[發明專利]用于平抑集群化風電場功率輸出波動的混合儲能系統

有效

• 申請號: 201310047479.X
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103114971A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 趙攀;戴義平;王江峰;王建永;李茂慶;李賽力
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于可再生能源利用領域，涉及一種用于平抑集群化風電場功率輸出波動的混合儲能系統。

【背景技術】

隨著傳統的煤、石油、天然氣等化石能源儲量的日益枯竭，以及化石燃料燃燒排放的溫室氣體問題日益嚴重，能源供應和環境保護已成為現階段制約社會經濟發展的瓶頸，開展可再生能源利用的相關研究刻不容緩。風力發電由于技術成熟且風能資源豐富，已經成為世界范圍內增長最快的可再生能源利用方式。近年來我國風電產業發展迅速，且具有風電電源基地裝機集群化、與負荷中心空間分布遠、風電功率輸出隨機性等特點。此外，風電基地網架結構薄弱，不能及時消納綠色的可再生風電能源，多數風電場處于空轉的棄風狀態，能量損失嚴重。同時，在電力系統運行中，發電、輸電、配電和用電等環節需時刻保持平衡。當風電容量在電網中所占比例很小時，上述特點不會對電力系統造成不利影響。但隨著風電并網容量的不斷增大，一旦風電穿透功率超過所在電網的極限比例，將對電力系統調度、電力市場運行、電能質量甚至電網的安全運行等方面帶來新的挑戰。因此，研究在高風電并網容量等級下的電力系統能量平衡新方法是解決集群化風電場并網問題的重要措施之一。

現階段解決風電并網問題的主要方法是使用獨立儲能裝置來平抑風電場功率輸出的波動。此種方法是在風電功率輸出大于電網負荷需求時，將多余風電能量儲存入獨立儲能裝置；而在風電功率輸出不能滿足電網負荷需求時，將儲存在獨立儲能裝置中的能量釋放出來，彌補電能需求的缺口。但是風電功率輸出的波動具有一定時間尺度分布特性。也就是說，風電功率的波動中包含有不同響應速度的分量，即快變分量和慢變分量。一般快變分量具有較小的變化幅度，而慢變分量具有較大的變化幅度。因此，使用特性較為單一的獨立儲能裝置來平抑風電功率波動的所有分量是不合理的。

發展風電產業是解決現階段常規能源供應與環境污染問題的有效途徑，但當風電并網容量超過所在電網的極限比例時，將對電力系統調度、電力市場運行、電能質量甚至電網的安全穩定運行等方面帶來嚴重影響。為了提高風電的并網容量等級，現有技術是使用獨立儲能裝置來平抑風電場的功率輸出波動。但是風電功率波動含有多個時間尺度的波動分量，而獨立儲能裝置的特性比較單一，因此很難匹配風電功率的實時波動。

本發明所涉及的由絕熱壓縮空氣儲能裝置和飛輪儲能裝置組成的混合儲能系統正是為了平抑風電功率波動的不同時間尺度分量而發明的，該發明可以有效抑制風電功率波動對電力系統的負面影響，防止由于風電功率波動而對風電進行限電、棄風等所造成的能量損失，提高風電場的能量利用效率。

【發明內容】

針對以上技術問題，本發明提供了一種用于平抑集群化風電場功率輸出波動的混合儲能系統，該混合儲能系統由慢變、大容量的絕熱壓縮空氣儲能裝置和快變、小容量的飛輪儲能裝置組成，分別用于平抑風電場輸出功率中的慢變分量和快變分量，從而達到對集群化風電場輸出功率波動的有效抑制，從而解決集群化風電場的并網問題。

為解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種用于平抑集群化風電場功率輸出波動的混合儲能系統，包括能量管理控制模塊，能量管理控制模塊的輸出端分別連接有絕熱壓縮空氣儲能裝置和飛輪儲能裝置，所述能量管理控制模塊的輸入端分別連接集群化風電場和負荷，所述飛輪儲能裝置根據負荷的需求儲存能量或者向負荷提供能量；所述絕熱壓縮空氣儲能裝置包括發電/電動機，所述發電/電動機通過第一聯軸器依次同軸連接有高壓壓氣機和低壓壓氣機，所述發電/電動機通過第二聯軸器依次同軸連接有高壓透平和低壓透平，所述高壓壓氣機和高壓透平之間連接有壓縮空氣儲氣容積。

作為本發明的優選實施例，所述高壓壓氣機和低壓壓氣機通過第一換熱器連接；

作為本發明的優選實施例，所述壓縮空氣儲氣容積和高壓壓氣機通過第二換熱器連接；

作為本發明的優選實施例，所述壓縮空氣儲氣容積和高壓透平通過第三換熱器連接；

作為本發明的優選實施例，所述低壓透平和高壓透平通過第四換熱器連接；

作為本發明的優選實施例，所述混合儲能系統進一步包括有冷態導熱油儲罐和熱態導熱油儲罐，所述冷態導熱油儲罐的輸出通過第一增壓泵分別與第一換熱器和第二換熱器的輸入相連，第一換熱器和第二換熱器的輸出匯合后與熱態導熱油儲罐相連，所述熱態導熱油儲罐的輸出通過第二增壓泵分別與第三換熱器和第四換熱器的輸入相連，第三換熱器和第四換熱器的輸出匯合后與冷態導熱油儲罐相連；