储能发电系统以及电力负荷波峰运行控制方法 |
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| 申请号 | CN201610155690.7 | 申请日 | 2016-03-19 | 公开(公告)号 | CN105680462A | 公开(公告)日 | 2016-06-15 |
| 申请人 | 林光琴; | 发明人 | 林光琴; | ||||
| 摘要 | 储能发电系统以及 电 力 负荷 波峰运行控制方法，通过将空气储能装置的柔性容器和刚性容器分别与高压膨胀机和低压膨胀机相通。在负荷波峰进行发电时，即使柔性容器的体积小于其体积 阈值 ，仍然可以将刚性容器内的压缩空气能通过释放出来，进一步的，通过低压膨胀机发电，避免了刚性容器变压释放空气导致不能满足高压膨胀机压强需求的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种储能发电系统，包括：电动机，用于提供压气机组所需的电力；压气机组，用于在储能时通过电力将空气压缩进入储气装置；储气装置，用于接收压气机组的存储压缩空气； |
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| 说明书全文 | 储能发电系统以及电力负荷波峰运行控制方法技术领域背景技术[0002] 微电网是发挥分布式发电效能最为有效的方式之一。电力储能设备作为微电网中不可或缺的部分,发挥着至关重要的作用。电力储能系统通过一定介质存储电能，在需要时将所存能量释放发电。电力储能系统应用于电网中，既可以对电网负荷进行调节，从而大大提升供电品质，同时又能作为应急电源，满足日常生产、生活的需要。发展电力储能系统是可再生能源大规模利用的迫切需要，也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性的有效途径，同时还是智能电网和分布式能源系统的关键技术。 [0003] 目前己有电力储能技术包括：物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能)、电化学储能(二次电池、液流电池)、化学储能(氢能、合成天然气)、电力储能(如超导线圈储能、超级电容器储能)和热储能(熔融盐储能、显热储能)等。但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，迄今己在主要运行的储能系统只有抽水电站和压缩空气两种。 [0004] 压缩空气储能发电系统具有储能容量大、储能周期长、寿命长和投资相对较小等优点，作为一种技术成熟、可行的储能方式，在电力的生产、运输和消费等领域具有广泛的应用价值。压缩空气储能系统的具体包括：(1)削峰填谷(2)平衡电力负荷压缩(3)需求侧电力管理(4)应用于可再生能源(5)备用电源电站。 [0005] 压缩空气储能发电系统主要由空气压缩机、储气装置、膨胀机以及其他辅助和控制系统组成。在压缩空气发电时工作方式主要有两种，一种是变压，在发电时空气压力会发生变化；另一种是恒压，它主要是通过保持压力稳定，从而减小存储体积、确保电站高效运行。 [0006] 现有技术中，201110165606的发明专利提出了一种恒压压缩空气储能发电系统，其通过在用电低谷通过压气机将空气压入水下柔性储气装置，从而将电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，储气装置中高压空气经换热器吸热后通过膨胀机带动发电机发电；利用水下压力使储气装置内部恒压，从而实现系统的恒压运行。但是，该现有技术的发明还存在如下缺点，其储气装置是固定在江、河、湖、水库或者人工水池中特定位置，其中自然水源或者水库中的水位会随着季节以及环境的影响变化，导致储气装置的压力变化；人工水池的体积固定，尽管可以控制其水量，但是在储气装置膨胀以及收缩的过程中，会导致水位的升高或者降低，也会导致储气装置的压力变化；另外，柔性装置的膨胀体积有限，在冲入气体的体积达到一定限度后，再继续冲入可能会导致容器的损伤。 [0007] 作为201110165606的改进，发明人在先申请中提出了一种智能微电网负荷调节的储能发电系统，通过在水源内的柔性容器的存储电力能量达到其阈值时，将多余的电力能量存储于刚性的第二存储容器中，并且在负荷波峰时，通过对于存储容器的控制，将刚性容器的压缩空气也能够通过恒压进行发电。但是，该在先申请中，发电系统在波峰发电时，由于柔性容器的最小压缩体积有限，在其内气体小于其最小压缩体积时，无法继续提供压缩空气，发电结束；但是此时刚性容器内仍然存在等于水源压强的压缩空气，其也就无法进行发电，从而导致无法充分压缩空气能量。作为进一步改进的技术方案，提出了改进的智能电网储能发电系统以及电力负荷波峰运行控制方法。 发明内容[0008] 作为本发明的一个方面，提供一种储能发电系统，包括：电动机，用于提供压气机组所需的电力；压气机组，用于在储能时通过电力将空气压缩进入储气装置；储气装置，用于接收压气机组的存储压缩空气；储气装置位于水源中；膨胀机组，在发电时，压缩空气进入膨胀机组膨胀做功；发电机，膨胀机组驱动发电机进行发电；所述储气装置包括第一储气装置和第二储气装置；所述第一储气装置设置于水池内，所述第一储气装置设置于水池外；所述第一储气装置与第二储气装置通过调节阀相通；所述膨胀机组包括高压膨胀机以及低压膨胀机，所述第一储气装置以及第二储气装置分别通过开关阀与所述高压膨胀机以及低压膨胀机；在发电时，通过控制所述开关阀控制进入膨胀机组的压缩空气的压强。 [0009] 优选的，所述压气机组分别通过第一开关阀以及第二开关阀与所述第一储气装置以及第二储气装置连接；所述第一储气装置通过第三开关阀与所述高压膨胀机相通；所述第二储气装置通过第四开关阀与所述高压膨胀机相通。 [0010] 优选的，在发电开始时，控制装置控制所述第一开关阀、第二开关阀、第四开关阀、调节阀关闭，所述第三开关阀开启。 [0011] 优选的，当所述第一储气装置以及第二储气装置同时通过所述第三开关阀向所述高压膨胀机所输送的流量小于其额定流量时，控制装置关闭所述第三开关阀，开启所述第四开关阀。 [0012] 优选的，在所述高压膨胀机的空气入口设置流量计，所述第二储气装置内设置压强计；在发电开始后，实时监控所述空气入口流量，当所述空气入口流量小于流量阈值，所述流量阈值为小于其额定流量的特定值，并且所述第二储气装置内压强大于所述第一储气装置内压强时，所述控制装置控制所述调节阀开启，并且控制所述调节阀的流量等于所述额定流量；当所述第二储气装置内压强等于第一储气装置内压强并且所述空气入口流量小于所述流量阈值时，关闭第三开关阀以及所述调节阀，开启所述第四开关阀；当所述第二储气装置内压强小于压强阈值，关闭所述第四开关阀。 [0013] 作为本发明的另外一个方面，提供一种储能发电系统的电力负荷波峰运行控制方法，包括如下步骤：1）在发电开始时，控制装置控制所述第一开关阀、第二开关阀、第四开关阀、调节阀关闭，所述第三开关阀开启，所述第一储气装置向所述高压膨胀机输送压缩空气进行发电；2）当所述第一储气装置以及第二储气装置同时通过所述第三开关阀向所述高压膨胀机所输送的流量小于其额定流量时，控制装置关闭所述第三开关阀，开启所述第四开关阀，所述第二储气装置向所述低压膨胀机输送压缩空气进行发电。 [0014] 作为本发明的另外一个方面，提供一种储能发电系统的电力负荷波峰运行控制方法，包括如下步骤：1）在发电开始时，控制装置控制所述第一开关阀、第二开关阀、第四开关阀、调节阀关闭，所述第三开关阀开启，所述第一储气装置向所述高压膨胀机输送压缩空气进行发电；2）实时监控所述高压膨胀机空气入口流量，当所述空气入口流量小于所述流量阈值，并且所述第二储气装置内压强大于所述第一储气装置内压强时，所述控制装置控制所述调节阀开启，并且控制所述调节阀的流量等于所述额定流量；所述第一储气装置和所述第二储气装置一起通过所述第三开关阀向所述高压膨胀机输送压缩空气进行发电；3）当所述第二储气装置内压强等于第一储气装置内压强并且所述空气入口流量小于所述流量阈值时，关闭第三开关阀以及所述调节阀，开启所述第四开关阀；所述第二储气装置向所述低压膨胀机输送压缩空气进行发电；4）当所述第二储气装置内压强小于低压膨胀机的压强阈值，关闭所述第四开关阀。附图说明 [0015] 图1是本发明实施例储能发电系统的系统结构图。 具体实施方式[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0017] 参见图1，本发明实施例的储能发电系统的实施例，包括电动机1、压气机组2、水源3、第一储气装置4、第二储气装置5、高压膨胀机61、低压膨胀机62以及发电机7。电动机1用于提供压气机组2所需的电力，在用电低谷，电动机1获取盈余的电力通过用来压缩空气。压气机组2，用于在储能时通过电力将空气压缩进入储气装置，空气在压气机中升压升温，进入储气装置。 [0018] 水源3为人工水池，具有特定容积，其设置为截面面积随着高度的升高而增大的形状。储气装置包括第一储气装置4和第二储气装置5。其中，第一储气装置4为柔性容器，其设置在水源3内部，通过固定装置固定在水源3下方特定高度。优选的，可以将第一储气装置4设置为，在膨胀体积最大时，其顶点所在高度的水池横截面的面积小于水源3顶部面积的一半。通过这样的设置，即使在柔性容器的体积变化导致水源的高度变化时，由于水源顶部的截面积较大，从而其相对高度变化较小，从而减小水源高度变化对于柔性容器内空气压强的影响。第二储气装置5为刚性容器，其设置在水源3外部，通过调节阀8与第一储气装置4相通。 [0019] 压气机组2分别通过第一通道9以及第二通道10与第一储气装置4和第二储气装置5相通。第一通道9上设置第一开关阀11、第二通道10上设置第二开关阀12。第一储气装置4通过第三通道13与高压膨胀机61相通，第三通道13上设置第三开关阀14，第二储气装置5通过第四通道15与低压膨胀机62相通，第四通道15上设置第四开关阀16。膨胀机组用于在发电时，压缩空气进入膨胀机组膨胀做功，其中高压膨胀机61输出的空气进入低压膨胀机62，从而继续进行发电。可以第三通道13上设置换热器，用于将压缩空气进行加热后进入高压膨胀机61。同时，在高压膨胀机61以及第一膨胀机62之间设置换热器。发电机7，在用电高峰时，膨胀机组驱动发电机进行发电，提供给电力系统。 [0020] 控制装置，在用电低谷储能时，其控制第一开关阀11和第二开关阀12在储能开始时开启，关闭第三开关阀14以及第四开关阀16，压气机组2同时将压缩空气输送到向第一储气装置4以及第二储气装置5。在第一储气装置4内气体体积大于其达到最大容积时所需的气体体积时，此时，第一储气装置4的储能达到最大值，控制装置控制第一开关阀11关闭以及调节阀8关闭；从而，压气机组2仅将压缩空气存储到第二储气装置5。在储能结束时，控制装置第二开关阀12以及调节阀8关闭。 [0021] 在高压膨胀机61的空气入口设置流量计，第二储气装置5内设置压强计。在用电高峰发电开始时，控制装置控制第一开关阀11、第二开关阀12、第四开关阀16、调节阀8关闭，第三开关阀14开启，第一储气装置4向高压膨胀机61输送压缩空气进行发电。在高压膨胀机61的空气入口设置流量计，第二储气装置5内设置压强计。在发电进行过程中，实时监控空气入口流量，当空气入口流量小于流量阈值，该流量阈值为小于高压膨胀机61额定流量的特定值，并且第二储气装置5内压强大于第一储气装置4内压强时，控制装置控制调节阀8开启，并且控制调节阀8的流量等于所述额定流量。当第一储气装置4的体积小于其阈值体积，此时第二储气装置5内压强等于第一储气装置4内压强并且高压膨胀机61空气入口流量小于流量阈值时，表示第一储气装置4内的压缩空气能量已经不足，但是此时第二储气装置5内仍然存在等于水源压力的空气，关闭第三开关阀14以及调节阀8，开启第四开关阀16，通过第二储气装置5向低压膨胀机62输送压缩空气进行发电；当第二储气装置5内压强小于低压膨胀机的压强阈值，关闭第四开关阀16，发电过程结束。 [0022] 本发明储能发电系统的电力负荷波峰运行控制方法，包括如下步骤：1）在发电开始时，控制装置控制所述第一开关阀11、第二开关阀12、第四开关阀16、调节阀关闭8，第三开关阀14开启，第一储气装置4向高压膨胀机61输送压缩空气进行发电；2）实时监控高压膨胀机61空气入口流量，当空气入口瞬时流量小于流量阈值，并且第二储气装置5内压强大于第一储气装置4内压强时，控制装置控制调节阀8开启，并且控制调节阀8的流量等于额定流量；第一储气装置4和第二储气装置5一起通过第三开关阀14向高压膨胀机61输送压缩空气进行发电；3）当第二储气装置5内压强等于第一储气装置内压强并且高压膨胀机61空气入口流量小于流量阈值时，关闭第三开关阀14以及调节阀8，开启第四开关阀16；第二储气装置4向低压膨胀机62输送压缩空气进行发电；4）当第二储气装置4内压强小于低压膨胀机的压强阈值，关闭第四开关阀。 [0023] 通过本发明的上述设置，在在负荷波峰进行发电时，即使柔性容器的体积小于其体积阈值，仍然可以将刚性容器内的压缩空气能通过释放出来，进一步的，通过低压膨胀机发电，避免了刚性容器变压释放空气导致不能满足高压膨胀机压强需求的问题。 [0024] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为落入本发明的保护范围。 |
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