[發明專利]階梯式虛擬抽水蓄能電站

在審

• 申請號: 201910383363.0
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110158552A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 姜彤;崔巖;張璐路;陳紫薇;傅昊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: E02B9/00
• 分類號: E02B9/00;E02B9/06;F03B13/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于電力儲能領域的一種階梯式虛擬抽水蓄能電站，高壓水池、低壓水池和緩沖液壓池引出壓強不等的水頭端口，壓強不等的各水頭端口通過液體管道與抽蓄發電單元相連；緩沖液壓池的內部壓強通過穩壓策略控制，以保證各水頭端口間的壓強恒定。本發明采用虛擬抽蓄技術在高水頭需求下進行水頭的合理拆分，降低能量損失，降低設備的制造難度；采用緩沖液壓池設計穩定水頭端口壓強，配合多種穩壓調節形式，提升電站運行的穩定性；根據抽蓄發電單元中水力設備的運行特性，合理設置水頭端口壓強，或根據水頭端口壓強設定，合理選擇水力設備，保證電站運行的高效率；電站設備分布集中，便于集約控制，集中化管理。

技術領域

本發明屬于電力儲能技術領域，具體為一種階梯式虛擬抽水蓄能電站。

背景技術

隨著產業結構的升級和經濟增長方式的轉變，我國能源結構已逐漸進入深刻調整期，大量間歇性、隨機性可再生能源發電的并網運行，給電力系統的安全穩定運行帶來沖擊，同時也造成大量的棄風、棄光等資源浪費現象。電力儲能技術作為未來電力系統發展的的關鍵技術，打破傳統電網“即發即用”的原則，在新能源并網發電、電網調峰等領域有廣泛的應用空間。

傳統的抽水蓄能電站依山而建，儲能時利用水力設備將水抽至上水池，電能轉化成液體高度勢能存儲，發電時上水池的水驅動水利設備發電，將液體的高度勢能轉化為電能。傳統抽水蓄能電站選址要求高，靈活性差，施工難度大，成本高，高海拔落差條件下，電站儲發設備制造難度大，且水力設備出口液體流速高，能量損失嚴重，同時高速的液體流動會沖擊壩底和河床，危及電站的安全穩定運行。傳統的階梯式抽水蓄能電站，分級利用山體高度落差，每一級發電單元出口壓力為大氣壓力，利用山體高度下落構建下一級發電單元入口壓強，即每一級的水頭端口均有兩個，零壓上端口和高壓下端口，電站設備分布不集中，難以集約化管理。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種階梯式虛擬抽水蓄能電站，其特征在于，包括：高壓水池、低壓水池、至少一個緩沖液壓池和至少兩級抽蓄發電單元；其中高壓水池、低壓水池和緩沖液壓池引出壓強不等的水頭端口，各水頭端口之間形成勢能源，各勢能源間連接抽蓄發電單元。

所述緩沖液壓池為壓縮空氣和水共存的壓力容器、受外力作用的液壓活塞形成的壓力容器、一定高度的水池及其下連管道中的一種或多種的組合；

所述穩壓策略主要包括緩沖液壓池自調節、抽蓄發電單元流量調節和外增設備恒壓調節三種穩壓調節形式中的一種或多種；

緩沖液壓池自調節是指利用緩沖液壓池自身特性，運行過程中自動限制水頭端口壓強波動；

抽蓄發電單元流量調節是指通過對抽蓄發電單元水門、轉速進行控制，調整抽蓄發電單元的流量，從而維持水頭端口壓強恒定；

外增設備恒壓調節，是指在緩沖液壓池外部增加液體支路或氣體支路，實現緩沖液壓池水頭端口壓強恒定；

所述液體支路為：在緩沖液壓池底部經液體管道串接水泵和水輪發電機，通過控制水泵、水輪發電機的工作狀態調整緩沖液壓池的進出水量，從而控制水頭端口壓強；

所述氣體支路為：當緩沖液壓池為壓縮空氣和水共存的壓力容器、受外力作用的液壓活塞形成的壓力容器時，在緩沖液壓池頂部設置氣體端口，經氣體管道與空壓機和膨脹機相連，通過控制空壓機、膨脹機組的工作狀態調整緩沖液壓池的進出氣量，從而控制水頭端口壓強。

當緩沖液壓池為受外力作用的液壓活塞形成的壓力容器時，液壓活塞承受外力形式可為重物重力、彈簧彈力、磁排斥力；

緩沖液壓池的內部壓強通過穩壓策略控制，以保證各水頭端口間的壓強恒定。

所述高壓水池為山體上水池及其下連管道、或為內部混合壓縮空氣和水的壓力容器、或為外力作用的液壓活塞。