CN107493058A - 海上微型风机电网系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上微型风机电网系统及方法，所述系统包括：设置在海岛上的风机，电解水制氢装置、氢燃料发电装置、海水淡化装置，所述蓄电池电连接功率分配器，所述功率分配器分别电连接电解水制氢装置、海水淡化装置以及用于将直流电转化为交流电的逆变器，所述逆变器电连接负载；海水经过滤装置进入海水淡化装置，海水过滤装置过滤得到的淡水输出至所述储水装置内。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上微型风机电网系统及方法。
背景技术
随着国民经济的迅速增长，对能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所产生的环境污染问题日益尖锐。新能源资源潜力大，可持续利用，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面发挥了重要作用，已引起了国际社会的广泛关注。在能源安全与环境保护的双重压力下，技术相对成熟、具备规模化开发条件的风力发电技术作为一种清洁的可再生能源，在世界范围内取得了飞速发展。特别是近年来，风力发电的产业规模和市场化程度逐年提高。截至2015年底，全年风电新增装机容量3297万千瓦，新增装机容量再创历史新高，累计并网装机容量达到1.29亿千瓦，占全部发电装机容量的8.6％，全国风电产业继续保持强劲增长势头。
但是，现有的风机都存在弃风量的问题，例如，某地多风的季节时，可能当地的用电量不足以消耗风机的发电量，将这样的一段时间称为弃风期间，现有的弃风期间主要的做法是通过降低风机的发电功率，进而匹配当地的用电量；但是在用电高峰期间，也即风机发出的电量无法满足当地的用电量，还有一种情况是风机的发电量基本与当地用电量相匹配，此期间称为非弃风期间。综上所述，可知现有的风机发电的主要问题是：弃风期间对风能没有充分利用，造成了浪费，风机的发电量不能很好的应对用电高峰期。
另外，叶片内填充的是空气，空气具有重量，叶片在转动过程中除了要克服自身重力外还要克服其内填充的空气重量。风机的塔筒内有好多空余空间，但是这些空间一直没有充分利用。
鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种海上微型风机电网系统及方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种减轻叶片本身自重、有效利用塔筒空间，能够随时自由组合，随时插拔，无捆绑，资源最合理的分配利用的海上微型风机电网系统及方法。
本发明海上微型风机电网系统，包括：
设置在海岛上的风机，所述风机包括底座，所述底座上设有塔筒，所述塔筒顶端设有风机叶片，所述风机叶片连接风能发电机，所述底座内设有主控制器，所述主控制器通过控制电缆线与蓄电装置连接；其中，所述叶片的空腔分为若干区域，各个区域内分别设有一氢气密封袋，所述氢气密封袋粘贴在所述风气叶片空腔内壁上，所述氢气密封袋的形状与所述叶片空腔的形状相适配，且所述氢气密封袋内充有氢气；或所述叶片的空腔内壁贴合有气封膜，所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构，在由所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构内设有氢气；所述塔筒内设有储氢装置；
所述系统还包括：电解水制氢装置、氢燃料发电装置、海水淡化装置，所述蓄电池电连接功率分配器，所述功率分配器分别电连接电解水制氢装置、海水淡化装置以及用于将直流电转化为交流电的逆变器，所述逆变器电连接负载；
所述电解水制氢装置的进水端连接储水装置，所述电解水制氢装置的出气端连接储氢装置，所述氢燃料发电装置的进气端连通所述储氢装置，所述氢燃料发电装置在发电过程中产生的水通过水管进入所述储水装置内；海水经过滤装置进入海水淡化装置，海水过滤装置过滤得到的淡水输出至所述储水装置内。
进一步地，所述的电解水制氢装置设置在所述塔筒内；所述的氢燃料发电装置、海水过滤装置设置在运输车上，所述的电解水制氢装置、海水淡化装置采用可插拔方式与所述的功率分配器电连接。
进一步地，所述氢燃料发电装置的电能输出端依次经燃料电量控制开关、所述逆变器连接负载。
进一步地，所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置。
进一步地，所述的塔筒的内壁上均布有多条横向的加强环和均布有多条竖向的加强筋，所述的横向的加强环的横截面为矩形。
进一步地，所述风机叶片上设有风力、风向传感器，所述的风力传感器、风速传感器分别电连接所述主控制器，并将所述的风力传感器、风速传感器获取的风力数据、风速数据输出至主控制器保存。
进一步地，所述制氢及氢发电控制器电连接主控制器，所述主控制器输出用于控制所述的电解水制氢装置、氢燃料发电装置工作的控制信号至所述制氢及氢发电控制器。
进一步地，所述塔筒上设有超声波驱鸟器，所述超声波驱鸟器与逆变器电连接。
本发明海上微型风机电网方法，包括上述的海上微型风机电网系统，所述方法包括：
判断当前至未来一段时间属于什么期间，
若为弃风期间，则风机以与非弃风期间相同的功率运行，风机的发电量用于为该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于驱动所述电解水制氢装置、海水淡化装置运行，其中，预测用电高峰期该风机对应的供电地区不足电量，根据所述不足电量计算氢燃料发电装置发出所述的不足电量所需的氢气量，获取储氢装置内储存的当前氢气量与所需的储氢量的关系，若储氢装置内储存的当前氢气量大于等于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于海水淡化装置运行；若储氢装置内储存的当前氢气量小于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量首先用于电解水制氢装置，直至储氢装置内储存的当前氢气量大于或等于所需的储氢量，再提供电量给海水淡化装置运行；
若为用电高峰期，则在运行风机为该风机对应的供电地区进行供电的同时运行氢燃料发电装置进行发电为该风机对应的供电地区进行供电；
若为非弃风期间，风机以预定的功率运行，供给该风机对应的供电地区用电。
进一步地，所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置；在用电高峰期，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能，为该风机对应的供电地区进行供电；在弃风期间、非弃风期间，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能为海水淡化装置的运行进行供电。
本发明海上微型风机电网系统及方法的有益效果至少具有以下几点：
1、在叶片内填充氢气，代替空气，氢气比空气轻，减轻了叶片自重，降低了叶片的运行阻力。
2、充分利用了塔筒内部空间，节约了空间。
3、在弃风期间，风机照常运行也即不减少风机的发电功率，并将风机发出的多余电量提供给电解制氢装置进行制氢，电解制氢装置清洁无污染；其终端产品——氢气(也包括氧气)也是绿色清洁环保燃料和化工原料，同时多余电量还用于提供海水淡化装置的运行。同时在用电量大，风机供电不足时，通过氢燃料发电装置将储存的氢气转化为电能。并且根据需要电能制氢及氢燃料发电组件随时插拔，无捆绑，资源最合理的分配利用。
附图说明
图1是本发明海上微型风机电网系统示意图；
图2是发明叶片结构的示意图；
图3是发明海上微型风机电网系统的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1至3所示，本实施例海上微型风机电网系统，包括：
设置在海岛上的风机，所述风机包括底座1，所述底座上设有塔筒2，所述塔筒顶端设有风机叶片4，所述风机叶片连接风能发电机5，所述底座内设有主控制器，所述主控制器通过控制电缆线与蓄电装置连接；其中，所述叶片4包括外壳61，外壳形成的内腔内设有中间支撑63，所述叶片的空腔内壁贴合有气封膜62，所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构，在由所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构内设有氢气。
本实施例的变形，也即所述叶片的空腔分为若干区域，各个区域内分别设有一氢气密封袋，所述氢气密封袋粘贴在所述风气叶片空腔内壁上，所述氢气密封袋的形状与所述叶片空腔的形状相适配，且所述氢气密封袋内充有氢气。例如，图2所示，所述叶片的空腔分为2个区域，在各个区域内分别设置氢气密封袋。
本实施例中，在叶片内填充氢气，代替空气，氢气比空气轻，减轻了叶片的运行阻力。
所述系统还包括：电解水制氢装置、氢燃料发电装置、海水淡化装置，所述蓄电池电连接功率分配器，所述功率分配器分别电连接电解水制氢装置、海水淡化装置以及用于将直流电转化为交流电的逆变器，所述逆变器电连接负载；
所述电解水制氢装置的进水端连接储水装置，所述电解水制氢装置的出气端连接储氢装置，所述氢燃料发电装置的进气端连通所述储氢装置6，所述氢燃料发电装置在发电过程中产生的水通过水管进入所述储水装置内；海水经过滤装置进入海水淡化装置，海水过滤装置过滤得到的淡水输出至所述储水装置内。
本实施例中，所述电能制氢及氢燃料发电组件集成在运输车8上，所述的电解水制氢装置采用可插拔方式与所述的功率分配器电连接；制氢、发电装置与风机的随时可插拔结构随时插拔，无捆绑，资源最合理的分配利用。
实施例2
本实施例海上微型风机电网系统，在实施例1的基础上，所述的电解水制氢装置7设置在所述塔筒内；所述的氢燃料发电装置、海水过滤装置设置在运输车上，所述的电解水制氢装置、海水淡化装置采用可插拔方式与所述的功率分配器电连接。进一步地，所述氢燃料发电装置的电能输出端依次经燃料电量控制开关、所述逆变器连接负载。进一步地，所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板3，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置。
本实施例中，所述主控制器输出用于控制所述的电解水制氢装置、氢燃料发电装置工作的控制信号。所述塔筒的中间镂空，所述的塔筒的内壁上均布有多条横向的加强环和均布有多条竖向的加强筋，所述的横向的加强环的横截面为矩形。所述风机叶片上设有风力、风向传感器，所述的风力传感器、风速传感器分别电连接所述主控制器，并将所述的风力传感器、风速传感器获取的风力数据、风速数据输出至主控制器保存；所述塔筒上设有超声波驱鸟器，所述的超声波驱鸟器电连接所述氢燃料发电装置；所述塔筒顶部设有避雷针，所述避雷针呈90°弯折绕过发电风机，所述避雷针的顶端高于发电风机。
进一步地，所述风机叶片上设有风力、风向传感器，所述的风力传感器、风速传感器分别电连接所述主控制器，并将所述的风力传感器、风速传感器获取的风力数据、风速数据输出至主控制器保存。
实施例3
本实施例海上微型风机电网组网方法，包括：上述实施例1的海上微型风机电网组网系统，所述的方法包括：
判断当前至未来一段时间属于什么期间，
若为弃风期间，则风机以与非弃风期间相同的功率运行，风机的发电量用于为该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于驱动所述电解水制氢装置、海水淡化装置运行，其中，预测用电高峰期该风机对应的供电地区不足电量，根据所述不足电量计算氢燃料发电装置发出所述的不足电量所需的氢气量，获取储氢装置内储存的当前氢气量与所需的储氢量的关系，若储氢装置内储存的当前氢气量大于等于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于海水淡化装置运行；若储氢装置内储存的当前氢气量小于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量首先用于电解水制氢装置，直至储氢装置内储存的当前氢气量大于或等于所需的储氢量，再提供电量给海水淡化装置运行；
若为用电高峰期，则在运行风机为该风机对应的供电地区进行供电的同时运行氢燃料发电装置进行发电为该风机对应的供电地区进行供电；
若为非弃风期间，风机以预定的功率运行，供给该风机对应的供电地区用电。
实施例4
本实施例海上微型风机电网组网方法，包括上述实施例2所述的系统，在实施例3的基础上，还包括：所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置；在用电高峰期，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能，为该风机对应的供电地区进行供电；在弃风期间、非弃风期间，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能为海水淡化装置的运行进行供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海上微型风机电网系统，其特征在于，包括：
设置在海岛上的风机，所述风机包括底座，所述底座上设有塔筒，所述塔筒顶端设有风机叶片，所述风机叶片连接风能发电机，所述底座内设有主控制器，所述主控制器通过控制电缆线与蓄电装置连接；其中，所述叶片的空腔分为若干区域，各个区域内分别设有一氢气密封袋，所述氢气密封袋粘贴在所述风气叶片空腔内壁上，所述氢气密封袋的形状与所述叶片空腔的形状相适配，且所述氢气密封袋内充有氢气；或所述叶片的空腔内壁贴合有气封膜，所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构，在由所述的气封膜和叶片的空腔内壁配合形成氢气密封结构内设有氢气；所述塔筒内设有储氢装置；
所述系统还包括：电解水制氢装置、氢燃料发电装置、海水淡化装置，所述蓄电池电连接功率分配器，所述功率分配器分别电连接电解水制氢装置、海水淡化装置以及用于将直流电转化为交流电的逆变器，所述逆变器电连接负载；
所述电解水制氢装置的进水端连接储水装置，所述电解水制氢装置的出气端连接储氢装置，所述氢燃料发电装置的进气端连通所述储氢装置，所述氢燃料发电装置在发电过程中产生的水通过水管进入所述储水装置内；海水经过滤装置进入海水淡化装置，海水过滤装置过滤得到的淡水输出至所述储水装置内。
2.根据权利要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述的电解水制氢装置设置在所述塔筒内；所述的氢燃料发电装置、海水过滤装置设置在运输车上，所述的电解水制氢装置、海水淡化装置采用可插拔方式与所述的功率分配器电连接。
3.根据权要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述氢燃料发电装置的电能输出端依次经燃料电量控制开关、所述逆变器连接负载。
4.根据权利要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置。
5.根据权利要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述的塔筒的内壁上均布有多条横向的加强环和均布有多条竖向的加强筋，所述的横向的加强环的横截面为矩形。
6.根据权要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述风机叶片上设有风力、风向传感器，所述的风力传感器、风速传感器分别电连接所述主控制器，并将所述的风力传感器、风速传感器获取的风力数据、风速数据输出至主控制器保存。
7.根据权要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述制氢及氢发电控制器电连接主控制器，所述主控制器输出用于控制所述的电解水制氢装置、氢燃料发电装置工作的控制信号至所述制氢及氢发电控制器。
8.根据权要求1所述的海上微型风机电网系统，其特征在于，所述塔筒上设有超声波驱鸟器，所述超声波驱鸟器与逆变器电连接。
9.一种海上微型风机电网方法，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的海上微型风机电网系统，所述方法包括：
判断当前至未来一段时间属于什么期间，
若为弃风期间，则风机以与非弃风期间相同的功率运行，风机的发电量用于为该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于驱动所述电解水制氢装置、海水淡化装置运行，其中，预测用电高峰期该风机对应的供电地区不足电量，根据所述不足电量计算氢燃料发电装置发出所述的不足电量所需的氢气量，获取储氢装置内储存的当前氢气量与所需的储氢量的关系，若储氢装置内储存的当前氢气量大于等于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量用于海水淡化装置运行；若储氢装置内储存的当前氢气量小于所需的储氢量，则该风机对应的供电地区供电后剩余的电量首先用于电解水制氢装置，直至储氢装置内储存的当前氢气量大于或等于所需的储氢量，再提供电量给海水淡化装置运行；
若为用电高峰期，则在运行风机为该风机对应的供电地区进行供电的同时运行氢燃料发电装置进行发电为该风机对应的供电地区进行供电；
若为非弃风期间，风机以预定的功率运行，供给该风机对应的供电地区用电。
10.根据权利要求9所述的海上微型风机电网方法，其特征在于，所述塔筒上设有至少一个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板电连接太阳能转换电能装置，所述太阳能转换电能装置电连接所述蓄电装置；在用电高峰期，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能，为该风机对应的供电地区进行供电；在弃风期间、非弃风期间，通过太阳能转换电能装置将太阳能转换为电能为海水淡化装置的运行进行供电。
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