專利名稱:風光互補發(fā)電儲能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及風光互補技術(shù)、風力發(fā)電技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、抽水蓄能技術(shù)、 海水淡化技術(shù)、高效智能控制技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種風力發(fā)電和太陽能發(fā)電互補與抽水蓄能結(jié)合的發(fā)電裝置。
背景技術(shù):
在我國很多偏遠海島,電網(wǎng)很難到達,大部分地區(qū)采用柴油機發(fā)電,隨著石油的短缺和油價的上漲,發(fā)電成本飛速上漲,電能的緊缺嚴重制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟開發(fā)和居民或駐軍的日常生活。而這些地區(qū),往往有豐富的可再生能源,如太陽能、風能等,為解決偏遠地區(qū)用電提供了良好的先天條件。針對這些情況,現(xiàn)在的海島多采用風光互補系統(tǒng)進行供 H1^ ο風光互補系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、 交流直流負載等部分組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見附圖1。①風力發(fā)電部分是利用風力機將風能轉(zhuǎn)換為機械能,通過風力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能,再通過控制器對蓄電池充電,經(jīng)過逆變器對負載供電;②光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉(zhuǎn)換為電能,然后對蓄電池充電,通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負載進行供電;③逆變系統(tǒng)由一臺或幾臺逆變器組成,把蓄電池中的直流電變成標準的220V交流電,保證交流電負載設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能,可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量;④控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化,不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時,控制器把蓄電池的電能送往負載,保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性;⑤蓄電池部分由多塊蓄電池組成,在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來,以備供電不足時使用。在目前的風光互補系統(tǒng)中,一般采用蓄電池蓄能,但蓄電池壽命短、成本高、有污染,且不能大量儲存電能。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,而提供一種能永久儲存更大能量的且無污染的風光互補發(fā)電儲能裝置。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題,本實用新型采用的技術(shù)方案是一種風光互補發(fā)電儲能裝置,包括風力機,光伏列陣、控制器以及蓄電池,所述的風力機、光伏列陣以及蓄電池均與所述的控制器連接,其特征在于在所述的控制器上還連接有一抽水蓄能發(fā)電裝置,該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下水庫的管路,在該管路上設(shè)置有可逆式水泵水輪機,該可逆式水泵水輪機具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。在所述的控制器上還連接有海水淡化裝置,該海水淡化裝置包括取水箱、給水泵、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱和管道,取水箱、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱通過所述的管道依次串聯(lián),所述的給水泵一端與取水箱連接,另一端與所述的多介質(zhì)過濾器連接,所述的高壓泵設(shè)置在所述的反滲透膜組件的海水側(cè)。本實用新型抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)能夠大量儲存電能,且啟動迅速、爬坡卸荷速度快、 運行靈活可靠,既能削峰又可填谷,其快速轉(zhuǎn)變的靈活性可彌補風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的隨機性和不均勻性,為系統(tǒng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源等, 同時具有能量生產(chǎn)可靠和環(huán)保等優(yōu)點。因此,本實用新型巧妙地將抽水蓄能與風光互補系統(tǒng)結(jié)合,一方面可以代替蓄電池對整個系統(tǒng)進行儲能,另一方面也提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)中仍配備了小容量的蓄電池,用來承擔瞬時峰荷,增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時,針對海島中缺乏淡水的問題,該系統(tǒng)結(jié)合了海水淡化裝置,作為該系統(tǒng)的一個負荷,有效地解決了海島用淡水的問題。本實用新型有效地將風能和太陽能進行互補發(fā)電,彌補了風能和太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性。同時,將抽水蓄能電站與風力發(fā)電和太陽能發(fā)電相結(jié)合,在系統(tǒng)中的風電和太陽能發(fā)電供給負荷有多余電能時,利用可逆式水泵水輪機的水泵工況進行抽水,將下水庫的水抽到上水庫,將多余的電能變成水能儲存起來;在風電和太陽能發(fā)電供給負荷電能不足時,利用可逆式水泵水輪機的水輪機工況進行發(fā)電,將水能變成電能,供給負荷用電,將風力發(fā)電和太陽能發(fā)電與抽水蓄能電站結(jié)合起來,不僅能夠大量儲存電能,而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將海水淡化裝置作為系統(tǒng)負載的一部分,可以給居民提供淡水。有益效果針對偏遠海島常規(guī)能源匱乏、缺乏電能和淡水等問題,利用本實用新型裝置,不僅能有效利用當?shù)刎S富的風能和太陽能資源,解決當?shù)仉娔芫o缺的問題,而且能夠為當?shù)鼐用裉峁┑?。本系統(tǒng)穩(wěn)定、環(huán)保,運行成本低。
圖1是現(xiàn)有風光互補系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實用新型抽水蓄能裝置示意圖。圖3是本實用新型海水淡化裝置圖。圖4是本實用新型裝置連接圖。圖中,1 一風力發(fā)電機,2—光伏陣列,3—蓄電池,4一控制器,5—逆變器,6—直流負載,7—交流負載,8—上水庫,9一調(diào)壓室,10—管道,11 一可逆式水泵水輪機,12—下水庫,13—抽水工況,14 一發(fā)電工況,15—取水系統(tǒng),16—給水泵,17—多介質(zhì)過濾器,18— 保安過濾器,19 一高壓泵,20—能量回收裝置,21—反滲透膜組件,22—產(chǎn)水水箱, 23—海水淡化裝置。
具體實施方式
抽水蓄能電站包括可逆式水泵水輪機(有兩個工況,水泵工況和水輪機工況)、上水庫、下水庫,其示意圖如附圖2所示。在負荷低谷期,可逆式水泵水輪機運行在水泵工況, 利用多余的電能將下水庫的水抽到上水庫,將電能變成水能儲存起來;在負荷高峰期,可逆式水泵水輪機運行在水輪機工況,利用上下水庫的水位差發(fā)電,將水能變成電能。[0016]海水淡化采用反滲透膜法,其裝置圖如附圖3所示。裝置由取水系統(tǒng)、給水泵、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、能量回收裝置、產(chǎn)水水箱和管道組成。利用取水系統(tǒng)提取海水,利用給水泵將海水送至過濾器,經(jīng)多介質(zhì)過濾器和保安過濾器過濾之后,給反滲透膜組件,利用高壓泵增加海水側(cè)的壓力,把海水中的水分子壓到滲透膜的另一側(cè),產(chǎn)生淡水,送至產(chǎn)水水箱,其中,能量回收裝置可有效回收海水淡化過程中的能量,達到節(jié)能效果。利用本裝置可將海水變成淡水,可用于生活用水。工作原理本實用新型裝置如圖4所示。該裝置包括風力機、太陽能光伏陣列、可逆式水泵水輪機、上水庫、下水庫、海水淡化裝置、控制器、逆變器、交流負載、直流負載及上述設(shè)備之間的連接裝置。風力機將風能變成電能。太陽能光伏陣列將太陽能變成電能??赡媸剿盟啓C有兩個工況,水輪機工況和水泵工況運行在水輪機工況可利用上下水庫的水位差進行發(fā)電,將水能變成電能;運行在水泵工況可進行抽水,將下水庫的水抽到上水庫,將電能變成水能蓄起來,可以通過控制器進行工況之間的轉(zhuǎn)換。海水淡化裝置可以將海水變成淡水。逆變器將直流電變成交流電,供給交流負荷。控制器可對風力機的運行狀態(tài)、 太陽能光伏陣列的傾角、蓄電池的充放電、可逆式水泵水輪機的工況、海水淡化裝置的狀態(tài)進行控制。交流負載和直流負載可根據(jù)用戶需要進行配置,如電燈、電視、音響、冰箱、熱水器等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對系統(tǒng)中各設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)進行采集,給調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)??刂破鞲鶕?jù)風速和太陽輻射控制風力機運行狀態(tài)和光伏陣列的傾角,將電能供給直流負載,通過逆變器將直流電變成交流電供給交流負載,同時供給海水淡化裝置用電??刂破鞲鶕?jù)風力發(fā)電量和太陽能發(fā)電量之和與負荷(包括直流負載、交流負載和海水淡化裝置)之間的比較,判斷電量是否能滿足負荷需要,如果滿足且有多余電能,則控制器判斷蓄電池的狀態(tài),如果蓄電池處于欠壓狀態(tài),則給蓄電池充電,如果當蓄電池充滿電時,風力機和光伏陣列發(fā)的電能仍有剩余,則控制抽水蓄能電站的可逆式水泵水輪機運行在水泵工況進行抽水,將下水庫的水抽到上水庫;如果風力發(fā)電量和太陽能發(fā)電量不能滿足負荷需要, 則控制抽水蓄能電站的可逆式水泵水輪機運行在水輪機工況進行發(fā)電,供給負荷。本實用新型采用抽水蓄能裝置的三大優(yōu)勢一是儲能,即將風電和太陽能發(fā)電的多余電能儲存起來;二是調(diào)峰,即根據(jù)負荷變化情況,預先調(diào)整水電機組頻率,對系統(tǒng)進行調(diào)峰;三是調(diào)頻,即根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化,在系統(tǒng)頻率超出規(guī)定的正常范圍時,增加或減小水電機組的出力,從而達到新的平衡,將系統(tǒng)的頻率變化限制在一定的范圍內(nèi),從而維護系統(tǒng)的穩(wěn)定。儲能的功能能夠充分利用風能資源和太陽能資源;調(diào)峰和調(diào)頻利用了水電機組啟停迅速的特點。本實用新型在原有風光互補系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改進,用抽水蓄能電站代替蓄電池,一方面增加了蓄電能力,另一方面也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;在系統(tǒng)中配置海水淡化裝置,使系統(tǒng)不僅能滿足海島居民用電,而且能夠提供淡水;同時,本實用新型能夠利用海島豐富的風能和太陽能這兩種可再生能源和清潔能源,不僅節(jié)約了常規(guī)能源,而且更換保。
權(quán)利要求1.一種風光互補發(fā)電儲能裝置,包括風力機,光伏列陣、控制器以及蓄電池,所述的風力機、光伏列陣以及蓄電池均與所述的控制器連接,其特征在于在所述的控制器上還連接有一抽水蓄能發(fā)電裝置,該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下水庫的管路,在該管路上設(shè)置有可逆式水泵水輪機,該可逆式水泵水輪機具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風光互補發(fā)電儲能裝置,其特征在于在所述的控制器上還連接有海水淡化裝置,該海水淡化裝置包括取水箱、給水泵、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、 高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱和管道,取水箱、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱通過所述的管道依次串聯(lián),所述的給水泵一端與取水箱連接,另一端與所述的多介質(zhì)過濾器連接,所述的高壓泵設(shè)置在所述的反滲透膜組件的海水側(cè)。
專利摘要本實用新型公開了一種風光互補發(fā)電儲能裝置,包括風力機,光伏列陣、控制器以及蓄電池,所述的風力機、光伏列陣以及蓄電池均與所述的控制器連接,在所述的控制器上還連接有一抽水蓄能發(fā)電裝置,該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下水庫的管路,在該管路上設(shè)置有可逆式水泵水輪機,該可逆式水泵水輪機具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型利用抽水蓄能代替部分蓄電池進行蓄能,克服了蓄電池壽命短、成本高、有污染等缺點,同時能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,并且環(huán)保。
文檔編號C02F1/44GK201972859SQ20112005050
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者任巖, 李延頻, 李正勇, 鄭源, 陳德新 申請人:河海大學