CN107630787B - 一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置，包括spar平台塔筒，spar平台塔筒内部设置有气体储能器，spar平台塔筒上部安装有风轮转子，风轮转子与变量泵刚性联接，变量泵进水口通过导管与大海连接，变量泵出水口与比例阀输入口连接；比例阀输出口一路通过主喷嘴喷向水斗式水轮机，比例阀输出口另一路进入换向阀中；换向阀左位出口与气液储能器下部的海水腔室连通，气液储能器上部的空气腔室通过管道与气体储能器的空气腔室连通，换向阀右位出口通过辅助喷嘴喷向水斗式水轮机，水斗式水轮机与发电机刚性联接，发电机发出的电能对外并网。本发明的装置结构简单，工作可靠。

Description

一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置
技术领域
本发明属于海上发电能量储存技术领域，涉及一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置。
背景技术
海上风能相对于陆地风能具有天然的优势，高风速、低风切变、低湍流等显著优点使得近些年海上风电得到了迅速发展，并在未来风电的产业中将占有越来越重要的地位。由于风能的间断性，使得风电并网成为风电发展的最大难题。储能技术的发展为解决风电波动带来的并网难题提供了一种新的方法。
现有的抽水储能是大规模储能中最成熟的储能方法，但是受制于地理位置的限制，选址具有局限性。压缩空气储能对地理条件无特殊要求，建造成本和响应速度与抽水蓄能电站相当，使用寿命长，储能容量大，是一种具有广泛应用前景的大规模储能技术。以液压泵代替变速器直接与风轮转子联接，将发电机移到海平面上的液压型海上风力发电机已成为当前海上风电的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置，解决了现有技术大规模储能的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置，包括spar平台塔筒，spar平台塔筒内部设置有气体储能器，spar平台塔筒上部安装有风轮转子，风轮转子与变量泵刚性联接，变量泵进水口通过导管与大海连接，变量泵出水口与比例阀输入口连接；比例阀输出口一路通过主喷嘴喷向水斗式水轮机，比例阀输出口另一路进入换向阀中；
换向阀左位出口与气液储能器下部的海水腔室连通，气液储能器上部的空气腔室通过管道与气体储能器的空气腔室连通，换向阀右位出口通过辅助喷嘴喷向水斗式水轮机，水斗式水轮机与发电机刚性联接，发电机发出的电能对外并网。
本发明的带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置，其特征还在于：
所述的风轮转子轴端设置有转速检测器，变量泵出水口设置有流量检测器，转速检测器和流量检测器均与中央控制器信号连接，通过中央控制器实现数据采集，中央控制器输出端与比例阀和换向阀信号连接，控制比例阀的开度和换向阀的换向输出。
所述的比例阀、主喷嘴、辅助喷嘴、水斗式水轮机、发电机和换向阀都设置在漂浮平台上。
所述的气液储能器为钢筋混凝土结构，通过锚链固定在海床上。
所述的气液储能器采用高压海水构成液体活塞，储能器内腔分成上部高压气体腔室和下部高压液体腔室。
本发明的有益效果是，将压缩空气储能装置与spar平台相结合，利用压缩空气储能技术来平滑风电输出功率，实现安全、平稳、低成本的并网发电；气液储能器采用钢筋混凝土结构，通过锚链固定放置在海底；气体储能器安装在spar平台塔筒内；通过管道将气体储能器与气液储能器连接，储能时产生的高压高温气体通过管道与海水进行热交换后进入到气体储能器中，实现等温压缩储能。
本发明利用液体活塞压缩空气储能方式为海上漂浮风力机提供储能，该spar平台是将传统风力发电机机舱里的变速器去掉，直接将风轮转子与变量泵刚性联接，将风轮转子捕获的风能通过变量泵转化为液压能，从而将发电机从机舱里移到海平面上，这样一方面减轻了机舱的重量，另一方面便于维修保养。由于spar平台结构的简化和重量的减轻使得能够将气体储能器安装到spar平台的塔筒内，而不会显著增加spar平台的重量，这样既节省了空间又实现了储能的目的。
附图说明
图1是本发明的海上漂浮风力发电装置的结构示意图。
图中，1.风轮转子，2.变量泵，3.比例阀，4.主喷嘴，5.水斗式水轮机，6.发电机，7.换向阀，8.气液储能器，9.管道，10.spar平台塔筒，11.气体储能器，12.辅助喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明的海上漂浮风力发电装置的结构是，包括spar平台塔筒10，spar平台塔筒10内部设置有气体储能器11，spar平台塔筒10上部安装有风轮转子1，风轮转子1与变量泵2刚性联接，变量泵2进水口通过导管与大海连接，变量泵2出水口与比例阀3输入口连接；比例阀3输出口一路通过主喷嘴4喷向水斗式水轮机5，比例阀3输出口另一路进入换向阀7中；换向阀7左位出口与气液储能器8下部的海水腔室连通，气液储能器8上部的空气腔室通过(GRE/GEP)管道9与气体储能器11的空气腔室连通，换向阀7右位出口通过辅助喷嘴12喷向水斗式水轮机5，水斗式水轮机5与发电机6刚性联接，发电机6发出的电能对外并网。
风轮转子1轴端设置有转速检测器，变量泵2出水口设置有流量检测器，转速检测器和流量检测器均与中央控制器信号连接，通过中央控制器实现数据采集，中央控制器输出端与比例阀3和换向阀7信号连接，控制比例阀3的开度和换向阀7的换向输出。
上述的比例阀3、主喷嘴4、辅助喷嘴12、水斗式水轮机5、发电机6和换向阀7都设置在漂浮平台上。气液储能器8为钢筋混凝土结构，通过锚链固定在海床上；气体储能器11安装在spar平台塔筒10内部，这样既不占用陆地空间也不影响环境。
气液储能器8采用高压海水构成液体活塞将储能器内腔分成上部高压气体腔室和下部高压液体腔室。气液储能器8在储能时水位上升，压缩上部腔室中的空气进行储能，产生的压缩热一部分被液体活塞耗散，另一部分随着高压气流通过管道9流入气体储能器11的过程中与海水进行换热耗散掉，最终进入气体储能器11中的气体是等温高压气体。
本发明发电装置的工作原理是，
正常情况下，变量泵2将风轮转子1捕获的风能转化为液压能进行传递，变量泵2输出压力和流量，中央控制器通过数据分析，控制比例阀3进行分流，一部分流量直接通过主喷嘴4喷射到水斗式水轮机5中，水斗式水轮机5与发电机6刚性联接，从而带动发电机6发电；另一部分富余的流量通过换向阀7左位工作输送到气液储能器8中压缩上部空气进行储能。
在低风速、高载荷需求时，气液储能器8中受压缩空气的能量释放，高压海水通过换向阀7右位工作进入水斗式水轮机5，带动发电机6发电。
比例阀3根据载荷需求来进行流量分流，当输入流量大于载荷需求的时候，调节比例阀3的开度位置，通过换向阀7左位工作将富余的流量输入到气液储能器8中储能；当输入流量小于载荷需求时，比例阀3将全部流量直接输入到水斗式水轮机5，同时换向阀7右位工作，气液储能器8释放高压海水到水斗式水轮机5，带动发电机6发电。
本发明的发电装置，将海上风能采集与压缩空气储能耦合，气体储能器11安装在spar平台塔筒10内，气液储能器8采用液体活塞式结构，利用锚链固定放置在海床上，通过管道9将气体储能器11和气液储能器8串接在一起；储能时产生的高温高压气体通过管道9与海水进行热交换，然后进入到气体储能器11中，从而实现恒压等温压缩；既节约陆地空间又利用海水与管道的热交换将压缩空气产生的热耗散掉，达到等温压缩的效果。实现了大规模风电储能效应。

Claims (1)

1.一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置，其特征在于：包括spar平台塔筒(10)，spar平台塔筒(10)内部设置有气体储能器(11)，spar平台塔筒(10)上部安装有风轮转子(1)，风轮转子(1)与变量泵(2)刚性联接，变量泵(2)进水口通过导管与大海连接，变量泵(2)出水口与比例阀(3)输入口连接；比例阀(3)输出口一路通过主喷嘴(4)喷向水斗式水轮机(5)，比例阀(3)输出口另一路进入换向阀(7)中；
换向阀(7)左位出口与气液储能器(8)下部的海水腔室连通，气液储能器(8)上部的空气腔室通过管道(9)与气体储能器(11)的空气腔室连通，换向阀(7)右位出口通过辅助喷嘴(12)喷向水斗式水轮机(5)，水斗式水轮机(5)与发电机(6)刚性联接，发电机(6)发出的电能对外并网；
所述的风轮转子(1)轴端设置有转速检测器，变量泵(2)出水口设置有流量检测器，转速检测器和流量检测器均与中央控制器信号连接，通过中央控制器实现数据采集，中央控制器输出端与比例阀(3)和换向阀(7)信号连接，控制比例阀(3)的开度和换向阀(7)的换向输出；
所述的比例阀(3)、主喷嘴(4)、辅助喷嘴(12)、水斗式水轮机(5)、发电机(6)和换向阀(7)都设置在漂浮平台上；
所述的气液储能器(8)为钢筋混凝土结构，通过锚链固定在海床上；
所述的气液储能器(8)采用高压海水构成液体活塞，储能器内腔分成上部高压气体腔室和下部高压液体腔室。
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