风电场1I因为种种原因产生的弃风在电力使用的波谷时分，启动该套装置，从而将多余电能转化为热能提供给保温装置，太阳能蒸发器将低沸点工质大量蒸发，使其气化通过例如高达120米的管道上升至冷凝及储存装置里。此刻，由电力使用低谷时刻的电能转化为热能提供保温作用，使其维持在气体状态。而当电力使用到达波峰时刻，保温装置停止工作，工质由气体转换为液体，通过液体工质下降管道冲击管道中的涡轮发电机发电，经升压变压器升压后，电能输送回电网。从而实现了电能的存储。
[0047]本发明提供的应用实例适用于远离负荷中心的大规模风电场中，目前随着风电产业的不断发展，风电场的装机规模在一步步加大，然而电网对于风电这种不稳定的电能的消纳程度是有限的，所以在一定情况下就会产生弃风现象和需要增加热备用等情况。然而，如果有该新型储能方式和风电场共同运行，就能在很大程度上解决这个问题。提高电力系统的稳定性以及提高风电机组的发电效率。
[0048]综上所述，本发明是一种基于温差能并结合风电场弃风的新型储能方式，利用工质气态液态的转变以及重力势能与电能的转换实现了电能的存储，为电能存储这个研究课题提供了新的思路，为电力系统的运行安全提供了一定的保障，同时提高了风能资源的综合利用率。
[0049]例如，根据本发明优选实施例的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统的系统可用于实现水产养殖的风光互补供氧。
[0050]与现有技术相比，本发明利用风电场弃风作为低沸点工质在气态时的保温系统的供给能源，在用电低谷时期或者在风电场的电力因为种种原因不能上网时，启动本储能装置将装置中的液态低沸点工质蒸发为气态顺着设计好的管道上升至冷凝模块，同时保温系统工作消耗不能上网的风电。在用电高峰期时，切断电源，停止保温系统工作，气态工质液化，在管道中下降冲击涡轮发电机发电。整个过程实现所述的新型储能方式。
[0051]本发明提供了一种全新的储能理念，并且解决了风电场的“弃风问题”，而且提高了能源的利用效率，为建设资源友好型、能源环保性社会贡献了一部分力量。电能作为一种方便便捷的能源越拉越多的被各个领域使用，然而电能有“即发即用”的特性，大规模的电能存储一直是个难题。本发明如果大规模应用，可解决电能的存储问题，并可以“削峰填谷”，同时，本发明还利用了风电领域存在的弃风问题，使风电的利用率得到进一步的提升，提高了经济效益。
[0052]此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0053]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于包括:风电场、太阳能集热装置、电能装置保温装置模块、包含低沸点工质的存储器、气态工质上升管道、冷凝及储存装置、液态工质下降管道、涡轮发电机和升压变压器;其中，风电场用于将风能转换为电能以便为电能装置保温装置模块提供电能;太阳能集热装置用于利用太阳能加热存储器中的低沸点工质以使低沸点工质变为气态;气态工质上升管道一端连接存储器而且另一端连接冷凝及储存装置;冷凝及储存装置利用冷媒来冷凝气态工质并收集存储冷凝成液体的工质;其中，气态工质上升管道外围包裹电能装置保温模块;冷凝及储存装置外表包裹电能装置保温模块;冷凝及储存装置连接液态工质下降管道;在液态工质下降管道中安装有涡轮发电机，而且涡轮发电机连接升压变压器，从而涡轮发电机在液态工质从高处流下时利用液态工质的重力势能推动涡轮发电机将重力势能转化为电能，而且电能经升压变压器升压后输送给电网。2.根据权利要求1所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，电能装置保温模块的包裹高度为120米以上。3.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，在气态工质上升管道与冷凝及储存装置之间的连接部安装有用于阻断的阀门。4.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，在冷凝及储存装置与液态工质下降管道之间的连接部安装有用于阻断的阀门。5.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，低沸点工质是氣利昂。6.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，低沸点工质的沸点小于o°c。7.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，低沸点工质的沸点小于_25°C。8.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，所述风电系统用于实现水产养殖的风光互补供氧。9.根据权利要求1或2所述的基于温差能并结合风电场弃风的风电系统，其特征在于，风电场将电场弃风产生的电能转化为热能提供给电能装置保温装置模块。
【文档编号】F01D15/10GK106089325SQ201610464122
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】王袤野, 张延迟, 张笙瑞, 金曦, 吕辉
【申请人】上海电机学院