带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构及使用方法与流程

本发明涉及海上风力发电领域，尤其涉及带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构及使用方法。

背景技术：

1、在过去十年中，中国迅速发展成为一个主要的海上风电市场，并在2021年超过英国，成为世界上最大的海上风电生产国。到2022年下半年，中国的海上风电装机容量将增长12％。在海上风电迅速发展的同时也面临着诸多挑战，其中由于风力发电自身的特点，风速存在随机性和间歇性，使得风力发电系统输出存在较大的波动，而海上风力产生的电能又是一种难以存储的能量，往往会造成风力发电同供电需求不匹配的情况。因此，如何提高风力发电机供电的稳定性，解决可再生能源大规模接入和弃风的关键技术，减小风电并网给电网系统带来的冲击，是海上风电技术领域急需解决的一个难题。2022年2月发布的相关文件提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件。其中指出，促进大规模海上风电开发消纳，结合广东、福建、江苏、浙江、山东等地区大规模海上风电基地开发，开展海上风电配置新型储能研究，降低海上风电汇集输电通道的容量需求，提升海上风电消纳利用水平和容量支撑能力。

2、目前储能可分为机械储能、电化学储能和电磁储能三类。其中机械储能最常用的为抽水蓄能和压缩空气蓄能。

3、相比电化学、电磁和压缩空气储能，抽水蓄能具有技术成熟，负荷响应速度快，调节能力好，成本底、寿命长等优点，其效率一般可达到65％～75％，最高可达80％～85％。同时可以利用丰富的海水资源。但是抽水蓄能往往存在系统复杂，规模投资额巨大的问题，而且在海洋环境中又增加了建设的难度。

4、另外，单桩基础通常作为风力发电设备的支撑结构，其结构为底部开口的结构，在单桩基础贯入海床底后，原有位置的海水、海底淤泥以及生物会继续留在单桩基础的内部，使得基础内部处于一个密封的环境，这将进一步促进厌氧菌的新陈代谢，并产生大量的腐蚀性气体。而腐蚀性气体中富含硫化氢、二氧化硫、氨气等，从而腐蚀塔筒内的电气和机械设备，甚至影响运维人员的健康问题。目前这已经成为单桩基础普遍存在的一个难点。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为了解决现有技术的上述问题，本发明提供带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构及使用方法。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的一种技术方案包括：带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构，包括：

5、单桩基础，所述单桩基础内部设有储水腔体，所述单桩基础上部设有风力发电设备，所述风力发电设备与电网相连通；

6、排气通道，所述排气通道设置于所述储水腔体的上部，所述排气通道内设有排气阀；

7、进水管，所述进水管设置于所述储水腔体的下部，所述进水管内设有进水阀，所述进水管的进水路径中设有水泵；

8、出水管，所述进水管设置于所述储水腔体的下部，所述出水管内设有出水阀，所述出水管的出水路径中设有水轮发电机，所述水轮发电机与所述电网相连通；

9、控制器，所述控制器分别与所述风力发电设备、排气阀、进水阀和出水阀电连接。

10、为了达到上述目的，本发明采用的另一种技术方案包括：带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构的使用方法，控制器接收风力发电设备发送过来的供电信号，判断所述风力发电设备的供电状态：

11、若所述供电状态为正常状态，所述控制器控制排气阀、进水阀和出水阀均为开启状态，所述控制器控制所述风力发电设备以额定电能向电网供电；

12、若所述供电状态为过剩状态，所述控制器控制所述风力发电设备以额定电能向所述电网供电，将多余的部分电能传输给水泵为其供电，所述控制器控制所述进水阀、水泵和排气阀为开启状态，以及控制所述出水阀为关闭状态，以进行抽水蓄能作业，抽水蓄能完成后，所述控制器控制进水阀、水泵和排气阀为关闭状态；

13、若所述供电状态为不足状态，所述控制器控制所述风力发电设备将其全部电能向所述电网供电，所述控制器控制所述进水阀为关闭状态，以及控制所述排气阀和出水阀为开启状态，通过储水腔体内存储的水体向出水管排水驱动水轮发电机进行发电，所述控制器控制水轮发电机与所述风力发电设备一同向所述电网供电。

14、(三)有益效果

15、本发明的有益效果是：

16、1、将风力发电和海水储能进行有效结合。当风力发电供大于求时，即供电状态为过剩状态下时，将产生的部分电能转换为海水势能在单桩基础内进行储能；当风力发电供小于求时，即供电状态为不足状态下时，将海水势能转换为电能，水轮发电机与风力发电设备同步工作。依此方法可以有效降低风力发电不稳定给电网造成的冲击。

17、2、利用单桩基础结构进行储能。单桩基础是目前国内海上风电应用最广范的基础形式，占比80％左右，单桩基础本身具有较大的发展前景。同时单桩基础结构型式简单，同时置于大气区和水下区，且内部不设置任何其他设备，空间巨大，具有实现抽水蓄能的天然优势。同时利用单桩基础结构本身作为抽水蓄能空间的载体，可以大大减少建设难度以及投资金额，具有很好的经济性。

18、3、通过利用抽水蓄能设备，可以有效实现桩内水体的循环，另外在单桩基础内部进行进水或出水的过程中，排气阀均处于开启状态，能够大大加速桩内气体与外部气体进行置换，减少厌氧菌的新陈代谢，保持桩内环境的清洁，避免产生大量的有害气体。因此，利用单桩基础进行抽水蓄能的同时，可以有效解决单桩基础内部存储大量害气体的问题。

技术特征：

1.带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构，其特征在于，所述单桩基础为管体结构，所述单桩基础内的上部和下部分别设有分隔板和隔水板，所述分隔板和隔水板之间形成所述储水腔体。

3.基于权利要求1的带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构的使用方法，其特征在于，控制器接收风力发电设备发送过来的供电信号，判断所述风力发电设备的供电状态：

技术总结
本发明涉及带抽水蓄能功能的海上风力发电单桩基础结构及使用方法，包括：单桩基础，单桩基础内部设有储水腔体，单桩基础上部设有风力发电设备，风力发电设备与电网相连通；排气通道，排气通道设置于储水腔体的上部，排气通道内设有排气阀；进水管，进水管设置于储水腔体的下部，进水管内设有进水阀，进水管的进水路径中设有水泵；出水管，进水管设置于储水腔体的下部，出水管内设有出水阀，出水管的出水路径中设有水轮发电机，水轮发电机与电网相连通；控制器，控制器分别与风力发电设备、排气阀、进水阀和出水阀电连接。基于风力发电设备的不同供电状态，可对海水势能进行存储或将其转化为电能，有效降低风力发电不稳定给电网造成的冲击。

技术研发人员：吕娜,何奔,杨辉,王义博,曾旭明,高鹏,石锐龙,俞晶晶,吕君,潘生贵,郑伟军
受保护的技术使用者：华东勘测设计院（福建）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16