深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置及工作方法与流程

本发明涉及深远海域海上风电技术领域，特别涉及一种深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置及工作方法。

背景技术：

随着制造业的不断发展，我国的能源需求不断增大，而化石能源终究会枯竭，人们对于可再生能源的探索越来越多。风力发电是一种技术相当成熟的可再生能源，已得到快速发展。而且风能作为一种清洁能源，对环境无污染，有利于推广。

相比于陆地，海面上的风力资源更加丰富。近年来，海上风力发电场的建设越来越多，但大多都在近岸区域，会影响近岸海域经济效益的发挥。对于离岸深海地区，建设海上风力发电厂不仅不占用土地资源，而且不影响近岸海域其他功能的发挥，未来海上风力发电必然会向离岸深海海域进发。

我国幅员辽阔，海岸线漫长，总长度达3.2万公里，而且我国东部海岸多为季风气候，海上风力资源非常丰富。我国东部沿海地区经济发达，土地宝贵，没有大片的土地用来发展陆上风力发电，海上风力发电前景广阔。

在海上建设风力发电，最大的挑战就是如何固定装置，目前常用的基础有单桩、多桩、重力式、吸力式、漂浮式基础，但在离岸深海区域，无法将基础固定于海底，只有漂浮式基础适用。

海上风力发电面临的另一个问题是，受环境、风速、风向等因素的影响，发电的输出功率呈现浮动变化，输出电量的峰值、时间间隔都是随机变化的。当并入电网时，可能会导致电网频率出现偏差、电压波动、闪变等问题。而电网的负荷也是在不断变化的，用电高峰和低峰的用电量差别非常大。

因此，如何安全、高效地将风电并入电网，是未来海上风力发展所要解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置。

本发明的另一个目的在于提出一种深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法，该工作方法通过在电网低负荷时抽水蓄能，在电网高负荷时风力发电机和水泵水轮机同时发电，缓解风力发电输出功率不稳定对电网的影响，提高电能利用率。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置，包括：风力发电机塔柱、抽水蓄能装置和浮力装置，其中，所述抽水蓄能装置包括风力发电机和水泵水轮机；所述浮力装置，用于支撑所述风力发电机塔柱，所述浮力装置包括第一真空钢罐和第二真空钢罐，所述第一真空钢罐和所述第二真空钢罐通过连接桥连接，且所述第一真空钢罐的侧壁和所述第二真空钢罐侧壁上分别装有所述水泵水轮机，以在用电低峰时，利用所述风力发电机发的电带动所述水泵水轮机反向转动，将两个真空钢罐内的水抽出，进行抽水蓄能，在用电高峰时，通过大气压作用将外部海水压入所述两个真空钢罐，带动所述水泵水轮机发电，使所述风力发电机和所述水泵水轮机同时向电网供电。

本发明实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置，在用电低峰时，可以将用电低峰时“多余”的电能储存，防止电能浪费；还可以在用电高峰时，水泵水轮机发电，将储存的电能释放，提高电能的利用率，同时，通过抽水蓄能能够对电网起调节作用，保证电网运行效率的同时，提高海上风力发电对电网的适应性。

另外，根据本发明上述实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置还可以具有以下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述第一真空钢罐的底部和所述第二真空钢罐的底部通过联通管连通，以保持所述两个真空钢罐内部水面一致，保证所述浮力装置稳定

在本发明的一个实施例中，所述第一真空钢罐和所述第二真空钢罐为胶囊形。

在本发明的一个实施例中，所述两个真空钢罐随其内部水的多少上下浮动。

在本发明的一个实施例中，所述两个真空钢罐上下浮动时，必须预设最大充水量，以防止充水过多而沉没。

在本发明的一个实施例中，所述风力发电机塔柱与所述连接桥中间相连。

在本发明的一个实施例中，所述水泵水轮机安装在真空钢罐靠近所述连接桥的一侧，以减少外部海水的冲刷。

在本发明的一个实施例中，还包括：系泊装置，所述系泊装置设置于所述浮力装置的四角，以连接所述浮力装置和海底，使得所述风力发电与抽水蓄能联合装置保持在预定位置上。

在本发明的一个实施例中，还包括：控制器，用于当在用电低峰时，接通所述风力发电机与所述水泵水轮机，所述风力发电机带动所述水泵水轮机的反向转动，将所述两个真空钢罐内部的水抽出，进行抽水蓄能，当在用电高峰时，打开所述水泵水轮机的阀门，使外部海水进入所述两个真空钢罐，带动所述水泵水轮机正向转动发电。

为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法，采用上述实施例所述的装置，其中，方法包括以下步骤：检测当前用电状况；当在用电低峰时，所述水泵水轮机起抽水作用，利用所述水泵水轮机反向转动抽出两个真空钢罐内的水，进行抽水蓄能；以及当在用电高峰时，所述水泵水轮机起发电作用，通过大气压作用将外部海水压入所述两个真空钢罐，带动所述水泵水轮机发电，使所述风力发电机和所述水泵水轮机同时向电网供电。

本发明实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法，在用电低峰时，可以将用电低峰时“多余”的电能储存，防止电能浪费；还可以在用电高峰时，水泵水轮机发电，将储存的电能释放，提高电能的利用率，同时，通过抽水蓄能能够对电网起调节作用，保证电网运行效率的同时，提高海上风力发电对电网的适应性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置结构示意图；

图2为根据本发明实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置及工作方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置。

图1是本发明一个实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置结构示意图。

如图1所示，该深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置10包括：风力发电机塔柱100、抽水蓄能装置200(图中未标出)和浮力装置300(图中为标出)。

其中，抽水蓄能装置200包括风力发电机201和水泵水轮机202。浮力装置300，用于支撑风力发电机塔柱100，浮力装置300包括第一真空钢罐301和第二真空钢罐302，第一真空钢罐301和第二真空钢罐302通过连接桥400连接，且第一真空钢罐301的侧壁和第二真空钢罐302侧壁上分别装有水泵水轮机202，以在用电低峰时，利用风力发电机201发的电带动水泵水轮机202反向转动，将两个真空钢罐内的水抽出，进行抽水蓄能，在用电高峰时，通过大气压作用将外部海水压入两个真空钢罐，带动水泵水轮机202发电，使风力发电机201和水泵水轮机202同时向电网供电。

需要说明的是，连接桥400中间连接风力发电机塔柱100，风力发电机201与浮力装置300通过风力发电机塔柱100连接，使得浮力装置300中的钢罐远离风力发电机201，防止风力发电机的桨叶在高速旋转下划破真空钢罐。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一真空钢罐301和第二真空钢罐302为胶囊形，以提高浮力装置300的稳定性。

可以理解的是，本发明实施例中的钢罐内部为真空的，使得外部海水可以在大气压作用下进行真空钢罐。

进一步地，在本发明的一个实施例中，两个真空钢罐随其内部水的多少上下浮动。

也就是说，在“蓄能”和“发电”的过程中，真空钢罐内的水位会不断变化，整个装置的自重和所受到的浮力也会随之变化，装置会上下浮动，当需要上连接桥400进行检修时，可向真空钢罐充水使其下沉。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当真空钢罐上下浮动时，必须规定钢罐的最大充水量，防止充水过多而沉没。

也就是说，在真空钢罐内水位变化的过程中，要保证整个装置能够浮在水面上，不能因真空钢罐内部充水过多而沉没，必须规定最大充水量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一真空钢罐301的底部和第二真空钢罐302的底部通过联通管500连通，以保持两个真空钢罐内部水面一致，进而提高浮力装置的稳定性。

需要说明的是，本发明实施例中的联通管500应采用柔性管，防止微小变形下的脆弱破坏。

具体而言，为了保证整个装置的稳定性，浮力装置300为两个通过连接桥400连接在一起的胶囊形真空钢罐。两个胶囊形真空钢罐的底部通过联通管500连通，以保证其内部水面一致，避免因两个真空钢罐中水量不同而失衡。优选地，联通管500应为柔性管，防止在海水冲刷或两个真空钢罐微小错动下脆性断裂。

进一步地，在本发明的一个实施例中，水泵水轮机202安装在真空钢罐靠近连接桥400的一侧，以减少外部海水的冲刷，也能方便通过连接桥400进行维修。

也就是说，为了方便检修水泵水轮机202，应将其安装在两个真空钢罐靠近连接桥400一侧，检修人员可通过连接桥400对其进行检修，这样安装也可以减小外部海水对水泵水轮机202的冲刷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：系泊装置600，系泊装置设置于浮力装置300的四角，以连接浮力装置300和海底，使得风力发电与抽水蓄能联合装置保持在预定位置上。

需要说明的是，系泊装置应连接在浮力装置300四个角的同一高度处，以提高漂浮装置的稳定性，且系泊装置600的缆绳长度应该适当，既要保证在“蓄能”和“发电”的过程中真空钢罐有上下浮动的空间，又要对装置的稳定性起作用。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：控制器700(在图中并未标出)，用于当在用电低峰时，接通风力发电机201与水泵水轮机202，风力发电机201带动水泵水轮机202的反向转动，将两个真空钢罐内部的水抽出，进行抽水蓄能，当在用电高峰时，打开水泵水轮机202的阀门，使外部海水进入两个真空钢罐，带动水泵水轮机202正向转动发电。

例如，当用电低峰时，控制器接通风力发电机201和水泵水轮机202，风力发电机发电201带动水泵水轮机202反向转动，抽出真空钢罐内部的海水，将“多余”的电能转化为大气压力势能和水的势能储存起来；当用电高峰时，控制器打开水泵水轮机202的阀门，使外部海水进入真空钢罐时，带动水泵水轮机转动，将势能转化成电能。

下面对本发明实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置具体安装过程及其工作原理进行说明。

在岸上工厂加工真空钢罐，安装水泵水轮机202，将两个真空钢罐连接在一起并通过联通管500连通，在连接桥400上安装风力发电机塔柱100和风力发电机201。岸上安装完成后将整个装置放入大海中，拖运至目标海域，将真空钢罐与系泊装置600相连。全部安装完成后，将风力发电装置接入电网，当在用电低峰时，水泵水轮机202起抽水作用，可利用风力发电机201发的部分或全部的电带动水泵水轮机202反向转动将真空钢罐内部的水抽出，进行抽水蓄能；当在用电高峰时，水泵水轮机202起发电作用，外部海水在大气压作用下进入真空钢罐的同时带动水泵水轮机202正向转动进行发电，水泵水轮机202和风力发电机201可同时向电网供电，保证用电高峰时电网的正常运行。

综上，本发明实施例与相关技术相比，本发明实施例至少具有以下有效效果：一，浮力装置采用两个胶囊形真空钢罐，中间用连接桥连接，漂浮装置的面积较大，可以保证真空钢罐内部水较少情况下装置的稳定性。二，将浮力装置的钢罐内部设置成真空，在用电低峰时，利用风力发电机发出的电能将水从真空钢罐中抽出，进行抽水蓄能；在用电高峰时，外部海水在大气压作用下进入真空钢罐，带动水泵水轮机正向转动进行发电，风力发电机和水泵水轮机可同时向电网供电。该装置可以将用电低峰时“多余”的电能储存，防止电能浪费；该装置可以在用电高峰时，水泵水轮机发电，将储存的电能释放，提高电能的利用率。通过抽水蓄能，该装置能够对电网起调节作用，保证电网运行效率的同时，提高海上风力发电对电网的适应性。

根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置，在用电低峰时，可以将用电低峰时“多余”的电能储存，防止电能浪费；还可以在用电高峰时，水泵水轮机发电，将储存的电能释放，提高电能的利用率，同时，通过抽水蓄能能够对电网起调节作用，保证电网运行效率的同时，提高海上风力发电对电网的适应性。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法。

图2是本发明一个实施例的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法流程图。

如图2所示，该深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法，采用上述实施例的装置，其中，包括以下步骤：

在步骤s201中，检测当前用电状况。

在步骤s202中，当在用电低峰时，水泵水轮机202起抽水作用，利用水泵水轮机202反向转动抽出两个真空钢罐内的水，进行抽水蓄能。

在步骤s203中，当在用电高峰时，水泵水轮机202起发电作用，通过大气压作用将外部海水压入两个真空钢罐，带动水泵水轮机202发电，使风力发电机201和水泵水轮机202同时向电网供电。

需要说明的是，前述对根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置实施例的解释说明也适用于该方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置的工作方法，在用电低峰时，可以将用电低峰时“多余”的电能储存，防止电能浪费；还可以在用电高峰时，水泵水轮机发电，将储存的电能释放，提高电能的利用率，同时，通过抽水蓄能能够对电网起调节作用，保证电网运行效率的同时，提高海上风力发电对电网的适应性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。