CN107579535A - 一种孤岛能源系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能源储存及利用领域，公开一种孤岛能源系统及其工作方法，包括双向储能逆变器、光伏子系统、光热子系统、吸收式制冷子系统和储能子系统。日间启动光伏子系统利用太阳能发电，光伏子系统输出电力通过双向储能逆变器将直流电转化为交流电供给用户，盈余部分储存在储能子系统；光热子系统利用太阳能产生和存储热能，吸收式制冷子系统利用电能和热能产生冷能；夜间启动储能子系统，储能子系统输出电力通过双向储能逆变器整流为用户供电，吸收式制冷子系统利用电能和热能驱动，产生冷能。本发明利用储能技术和双向储能逆变技术，可在不依靠大电网支撑的条件下，进行孤岛供电、供热和供冷，无需外部电力供应，实现可再生能源的综合利用。

Description

一种孤岛能源系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及储能供能领域，特别是涉及一种孤岛能源系统及其工作方法。
背景技术
储能技术尤其是电能的存储对于能源系统的优化和调节具有重大意义。风光电力为代表的可再生能源电力因具有储量丰富、绿色低碳的优势，目前在全球的推广风头强劲，但可再生能源电力存在着固有的缺陷。以光伏发电为例，由于日夜交替，光伏发电存在规律性的间歇；由于阴雨天气的影响，光伏发电存在不确定性的长周期间歇；由于日照条件的影响，光伏发电存在规律性的输出功率波动；由于天空云团的影响，光伏发电存在不确定性的瞬时输出功率波动。以上所述间歇性、不确定性和波动性的出力特点，是可再生能源电力的最大缺陷，随着可再生能源电力在电网中的占比增大，其对电网安全运行的威胁越来越大，因而一般要求可再生能源电力的容量比不得超过某一比例，剩余电力不得入网。因而，可再生能源电力就地消纳、离网消纳的技术问题亟待解决。
利用微电网实现可再生能源电力的区域性离网消纳是解决可再生能源利用的一种潜在途径，但单一的电力供应难以满足用户对多种能源的需求，而利用电力来直接制取热能和冷能显然是低效且浪费的。
通过建设智能微能源网，将冷热电能源有机耦合，实现能源互补和能源综合利用，是解决上述问题的有效方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种孤岛能源系统及其工作方法，解决现有技术中再生能源电力就地离网消纳和多能联供问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种孤岛能源系统，包括
双向储能逆变器，用于将直流电转化为交流电或将交流电转化为直流电；
光伏子系统，与所述双向储能逆变器连接，用于利用太阳能发电；
光热子系统，与所述双向储能逆变器连接，用于利用太阳能和电能收集并储存热量；
吸收式制冷子系统，分别与所述光热子系统和所述双向储能逆变器连接，用于利用光热和电能产生冷能；
储能子系统，与所述双向储能逆变器连接，用于储存光伏子系统产生的盈余电能。
其中，所述储能子系统包括空气压缩机、储气室和透平发电机，所述空气压缩机和所述透平发电机均与所述双向储能逆变器连接，分别用于利用电能压缩空气和利用压缩空气膨胀做功发电，所述储气室分别与所述空气压缩机和所述透平发电机连接，用于储存和利用压缩空气。
其中，所述双向储能逆变器包括储电装置，所述储电装置用于储存电能，并在所述光伏子系统和所述储能子系统启动时提供启动电能。
本发明还公开一种孤岛能源系统工作方法，包括：日间工作方法和夜间工作方法；
所述日间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动光伏子系统利用太阳能发电，光伏子系统输出电力通过双向储能逆变器将直流电转化为交流电供给用户，盈余部分储存在储能子系统；
光热子系统利用太阳能产生和存储热能，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统产生的热能驱动，产生冷能；
所述夜间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动储能子系统，储能子系统输出电力通过双向储能逆变器整流后向用户供电，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统存储的热能驱动，产生冷能。
其中，所述储能子系统包括空气压缩机、储气室和透平发电机；日间，启动空气压缩机，利用光伏子系统产生的电能驱动，压缩空气，并储存在储气室内；夜间，启动透平发电机，利用光伏子系统产生的电能驱动，释放储气室内的压缩空气，膨胀做功发电。
其中，夜间，利用光热子系统日间产生的热能持续供热。
其中，所述双向储能逆变器包括储电装置，所述光伏子系统和所述储能子系统启动并开始输出电力后，首先为所述储电装置充电，然后再向用户提供电力。
(三)有益效果
本发明提供一种孤岛能源系统及其工作方法，利用储能技术和双向储能逆变技术，本发明可在不依靠大电网支撑的条件下，利用下可再生能源进行孤岛供电、供热和供冷，无需外部电力供应，实现可再生能源的综合利用。
附图说明
图1为本发明一种孤岛能源系统结构图；
图2为本发明一种孤岛能源系统工作方法的日间工作方法图；
图3为本发明一种孤岛能源系统工作方法的夜间工作方法图。
图中，1、双向储能逆变器；2、光伏子系统；3、光热子系统；4、吸收式制冷子系统；5、空气压缩机；6、储气室；7、透平发电机；8、用户。
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。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明公开一种孤岛能源系统，包括
双向储能逆变器1，用于将直流电转化为交流电或将交流电转化为直流电；
光伏子系统2，与所述双向储能逆变器1连接，用于利用太阳能发电；
光热子系统3，与所述双向储能逆变器1连接，用于利用太阳能和电能收集并储存热量；
吸收式制冷子系统4，分别与所述光热子系统3和所述双向储能逆变器1连接，用于利用光热和电能产生冷能；
储能子系统，与所述双向储能逆变器1连接，用于将光伏子系统2产生的盈余电能储存起来。
具体的，双向储能逆变器1，用于将直流电转化为交流电或将交流电转化为直流电，便于将光伏子系统2产生的直流电转化为交流电，便于储存和用户8使用，储能子系统也需要利用双向储能逆变器1进行整流后供用户8使用。本系统的电能来源全部取自于光伏子系统，当白天晴天时，收集太阳能利用光伏子系统2发电，利用储能子系统储电，光热子系统3集热储热，吸收式制冷子系统4利用储存的电能和热能产生冷能；当阴天或夜间时，利用储能子系统中储备的电能，光热子系统3中储备热能，以备用户需要。光伏子系统2产生的电力首先为双向储能逆变器1充电，其次为用户提供电力，最后富余的电力才进行存储。双向储能逆变器1具有AC(交流)-DC(直流)双向逆变功能及小容量储电功能，为系统提供启动电源。
本发明提供一种孤岛能源系统，利用储能技术和双向储能逆变技术，本发明可在不依靠大电网支撑的条件，利用下可再生能源进行孤岛供电、供热和供冷，无需外部电力供应，实现可再生能源的综合利用。
其中，所述储能子系统包括空气压缩机5、储气室6和透平发电机7，所述空气压缩机5和所述透平发电机7均与所述双向储能逆变器1连接，分别用于利用电能压缩空气和利用压缩空气膨胀做功发电，所述储气室6分别与所述空气压缩机5和所述透平发电机7连接，用于储存压缩空气。利用压缩空气进行储能，再利用压缩空气膨胀做功的方式进行发电，本质上储能子系统是利用空气进行储能的，这样的储能方式环保无污染，可用于离网区域夜间或阴天供电。
其中，所述双向储能逆变器1包括储电装置，所述储电装置用于储存电能，并驱动所述光伏子系统2和所述储能子系统。具体的，储电装置满足启动光伏子系统2、空气压缩机5和透平发电机7的电力需要，储电装置的容量相对较小，满足光伏子系统2、空气压缩机5和透平发电机7的启动电量即可。
如图2和图3所示，本发明还公开一种孤岛能源系统工作方法，包括：日间工作方法和夜间工作方法；
所述日间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动光伏子系统利用太阳能发电，光伏子系统输出电力通过双向储能逆变器将直流电转化为交流电供给用户8，盈余部分储存在储能子系统；
光热子系统利用太阳能产生和存储热能，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统产生的热能驱动，产生冷能；
所述夜间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动储能子系统，储能子系统输出电力通过双向储能逆变器整流，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统存储的热能驱动，产生冷能。
具体的，本发明的一种孤岛能源系统工作方法，日间，利用光伏子系统发电，并储存在储能子系统内，为用户8提供电能，利用光热子系统集热并储存热能，为用户8提供热能，利用吸收式制冷子系统和收集到的热能和电能，为用户8提供冷能。夜间，光伏子系统和光热子系统关闭，利用日间储存的电能和热能供给用户8需要，且夜间也可利用吸收式制冷子系统提供冷能。
其中，所述储能子系统包括空气压缩机、储气室和透平发电机；日间，启动空气压缩机，利用光伏子系统产生的电能驱动，压缩空气，并储存在储气室内；夜间，启动透平发电机，利用光伏子系统产生的电能驱动，释放储气室内的压缩空气，膨胀做功发电。将日间收集到的电能转化为机械能(即本实施例的压缩空气)储存起来，待夜间，利用机械能做功(压缩空气膨胀做功)转化为电能，供夜间用户8使用。而光热子系统本身具有存储热能的功能，因此在夜间，用户8也可以正常用电、用热和用冷。
其中，夜间，利用光热子系统日间产生的热能持续供热。
其中，所述双向储能逆变器包括储电装置，所述储电装置储存利用光伏子系统产生的电能，并利用储存的电能驱动所述光伏子系统和所述储能子系统，即储电装置满足启动光伏子系统2、空气压缩机5和透平发电机7的电力需要。储电装置不用于用户8用电，只用于启动设备用电。所述光伏子系统和所述储能子系统启动并开始输出电力后，首先为所述储电装置充电，然后再向用户提供电力。
本发明提供一种孤岛能源系统及其工作方法，利用储能技术和双向储能逆变技术，本发明可在不依靠大电网支撑的条件，利用下可再生能源进行孤岛供电、供热和供冷，无需外部电力供应，实现可再生能源的综合利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种孤岛能源系统，其特征在于，包括
双向储能逆变器(1)，用于将直流电转化为交流电或将交流电转化为直流电；
光伏子系统(2)，与所述双向储能逆变器(1)连接，用于利用太阳能发电；
光热子系统(3)，与所述双向储能逆变器(1)连接，用于利用太阳能和电能收集并储存热量；
吸收式制冷子系统(4)，分别与所述光热子系统(3)和所述双向储能逆变器(1)连接，用于利用光热和电能产生冷能；
储能子系统，与所述双向储能逆变器(1)连接，用于储存光伏子系统(2)产生的盈余电能。
2.如权利要求1所述的孤岛能源系统，其特征在于，所述储能子系统包括空气压缩机(5)、储气室(6)和透平发电机(7)，所述空气压缩机(5)和所述透平发电机(7)均与所述双向储能逆变器(1)连接，分别用于利用电能压缩空气和利用压缩空气膨胀做功发电，所述储气室(6)分别与所述空气压缩机(5)和所述透平发电机(7)连接，用于储存和利用压缩空气。
3.如权利要求2所述的孤岛能源系统，其特征在于，所述双向储能逆变器(1)包括储电装置，所述储电装置用于储存电能，并在所述光伏子系统(2)和所述储能子系统启动时提供启动电能。
4.一种孤岛能源系统工作方法，其特征在于，包括：日间工作方法和夜间工作方法；
所述日间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动光伏子系统利用太阳能发电，光伏子系统输出电力通过双向储能逆变器将直流电转化为交流电供给用户，盈余部分储存在储能子系统；
光热子系统利用太阳能产生和存储热能，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统产生的热能驱动，产生冷能；
所述夜间工作方法包括：
双向储能逆变器驱动储能子系统，储能子系统输出电力通过双向储能逆变器整流后向用户供电，吸收式制冷子系统利用光伏子系统产生的电能和光热子系统存储的热能驱动，产生冷能。
5.如权利要求4所述的孤岛能源系统工作方法，其特征在于，所述储能子系统包括空气压缩机、储气室和透平发电机；日间，启动空气压缩机，利用光伏子系统产生的电能驱动，压缩空气，并储存在储气室内；夜间，启动透平发电机，利用光伏子系统产生的电能驱动，释放储气室内的压缩空气，膨胀做功发电。
6.如权利要求4所述的孤岛能源系统工作方法，其特征在于，夜间，利用光热子系统日间产生的热能持续供热。
7.如权利要求4所述的孤岛能源系统工作方法，其特征在于，所述双向储能逆变器包括储电装置，所述光伏子系统和所述储能子系统启动并开始输出电力后，首先为所述储电装置充电，然后再向用户提供电力。
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