CN102852727A - 利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳集热储能发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于可再生能源发电领域的一种风力发电场利用空气压缩和太阳能集热进行储能和发电的综合系统。由风机塔筒、地下空气储存室、联通管道和调节阀门组成压缩空气容器阵列，剩余风电通过压缩空气储能，并通过集热器及塔筒外层吸热涂层，收集太阳能加热空气，提高空气压强，在用电高峰时释放高压空气驱动大型燃气轮机或汽轮发电机发电。本发明的风电储能技术，充分利用风场现有条件，投资成本低，综合利用风能及太阳能，解决风电难于储存的技术问题，能够提高风能的利用率和稳定性。

Description

利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳集热储能发电系统
技术领域
本发明属于可再生能源利用的发电领域，特别涉及一种风力发电场利用空气压缩和太阳能集热进行储能和发电的综合系统。
背景技术
由于世界能源消耗持续增加，全球范围内的能源危机形势愈发明显，由于风能的可再生、分布广、无污染的特性，使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向，目前我国风力发电场建设、风力发电装机容量正在迅猛发展。
但风力发电受环境制约较大，在目前的风力发电方式中，最大的缺点在于发电与用电不同步，因风力强弱不一导致风机输出的电流不稳定，使得风力发电的供给与需求很难协调起来，风电上网后很难维持电网的稳定。
储能技术已被视为电网运行过程中的“采-发-输-配-用-储”六大环节中的重要组成部分。压缩空气储能是一种新型电能储存技术，采用空气作为储能介质，将风能转换为压缩空气内能，然后通过控制压缩空气的能量释放速度和时间，得到稳定、可靠的电能。
发明内容
为避免风力发电受环境制约，提高风能的利用率和稳定性，解决风电难于储存的技术问题，本申请公开了一种利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳能热储能发电系统。
本申请具体采用以下技术方案：
利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳能热储能发电系统，包括风力发电机、空气压缩机3、汽轮发电机和地下空气储存室6；其特征在于：
所述风力发电机包括风轮和支持所述风轮的塔筒，将所述塔筒做成密封容器，用作储存压缩空气的压力容器；
使用管道7将风电场中各风力放电机的塔筒连接贯通，形成一个压缩空气储能塔筒阵列，布置空气阀门能适时调节压缩空气容量大小；
所述压缩空气储能塔筒阵列还通过管道连接到设置在地下的地下空气储存室6，所述地下空气储存室6为一个或多个；
所述空气压缩机3与地下空气储存室6相连，在用电低峰时，利用风力发电机剩余电能，通过压缩机3将空气抽入地下空气储存室以及与其相连的压缩空气储能塔筒阵列；
在用电高峰时，通过释放地下空气储存室以及与其相连的压缩空气储能塔筒阵列内的高压空气驱动汽轮发电机5发电，从而实现风能发电的综合优化利用。
本发明具有以下技术效果。
（1）本发明充分结合风力发电的特点，利用风机塔筒作为容器，并通过管道将大量塔筒贯通组成压缩空气容器阵列。通过操控各个塔筒与管道相联的阀门，可按需要的发电量适时调节压缩空气容量。
（2）利用太阳能加热压缩空气，提高空气压强，可以将太阳能转化为电能。收集太阳热能可通过塔筒涂刷吸热油漆或薄膜，也可通过槽式等太阳能集热器加热地下空气储存与热交换室。
（3）利用风机塔筒，在加工时适当提高强度并加以改造作为压缩空气容器，并综合利用太阳热能，提供了一整套适合风场压缩空气储能和再生能源发电的新方法，具有可行性和投资相对较小的特点。
附图说明
图1为利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳集热储能发电一体化系统示意图；其中，1风机2塔筒3空气压缩机4太阳能集热器5汽轮发电机6地下空气储存室7管道和阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施详细描述本发明。
图1为利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳集热储能发电一体化系统示意图。本申请公开的利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳能热储能发电系统，包括风力发电机、空气压缩机3、汽轮发电机和地下空气储存室6。
风力发电机主要由风轮1、塔筒2等组成，而塔筒作为支持物，目前其内部为半封闭空间，通过技术处理，可以做成密封容器，作为储存压缩空气的压力容器。而且一个风场装机数量一般较大，大型风场可超过200台，可以通过管道7全部贯通，形成一个压缩空气储能塔筒阵列，在各风力发电机塔筒的管道上合理布置空气阀门适时调节压缩空气容量大小。所述压缩空气储能塔筒阵列还通过管道连接到设置在地下的地下空气储存室6，所述地下空气储存室6为一个或多个。
目前新建风场一般多安装单机1.5MW的风机，其塔筒一般高度在65米以上，下部直径约为4米，上部直径约为2.9米，单机塔筒空气容量可达600立方米，若将整个风场所有风机塔筒通过管道联接起来，若以100台计算，则可达60000立方米，储气量巨大。自然空气压强约为0.1MPa左右，为满足压缩空气储能效率要求，压缩空气压强需超过5MPa，通过实际计算，可通过增加塔筒钢板壁厚或采用高强度钢板、加强联接法兰强度，能达到满足压缩空气不低于5MPa的要求。
所述空气压缩机3与地下空气储存室6相连，用电低峰一般在晚上，可利用风机剩余电能，通过压缩机3将空气抽入抽入地下空气储存室以及与其相连的压缩空气储能塔筒阵列。而且许多风场建在我国纬度较高的地方，昼夜温差大，在白天利用压缩空气发电时，可以充分利用太阳热能，提升压缩空气温度，进一步提高压缩空气压强。
太阳热能收集可通过两种方式：1）塔筒为钢板，可以在塔筒外表层涂刷深色油漆或吸热涂层，利用塔筒2直接加热空气。2）通过布置槽式集热器4，收集太阳热能，加热位于地下的小型储气室6的空气，然后通过空气的流通，达到加热整个联通容器里的空气。太阳能热收集可以采用以上两种中的任一方式，或者同时采用以上两种方式。
在用电高峰时，通过释放地下空气储存室以及与其相连的压缩空气储能塔筒阵列内的高压空气驱动汽轮发电机5发电，从而实现风能发电的综合优化利用。
压缩空气发电可按风场规模采用两种发电方式，大型风场可采用大型燃气轮机发电，小型风场可采用由高速气流推动的汽轮发电机。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.利用风电场塔筒进行空气压缩及太阳能热储能发电系统，包括风力发电机、空气压缩机（3）、汽轮发电机（5）和地下空气储存室（6）；其特征在于：
所述风力发电机包括风轮和支持所述风轮的塔筒，将所述塔筒做成密封容器，用作储存压缩空气的压力容器；
使用管道（7）将风电场中各风力放电机的塔筒连接贯通，形成一个压缩空气储能塔筒阵列；
所述压缩空气储能塔筒阵列还通过管道连接到设置在地下的地下空气储存室（6）形成一个联通容器，所述地下空气储存室（6）为一个或多个；
所述空气压缩机（3）与地下空气储存室（6）相连，在用电低峰时，利用风力发电机剩余电能，通过压缩机（3）将空气抽入地下空气储存室以及与其相连的压缩空气储能塔筒阵列所形成的联通容器内，并通过太阳能加热所述联通容器，提高压缩空气的气压；
在用电高峰时，通过释放所述联通容器内的高压空气驱动汽轮发电机（5）发电，从而实现风能发电的综合优化利用。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
所述塔筒采用钢板材料制成，并在塔筒外表层涂刷深色油漆或吸热涂层，利用塔筒接收太阳能直接加热所述联通容器内的压缩空气。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
布置槽式集热器（4），收集太阳热能，加热位于地下的地下空气储存室（6）的压缩空气。
4.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
所述塔筒采用钢板材料制成，并在塔筒外表层涂刷深色油漆或吸热涂层，利用塔筒接收太阳能直接加热所述联通容器内的压缩空气；并且，
布置槽式太阳能集热器（4），收集太阳热能，加热位于地下的地下空气储存室（6）的压缩空气。
5.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
所述压缩空气压强需超过5Mpa。
6.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
所述汽轮发电机（5）采用大型燃气轮机或由高速气流推动的汽轮发电机；大型风场采用大型燃气轮机发电，小型风场采用由高速气流推动的汽轮发电机发电。
7.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：
在连接各风力发电机塔筒的管道上设置空气阀门，用以调节压缩空气容量大小。
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