[發明專利]一種帶海底壓縮空氣儲能的海上風力發電系統

在審

• 申請號: 201710949346.X
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107559146A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 陳新明;申建汛;劉鑫;史紹平;沈明強;黃寧波;閆姝;穆延非;張波;秦曄
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;華能如東八仙角海上風力發電有限責任公司
• 主分類號: F03D9/17
• 分類號: F03D9/17;F03D13/25;F01D15/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于風力發電和儲能技術領域，特別涉及一種帶海底壓縮空氣儲能的海上風力發電系統。

背景技術

風力發電是水力發電以外的最具有潛力的可再生能源發電技術。近年來，風力發電在我國得到了飛速的發展，截止2016年，我國累計風電裝機容量已經達到了1.68億千瓦，成為名副其實的風電大國。

由于風能具有一定的隨機性，風電的穩定性較差，風力發電機組的功率由風速大小決定而不能根據電網負荷需求進行隨意的調節,因此，常規風電需要一定的其它形式的如水電、火電等形式的發電機組來進行配合調峰，這就對電網調峰造成了一定的負擔，當風電場發電負荷超出電網輸送調節能力的時候，只能進行限電棄風，造成大量風電機組容量和風資源的浪費。我國各地電網存在不同程度的棄風現象，在風電裝機規模較大的地區尤其嚴重。今后我國各地風電裝機容量還會進一步發展，電網對風電的接納能力急需進一步的提高，加強對風電技術的研究，提升風電本身的調節能力是解決風電不穩定問題的一個重要解決辦法。

與此同時，我國經歷了多年的陸上風電的快速發展，陸上的優質風資源區域大部分已經開發殆盡，海上風電正在逐步起步和蓬勃發展。由于海上風速較大，不受障礙物和地表粗糙度的影響，風速風向更加穩定，湍流較小，并且靠近陸上電力消費中心，因此海上風電開發價值極大。我國已經建成灘涂、潮間帶以及近海多個海上風電場，今后風電還將向更遠更深海域進軍。而深海海域的風力發電機組將不再采用直接深入海床的樁基礎，而是采用漂浮式基礎，目前在歐洲已經有了設置于水深在一百至兩百米范圍的漂浮式海上風力發電機組樣機并取得了成功，大型商用漂浮式海上風力發電場也在規劃和建設中。這說明海上風電技術已經開始走向大力發展的快車道。而海上風電裝機容量上來以后，同樣會面臨發電負荷不穩定和電網調峰問題，因此急需一種先進的解決方法。

發明內容

為了克服上述現有技術中風電不穩定調峰困難等缺點，本發明的目的在于提供一種帶海底壓縮空氣儲能的海上風力發電系統，利用海底高壓環境儲存壓縮空氣進行儲能，可以實現海上風電機組的負荷自調節功能，增強風電的穩定性和可靠性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種帶海底壓縮空氣儲能的海上風力發電系統，其特征在于，包括海上風力發電機組，空氣壓縮及膨脹發電單元以及海底高壓空氣儲能裝置，當所述海上風力發電機組發電超過電網需求時，利用富余的電能驅動空氣壓縮及膨脹發電單元的空氣壓縮機，向海底高壓空氣儲能裝置充入高壓空氣；當所述當電網負荷增大而海上風力發電機組負荷不能滿足電網需求時，釋放海底高壓空氣儲能裝置內的高壓空氣，經空氣壓縮及膨脹發電單元的膨脹機做功帶動發電機發電，以提高向電網提供的電力負荷。

所述海底高壓空氣儲能裝置內的空氣壓力與其所處深度處的海水壓力相同。

所述海上風力發電機組為漂浮式大型海上風力發電機組，采用塔筒式支架和浮筒式支撐底座，包括風機葉輪及發電系統、風機塔筒、筒式浮力艙和錨鏈，風機葉輪及發電系統安裝在風機塔筒上，風機塔筒安裝在筒式浮力艙上，筒式浮力艙懸浮于海水中。

所述風機塔筒內部與筒式浮力艙連通，檢修人員可以通過海面以上的塔筒艙門進入浮筒倉內進行檢修作業。

所述筒式浮力艙底部有配重塊，利用重心位置保持風機塔筒垂直于海平面，在筒式浮力艙外部連接錨鏈，錨鏈另一端固定于海床，錨鏈為風機基礎提供一定的固定張力，使風機位置保持固定，不會因為洋流和潮水發生移動。

所述空氣壓縮及膨脹發電單元位于筒式浮力艙中，包括低壓側空氣管道，所述風機塔筒內安裝有通風管，通風管上端連接至海平面以上的大氣，下端延伸至筒式浮力艙內部與低壓側空氣管道相連，低壓側空氣管道與壓縮/膨脹機相連，壓縮/膨脹機與高壓側空氣管道相連，壓縮/膨脹機的旋轉軸與電動/發電機相連，高壓側空氣管道上設置閥門，高壓側空氣管道向下從筒式浮力艙底部穿出，連接至海底高壓空氣儲能裝置內。

壓縮/膨脹機、電動/發電機同軸相連，垂直布置。在儲能過程，壓縮/膨脹機作為壓縮機使用，電動/發電機作為電動機使用，在發電過程，壓縮/膨脹機作為膨脹機使用，電動/發電機作為發電機使用。

所述海底高壓空氣儲能裝置包括柔性罩殼，柔性罩殼設置在地基板上方，充氣時形成儲氣室，地基板中埋設有導氣管，導氣管連通儲氣室內外，所述高壓側空氣管道與壓縮空氣導管相連，壓縮空氣導管向海底延伸，與導氣管相連。