一种基于重力储能技术的海上风力发电系统的制作方法

本发明属于海上发电技术领域，涉及一种基于重力储能技术的海上风力发电系统。

背景技术：

海上风电作为可再生能源开发利用的重要方向之一，已成为全球风电发展的研究热点。我国海上风电发展前景十分广阔，在推进能源结构转型和承担环境保护升级任务中发挥了至关重要的作用。近五年来我国海上风电发展迅速，装机总量不断攀升，但是由于电网消纳有限，仍然存在部分弃风现象，造成能源浪费。而随着新能源占比不断提高，也给电网带来了巨大调峰调频压力，而储能和海上风力发电机相结合，可以把电网波谷时未消纳的电能利用储能技术储存起来，当电网波峰或者风量较小时发电，减少电力损失，并且电网频率和电压波动时可以辅助进行调峰调频。

目前常用的储能技术主要有电化学储能、压缩空气储能、重力储能和氢气储能等。由于海上风力发电机离陆地较远，电化学储能和氢气储能技术都存在一定的火灾风险，不易及时抢修，并且造价较高，寿命较短；压缩空气储能则需要大型空间进行空气压缩，海上风力发电机内部空间有限，而且转化效率较低。目前海上风力发电机趋于单机大容量发展，10mw的风力发电机的塔筒高度在百米以上，重力储能技术具有很大的优势，而且能量转化效率较高，使用寿命较长，因此需要开发一种系统及方法，该系统及方法能够利用重力储能技术实现海上风能的利用，同时辅助电网调峰调频。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于重力储能技术的海上风力发电系统，该系统能够有效利用海上风能，同时实现辅助电网调峰调频。

为达到上述目的，本发明所述的基于重力储能技术的海上风力发电系统包括转动轴、风机调速器齿轮箱、风力发电机、风力发电机变频器、风机并网开关、变压器、电网、储能开关、储能发电并网开关、储能电机变频器、储能电机、储能调速器齿轮箱及重力储能装置；

各风机叶片固定于转动轴的一端，转动轴的另一端经风机调速器齿轮箱与风力发电机的驱动轴相连接，风力发电机的输出端经风力发电机变频器、风机并网开关及变压器与电网相连接，储能开关的一端与风机并网开关与风力发电机变频器之间的线路相连接，储能发电并网开关的一端与风机并网开关与变压器之间的线路相连接，储能发电并网开关的另一端及储能开关的另一端经储能电机变频器与储能电机相连接，储能电机经储能调速器齿轮箱与重力储能装置相连接；

还包括储能电机控制系统及风力发电机控制系统，储能电机控制系统与风力发电机控制系统、储能电机变频器、储能电机及储能调速器齿轮箱相连接，风力发电机控制系统与风机调速器齿轮箱、风力发电机及风力发电机变频器相连接。

具体工作过程为：

风机叶片带动转动轴转动，传动轴通过风机调速器齿轮箱驱动风力发电机转动，当电网能够完全消纳风力发电机产生的电能时，风力发电机产生的电经风力发电机变频器变频，再经变压器调压后并入电网中；当电网不能够完全消纳风力发电机产生的电能时，风力发电机产生的电经风力发电机变频器变频后优先供给电网，同时将剩余的电经储能电机变频器调频后输入到储能电机中，储能电机带动储能调速器齿轮箱中的齿轮转动，储能调速器齿轮箱中的齿轮带动重力储能装置以重力势能的形式进行储能；风力发电机产生的电能不能够满足电网需求时，则风力发电机产生的电经风力发电机变频器变频，再经变压器调压后送入电网中，同时重力储能装置释放重力势能，将重力势能转换为动能，并通过储能调速器齿轮箱驱动储能电机工作，储能电机产生的电经储能电机变频器调频后，再经变压器调压，然后并入电网中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于重力储能技术的海上风力发电系统在具体操作时，风力发电机产生的电能不能够满足电网需求时，则将风力发电机产生的电能以及重力储能装置释放重力势能产生的电能并入电网中，当电网不能够完全消纳风力发电机产生的电能时，风力发电机产生的电能优先供给电网，同时将剩余的电能以重力势能的形式存储到重力储能装置中，以实现辅助电网调峰调频，同时实现海上风能的有效利用，避免出现弃风弃电的现象，实现储能和海上风力发电机的相结合。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为风机叶片、2为风机调速器齿轮箱、3为风力发电机、4为风力发电机变频器、5为变压器、6为电网、7为风力发电机控制系统、8为储能电机控制系统、9为储能电机变频器、10为储能电机、11为储能调速器齿轮箱、12为重力储能装置、13为风机并网开关、14为储能开关、15为储能发电并网开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于重力储能技术的海上风力发电系统包括转动轴、风机调速器齿轮箱2、风力发电机3、风力发电机变频器4、风机并网开关13、变压器5、电网6、储能开关14、储能发电并网开关15、风机并网开关13、储能电机变频器9、储能电机10、储能调速器齿轮箱11及重力储能装置12；各风机叶片1固定于转动轴的一端，转动轴的另一端经风机调速器齿轮箱2与风力发电机3的驱动轴相连接，风力发电机3的输出端经风力发电机变频器4、风机并网开关13及变压器5与电网6相连接，储能开关14的一端与风机并网开关13与风力发电机变频器4之间的线路相连接，储能发电并网开关15的一端与风机并网开关13与变压器5之间的线路相连接，储能发电并网开关15的另一端及储能开关14的另一端经储能电机变频器9与储能电机10相连接，储能电机10经储能调速器齿轮箱11与重力储能装置12相连接；

本发明还包括储能电机控制系统8及风力发电机控制系统7，储能电机控制系统8与风力发电机控制系统7、储能电机变频器9、储能电机10及储能调速器齿轮箱11相连接，风力发电机控制系统7与风机调速器齿轮箱2、风力发电机3及风力发电机变频器4相连接。

本发明的具体工作过程为：

风机叶片1带动转动轴转动，传动轴通过风机调速器齿轮箱2驱动风力发电机3转动，当电网6能够完全消纳风力发电机3产生的电能时，风力发电机3产生的电经风力发电机变频器4变频，再经变压器5调压后送入电网6中；

其中，风机叶片1通过转动轴与风机调速器齿轮箱2连接，经过风机调速器齿轮箱2调速后带动风力发电机3产生电能，风力发电机3产生的三相交流电通过风力发电机变频器4整流变频后变为电压为690v、频率为50hz的三相交流电，然后经变压器5升压后并入电网6。

风机调速器齿轮箱2的调速比例，风力发电机变频器4的变频大小均通过风力发电机控制系统7控制，同时通过风力发电机控制系统7获取风力发电机3产生的电能信息，然后发送至储能电机控制系统8中，储能电机控制系统8根据风机发电机产生的电能系统以及输入的电网6负荷信息，判断重力储能装置12释放或者储存重力势能，同时控制储能电机变频器9的变频大小，储能调速器齿轮箱11的调速比例。

当电网6不能够完全消纳风力发电机3产生的电能时，风力发电机3产生的电经风力发电机变频器4变频后优先供给电网6，同时将剩余的电经储能电机变频器9调频后输入到储能电机10中，储能电机10带动储能调速器齿轮箱11中的齿轮转动，储能调速器齿轮箱11中的齿轮带动重力储能装置12进行以重力势能的形式进行储能；

当电网6波峰或者风量较小，风力发电机3产生的电能不能够满足电网6需求时，则风力发电机3产生的电经风力发电机变频器4变频，再经变压器5调压后送入电网6中，同时重力储能装置12释放重力势能，并将重力势能转换为动能，通过储能调速器齿轮箱11驱动储能电机10工作，储能电机10产生的电经储能电机变频器9调频后，再经变压器5调压，然后送入电网6上。

其中，储能电机10产生的三相交流电通过储能电机变频器9整流变频后变为电压为690v、频率为50hz的三相交流电，然后变压器5升压后并入电网6。