CN108915953B - 一种热储能——发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；还提出了一种热储能发电两级循环的风电功率平衡稳定系统的使用方法，利用储热物质从固态到液态将吸收大量潜热的特性，使风力充足时的风电能量转换成相变热能进行储存，储热系统始终保持在备用状态，可以大幅度提高储热密度，减少储热温度变化幅度，提高热点转化效率，降低补偿稳定系统造价，同时有利于在风电场分散式布置，可提高响应速度，降低电网备用容量的成本。

Description

一种热储能——发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使 用方法

技术领域

本发明涉及清洁能源的开发利用领域，具体涉及一种热储能发电两级循环的风电功率平衡稳定系统及使用方法。

背景技术

随着对清洁能源开发利用的意识增强，风力发电的规模也日趋增大，由于风力自身的间歇性和波动性，使风力发电功率无规律变化，对电网的运行影响也越来越大，不仅使风力发电机转动惯量减少，频率调节特性变差，而且可能引起电网电压波动和电压闪变，为了维持电网功率平衡和稳定，电网内不得不设置应对风电功率波动的备用容量，这些备用容量成了电网运行的额外成本。

为了改善风力发电场功率输出的波动性，研究者们提出了包括超级电容、超导技术、大型蓄电池群阵、压缩空气、熔盐热能储能等多种技术，以期实现对风力发电功率以予补偿达到稳定。其中，超导储能技术有待高温超导体实用化，超级电容储能由于价格昂贵只适用于短时功率补偿，并不适用能量补偿，压缩空气储能、熔盐热能储能和抽水储能由于实时响应慢，难以满足风电功率频繁的波动变化需求，大型蓄电池群阵由于日常维护成本高，存在潜在的二次污染环保问题，而以往的熔盐热能储能技术主要利用了熔盐显热，不仅储热密度低，储热温度变化幅度大，投资高，而且存在冷凝后重启困难的缺点，此外大型热能储能设备需要占用大量土地，不仅因设备容量大而响应速度慢，还会给电网潮流控制带来困难。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种热储能——发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，目的是提供一种分布式的，在风力发电场就地实现功率波动平抑的技术，该系统利用物质从固态到液态相变中将吸收大量潜热的特性，使风力充足时的风电能量转化为热能储存，并保持在热备用状态，在风力发电不足时，通过回路切换，重新提储存的取热能发电，以补偿风力发电因风力减弱而缺失的功率。以在风电场内削峰填谷自我平衡的方式，利用变相储热技术，缩小储热和放热温差，以较高热转换效率解决对风力发电功率补偿不稳定，风力发电场功率输出的波动性大，难以满足风力发电功率频繁的波动变化需求，发电不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；

所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉、相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器、旁通管路、汇流换向阀、导热工质增压泵、加压补液槽以及导热循环泵；所述蒸发换热器包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉通过管路依次与相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器的加热侧、旁通管路、汇流换向阀和导热循环泵连接并回到导热工质加热炉构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉的一侧通过导线连接至风力发电机的出线端，导热工质加热炉的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀与导热循环泵的连接段通过管路与导热工质增压泵的一端连接，导热工质增压泵的另一端通过管路与加压补液槽连接；

所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器的蒸发侧、膨胀机、功率补偿发电机、升压变压器、回热换热器、冷凝换热器、冷源循环泵、双向泵、工质贮液箱、以及膨胀工质循环泵，所述回热换热器包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器的冷却侧、冷凝换热器的冷凝侧以及膨胀工质循环泵连接，经过回热换热器的加热侧的管路连接回到蒸发换热器的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机通过机械轴与功率补偿发电机连接，冷凝换热器的冷却侧与冷源循环泵连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器与膨胀工质循环泵的连接段通过管路与双向泵连接，所述双向泵的另一端通过管路与工质贮液箱连接；

所述测量控制单元包含主控制器以及与主控制器相连的风力发电机机端检测器、导热工质加热炉控制器、导热循环泵控制器、导热工质增压泵控制器、膨胀工质循环泵控制器、双向泵控制器、冷源循环泵控制器、功率补偿发电机机端检测器以及输电网检测器，所述主控制器的输出还与功率补偿发电机的控制端相连，所述风力发电机机端检测器的输入与风力发电机的输出相连，所述风力发电机机端检测器采集风力发电机运行的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器与导热工质加热炉相连，所述导热循环泵控制器与导热循环泵相连，所述导热工质增压泵控制器还与导热工质增压泵相连，所述膨胀工质循环泵控制器与膨胀工质循环泵相连，所述双向泵控制器与双向泵控相连，所述冷源循环泵控制器与冷源循环泵相连，所述功率补偿发电机机端检测器的输入与功率补偿发电机的输出相连，输电网检测器的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器采集功率补偿发电机运行的电气参数信号，所述输电网检测器采集输电网运行的电气参数信号。

本发明还提出了一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统的使用方法，包含以下步骤:

A、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号对导热工质加热炉控制器发出动作指令，启动导热工质加热炉将风电功率高于电网负荷所需功率的部分施加于导热工质加热炉内，对导热工质进行加热成为高温导热工质，高温导热工质在导热循环泵的作用下进入相变储热箱，与相变储热箱内封装的固液相变储热物质进行热交换，将热量传递于固液相变储热物质后降温，经分流换向阀、旁通管路和汇流换向阀流入导热循环泵，经导热循环泵驱动再次回到导热工质加热炉，完成一次加热储热循环；

B、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号，向导热工质加热炉发出停止加热导热工质的指令，同时调整分流换向阀和汇流换向阀的流向，使导热工质吸收封装的相变物质散热后从相变储热箱流出后进入蒸发换热器，加热蒸发换热器另一侧的蒸发膨胀工质使其蒸发，导热工质在蒸发换热器内释放热量降温后，沿管路回到导热循环泵，导热循环泵驱动导热工质经过导热工质加热炉再次回到相变储热箱，完成一次储热放热循环；

C、所述导热工质增压泵在主控制器的指令下，经导热工质增压泵控制器的调节，向加热储热循环管路增压，保持加热储热循环管路中的压力高于导热工质的饱和汽化压力，防止导热工质在高温中蒸发汽化；

D、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，膨胀机、功率补偿发电机、膨胀工质循环泵在主控制器的指令下停止工作；

E、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器发出指令启动膨胀工质循环泵，使高压低温液态膨胀工质进入回热换热器预热后，沿管路进入蒸发换热器，蒸发膨胀工质在蒸发换热器内吸收加热侧导热工质传递的热量，蒸发成高温高压气态，沿管路进入膨胀机驱动转子做功，将热能转化成机械能后，从膨胀机流出的低温低压气态膨胀工质进入回热换热器向另一侧的高压低温液态膨胀工质继续释放热量，降低温度后成为低温低压饱和气态，继续沿管路进入冷凝换热器，向冷凝换热器冷却侧的冷源工质释放热量，冷凝成为低温低压液态膨胀工质，再次回到膨胀工质循环泵加压，完成一次热力膨胀发电循环；

F、所述膨胀机转化热能为机械能后，驱动功率补偿发电机发电，补充因风力减弱而减少的风力发电机发电功率，使风电场总输出功率保持平稳；

G、所述主控制器通过从风力发电机机端检测器测得的信号，计算与电网负荷所需的功率差额，向膨胀工质循环泵控制器发出指令，控制膨胀工质循环泵调节进入膨胀机的膨胀工质流量和进出口压力，使膨胀机和功率补偿发电机发电的功率满足功率补偿平衡的要求；

H、所述双向泵在主控制器的指令下，接受双向泵控制器的调节，通过管路向热力膨胀发电循环管路注入或抽出适量膨胀工质，调节管路中膨胀工质的冷凝压力，使冷凝温度与冷源工质温度相匹配；

I、所述冷源循环泵在主控制器的指令下，接受冷源循环泵控制器的调节，使冷源工质的循环流量与冷凝换热器的膨胀工质的冷凝温度相匹配。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明根据物质固液相变吸收大量潜热的物理学原理和郎肯循环的热力学原理，将风力发电波动中功率充足的部分电力以相变潜热形式储存，储热系统始终保持在热备用状态，在风力发电不足时重新转换成电力，补足因风力下降出现的风电功率缺额，通过各自不同的回路切换，以削峰填谷的方式，可快速实现风力发电输出的功率平稳，提高输出稳定功率的保障水平。

通过采用分布式相变储热技术，可以大幅度提高储热密度，减少储能物质用量一般左右，缩小储热温度变化幅度80％，提高热电转换效率，大幅度降低储能设施和建设成本，分析表明：当热能转换效率为16％时，可使风力发电可靠率90％的保证功率提高10％；此外，本发明可以使风电功率补偿设施按风电机组容量的10％～15％比例随风电场的机组或发电机母线组分布式设置，有利于在风电场就地分散式布置，提高响应速度，可以大幅度减少风电场整体功率波动，减缓给输电网带来的冲击，降低电网备用容量的成本。

附图说明

图1为本发明实施例中热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统结构示意图。

上述附图中：1为风力发电机，2为风力发电机机端检测器，3为导热工质加热炉控制器，4为导热工质加热炉，5为相变储热箱，6为分流换向阀，7为旁通管路，8为蒸发换热器，9为汇流换向阀，10为导热循环泵，11为导热循环泵控制器，12为导热工质增压泵，13为导热工质增压泵控制器，14为加压补液槽，15为膨胀机，16为功率补偿发电机，17为回热换热器，18为冷凝换热器，19为膨胀工质循环泵，20为膨胀工质循环泵控制器，21为双向泵，22为双向泵控制器，23为工质贮液箱，24为冷源循环泵，25为冷源循环泵控制器，26为主变压器，27为升压变压器，28为功率补偿发电机机端检测器，29为输电网检测器，30为主控制器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1所示，一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；加热储热循环单元与热力膨胀发电循环单元构成了热储能发电的两级循环；

所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉4、相变储热箱5、分流换向阀6、蒸发换热器8、旁通管路7、汇流换向阀9、导热工质增压泵12、加压补液槽14以及导热循环泵10；所述蒸发换热器8包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉4通过管路依次与相变储热箱5、分流换向阀6、蒸发换热器8的加热侧、旁通管路7、汇流换向阀9和导热循环泵10连接并回到导热工质加热炉4构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉4的一侧通过导线连接至风力发电机1的出线端，导热工质加热炉4的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱5封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器8的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀9与导热循环泵10的连接段通过管路与导热工质增压泵12的一端连接，导热工质增压泵12的另一端通过管路与加压补液槽14连接；上述相变储热箱5的技术特征，可参照另一专利201610030612.4相关内容；

所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器8的蒸发侧、膨胀机15、功率补偿发电机16、升压变压器27、回热换热器17、冷凝换热器18、冷源循环泵24、双向泵21、工质贮液箱23、以及膨胀工质循环泵19，所述回热换热器17包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器18包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器8的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器17的冷却侧、冷凝换热器18的冷凝侧以及膨胀工质循环泵19连接，经过回热换热器17的加热侧的管路连接回到蒸发换热器8的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器8的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机15通过机械轴与功率补偿发电机16连接，冷凝换热器18的冷却侧与冷源循环泵24连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器18与膨胀工质循环泵19的连接段通过管路与双向泵21的一端连接，所述双向泵21的另一端通过管路与工质贮液箱23连接；

所述测量控制单元包含主控制器30以及与主控制30器相连的风力发电机机端检测器2、导热工质加热炉控制器3、导热循环泵控制器11、导热工质增压泵控制器13、膨胀工质循环泵控制器20、双向泵控制器22、冷源循环泵控制器25、功率补偿发电机机端检测器28以及输电网检测器29，所述主控制器30的输出还与功率补偿发电机16的控制端相连，所述风力发电机机端检测器2的输入与风力发电机1的输出相连，所述风力发电机机端检测器2采集风力发电机运行1的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器3与导热工质加热炉4相连，所述导热循环泵控制器11与导热循环泵10相连，所述导热工质增压泵控制器13还与导热工质增压泵12相连，所述膨胀工质循环泵控制器20与膨胀工质循环泵19相连，所述双向泵控制器22与双向泵控21相连，所述冷源循环泵控制器25与冷源循环泵24相连，所述功率补偿发电机机端检测器28的输入与功率补偿发电机16的输出相连，输电网检测器29的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器28采集功率补偿发电机运行16的电气参数信号，所述输电网检测器29采集输电网运行的电气参数信号。通过加热储热循环单元与热力膨胀发电循环单元相结合实现了热储能发电的两级循环，分布式功率补偿发电装置是一种从风力发电机组出线端提取多余电量进行热储存，将风力发电波动中功率充足的部分电力以相变热形式储存，储热系统始终保持在备用状态，并在风力不足时重新提取热能发电接入主变压器出线端，以补偿发电缺失的大密度、小温差、快响应、低成本、高效率的分布式“电-热-电”转换系统，通过各自不同的回路切换，以削峰填谷的方式，使风力发电输出的功率平稳，提高输出稳定功率的保障水平，可以大幅度提高储热密度，缩小储热温度变化幅度，提高热点转换效率，缩小设备尺寸，降低设备造价，有利于在风电场就地分布设置，提高响应速度，改善风电场输出特性，降低电网容量备用成本。

所述导热工质可以但不限于包含水合成导热油、矿物导热油、硅氧导热脂、熔融盐中的一种或两种以上的稳定混合物；优选的可以但不限于是联苯、联苯醚、氢化三联苯、苄基甲苯、二苄基甲苯、烷基奈、矿物油、水的一种或两种以上的稳定混合物。

所述的相变储热箱5中，内部有与导热工质隔离封装的高潜热液-固相变固液相变储热物质。所述相变储热箱5可采用专利号为201610030612.4的高相变容积比的快速相变储能装置。所述的与导热工质隔离封装的高潜热液-固相变储热物质可以但不限于包含联苯、联苯醚、多氯联苯、siloxanes、熔融盐、熔融相变合金中的一种或两种以上的稳定混合物，优选的，储热物质还可以是NaNO2、NaNO3、KNO3、KOH、NaCl、MaCl2、Ca(NO3)2、Li2SO4、LiNO3、LiOH、Na2CO3、Li2CO3、Mg、Al、Zn、Si的一种或两种以上的稳定混合物。

所述蒸发膨胀工质可以但不限于包含水、芳烃类有机物、烷烃类有机物、烯烃类有机物、氢氟烃类有机物、氢碳氟烃类有机物、siloxanes中的一种或两种以上的稳定混合物。优选的，膨胀工质还可以是苯、Toluen、Cyclohexene、n-Hexene、Isopetane、n-Butane、Iso-butane、TherminolVP-1、Hitac XL、MM(C6H18Si2O)、MDM(C6H18Si3O2)、MD2M(C10H30Si4O3)、MD3M(C12H36Si5O4)、MD4M(C14H42Si6O5)、D4(CH32SiO4)、D5、D6(C12H36Si6O6)中的一种或两种以上的稳定混合物；

其中，MM:Hexamethyldisiloxane,MDM:Octamethyltrisiloxane,

MD2M:Decamethylpentailoxane,MD3M:Dedamethylpentasiloxane,

MD4M:Tetradecamethylherasiloxane,D4:Oetamethylcycloteyrasiloxane,

D6:Podecamethylcyclohexasiloxane。

所述膨胀机15选用双螺杆膨胀机、单螺杆膨胀机、活塞式膨胀机、涡轮式膨胀机中任意一种。

所述功率补偿发电机16选用同步交流发电机、异步交流发电机中任意一种。

所述冷源工质选用淡水、海水、氨水、空气中任意一种。

所述导热工质加热炉4为电加热炉。因为电加热炉在低压(常压下或较低压力)的情况下能提供高温热能。

所述主控制器30通过采集风力发电机机端、功率补偿发电机机端、输电网端的运行参数以及加热储热循环管路、热力膨胀循环管路中的工质运行参数，经计算后，分别向导热工质加热炉控制器3、导热工质循环泵控制器11、导热工质增压泵控制器13、膨胀工质循环泵控制器20、双向泵控制器22、冷源循环泵控制器25以及功率补偿发电机16发送运行指令。

一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统的使用方法，包含以下步骤:

A、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，主控制器30根据从风力发电机机端检测器2测得的信号对导热工质加热炉控制器3发出动作指令，启动导热工质加热炉4将风电功率高于电网负荷所需功率的部分施加于导热工质加热炉4内，对导热工质进行加热成为高温导热工质，高温导热工质在导热循环泵10的作用下进入相变储热箱5，与相变储热箱5内封装的固液相变储热物质进行热交换，将热量传递于固液相变储热物质降温后，经分流换向阀6、旁通管路7和汇流换向阀9流入导热循环泵10，经导热循环泵10驱动再次回到导热工质加热炉4，完成一次加热储热循环；

所述导热工质经导热工质加热炉4加热的温度范围根据选用的工质可以是280℃到600℃，优选的可以是300℃到380℃。

所述固液相变储热物质工作温度范围根据选用的物质可以是200℃到580℃，优选的可以是280℃到340℃。

B、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器30根据从风力发电机机端检测器2测得的信号，向导热工质加热炉4发出停止加热导热工质的指令，同时调整分流换向阀6和汇流换向阀9的流向，使导热工质吸收封装的相变物质后从相变储热箱5流出后进入蒸发换热器8，加热蒸发换热器8另一侧的蒸发膨胀工质使其蒸发，导热工质在蒸发换热器8内释放热量降温后，沿管路回到导热循环泵10，导热循环泵10驱动导热工质经过导热工质加热炉4再次回到相变储热箱5，完成一次储热放热循环；

C、所述导热工质增压泵12在主控制器30的指令下，经导热工质增压泵控制器13的调节，向加热储热循环管路增压，保持加热储热循环管路中的压力高于导热工质的饱和汽化压力，防止导热工质在高温中蒸发汽化；

D、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，膨胀机15、功率补偿发电机16、膨胀工质循环泵19在主控制器30的指令下停止工作；

E、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器30发出指令启动膨胀工质循环泵19，使高压低温液态膨胀工质进入回热换热器17预热后，沿管路进入蒸发换热器8，蒸发膨胀工质在蒸发换热器8内吸收加热侧导热工质传递的热量，蒸发成高温高压气态，沿管路进入膨胀机15驱动转子做工，将热能转化成机械能后，从膨胀机15流出的低温低压气态膨胀工质进入回热换热器17向另一侧的高压低温液态膨胀工质继续释放热量，降低温度后成为低温低压饱和气态，继续沿管路进入冷凝换热器18，向冷凝换热器18冷却侧的冷源工质释放热量，冷凝成为低温低压液态膨胀工质，再次回到膨胀工质循环泵19加压，完成一次热力膨胀发电循环；

F、所述膨胀机15转化热能为机械能后，驱动功率补偿发电机发电16，补充因风力减弱而减少的风力发电机发电功率，使风电场总输出功率保持平稳；

G、所述主控制器30通过从风力发电机机端检测器2测得的信号，计算与电网负荷所需的功率差额，向膨胀工质循环泵控制器20发出指令，控制膨胀工质循环泵19调节进入膨胀机15的膨胀工质流量和进出口压力，使膨胀机15和功率补偿发电机16发电的功率满足功率补偿平衡的要求；

H、所述双向泵21在主控制器30的指令下，接受双向泵控制器22的调节，通过管路向热力膨胀发电循环管路注入或抽出适量膨胀工质，调节管路中膨胀工质的冷凝压力，使冷凝温度与冷源工质温度相匹配；

I、所述冷源循环泵24在主控制器30的指令下，接受冷源循环泵控制器25的调节，使冷源工质的循环流量与冷凝换热器18的膨胀工质的冷凝温度相匹配。

本发明利用固液相变进行热储能，可采取靠近风力发电机的就地分散布置(分布式体现)；提高储能密度降低造价；缩小储热和放热温差变幅(利用物质等温相变原理)提高郎肯循环发电的转换效率；设备小型化减少转动惯量提高系统响应速度；分散就地分布减少对电网的依赖，减轻电网负担；对于固液相变储热的优点，主要有以下几个方面：

大幅降低储热温差。如位于西班牙的solar Tow项目，采用solar solt的显热储热，温变幅度高达170℃，实际有效的热发电温度仍然在365℃以下。为了满足储热容量而多出来的170℃温度范围，对设备耐温耐腐都有更高要求，从而造价更高。如果用固热相变潜热储热，由于相变温度点是固定的，吸热和储热工质只需围绕相变温度上下20℃附近波动，大大缩小了温度变幅，可以减少设备在大幅度温变条件下的要求，从而降低造价。

可以提高储热密度。相同温变幅度的前提下，由于绝大多数相变物质的潜热/显热比都在140℃以上(潜热一般都在220kJ/kg以上，显热一般在1.5kJ/kg，故两者比值达140倍)，利用潜热的储热量可以提高80％至三倍以上。换言之，在相同的储热量下，可以大幅减少储热物质用量约一半左右，从而节省设施造价。

可提高储热下限温度或提高热电效率。如前述solar Tow项目为例，由于利用显热的温度范围是365℃～535℃，其设备耐温条件已经达到535℃以上，但热发电的利用范围却只能在365℃以下，不仅可以获得高达879Kj/Kg的潜热，而且由于其相变温度为471℃，可以是储热利用的下限温度达到425℃，可为后续的热发电循环提升热利用效率4个百分点。

可直接改善风电场的功率输出特性。本发明采用的相变储热技术，目的在于使设备小型化，分散布置于风电机(组)旁，取自风力发电机端的多余电能就地实现“削峰填谷”的功率平衡，是风力发电的高额变幅尽可能在风电场内平滑，不传递到输电网上，从而避免对电网的冲击，也为电网节省了抗冲击备用容量，实际起到降低备用和调度成本的作用。另一方面，由于发电机端的功率平衡补偿装置小型分散化，设备的转动惯量大大减少(与设备尺寸的4次方成正比)，补偿系统的罐型时间常数大大降低，功率变幅的速动性大幅提高，使功率补偿系统的响应速度远远快于大型集中功率补偿设施的速动性，因此更容易满足平抑风电场输出功率脉动的要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，应用于风力发电系统，所述风力发电系统包含风力发电机与主变压器，其特征在于：还包含采用隔离封装相变储热技术，并联于风力发电机组出线端的分布式功率补偿发电装置，风力发电机的输出与主变压器的输入相连，主变压器的输出与用电端或电网相连，所述分布式功率补偿发电装置包含加热储热循环单元、热力膨胀发电循环单元与测量控制单元；

所述加热储热循环单元包含导热工质加热炉、相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器、旁通管路、汇流换向阀、导热工质增压泵、加压补液槽以及导热循环泵；所述蒸发换热器包含加热侧和蒸发侧，所述导热工质加热炉通过管路依次与相变储热箱、分流换向阀、蒸发换热器的加热侧、旁通管路、汇流换向阀和导热循环泵连接并回到导热工质加热炉构成封闭的第一循环回路，所述第一循环回路中充装有导热工质，所述导热工质加热炉的一侧通过导线连接至风力发电机的出线端，导热工质加热炉的另一侧通过管路接入第一循环回路，所述相变储热箱封装有固液相变储热物质，所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路与热力膨胀发电循环单元连接，所述汇流换向阀与导热循环泵的连接段通过管路与导热工质增压泵的一端连接，导热工质增压泵的另一端通过管路与加压补液槽连接；

所述热力膨胀发电循环单元包含蒸发换热器的蒸发侧、膨胀机、功率补偿发电机、升压变压器、回热换热器、冷凝换热器、冷源循环泵、双向泵、工质贮液箱、以及膨胀工质循环泵，所述回热换热器包含加热侧和冷却侧，所述冷凝换热器包含冷凝侧和冷却侧；所述蒸发换热器的蒸发侧通过管路依次与膨胀机、回热换热器的冷却侧、冷凝换热器的冷凝侧以及膨胀工质循环泵连接，经过回热换热器的加热侧的管路连接回到蒸发换热器的蒸发侧构成封闭的第二循环回路，所述第二循环回路中充装蒸发膨胀工质，所述蒸发换热器的加热侧通过管路与加热储热循环单元连接，所述膨胀机通过机械轴与功率补偿发电机连接，冷凝换热器的冷却侧与冷源循环泵连接形成冷源管路，所述冷源管路中充装冷源工质，冷凝换热器与膨胀工质循环泵的连接段通过管路与双向泵连接，所述双向泵的另一端通过管路与工质贮液箱连接；

所述测量控制单元包含主控制器以及与主控制器相连的风力发电机机端检测器、导热工质加热炉控制器、导热循环泵控制器、导热工质增压泵控制器、膨胀工质循环泵控制器、双向泵控制器、冷源循环泵控制器、功率补偿发电机机端检测器以及输电网检测器，所述主控制器的输出还与功率补偿发电机的控制端相连，所述风力发电机机端检测器的输入与风力发电机的输出相连，所述风力发电机机端检测器采集风力发电机运行的电气参数信号，所述导热工质加热炉控制器与导热工质加热炉相连，所述导热循环泵控制器与导热循环泵相连，所述导热工质增压泵控制器还与导热工质增压泵相连，所述膨胀工质循环泵控制器与膨胀工质循环泵相连，所述双向泵控制器与双向泵控相连，所述冷源循环泵控制器与冷源循环泵相连，所述功率补偿发电机机端检测器的输入与功率补偿发电机的输出相连，输电网检测器的输入与主变压器的输出相连，并连接至电网或用电端；所述功率补偿发电机机端检测器采集功率补偿发电机运行的电气参数信号，所述输电网检测器采集输电网运行的电气参数信号；

所述导热工质包含水合成导热油、矿物导热油、硅氧导热脂、熔融盐中的一种或两种以上的稳定混合物；

所述相变储热箱中封装的固液相变储热物质包含联苯、联苯醚、多氯联苯、siloxanes、熔融盐、熔融相变合金中的一种或两种以上的稳定混合物。

2.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述膨胀工质包含水、芳烃类有机物、烷烃类有机物、烯烃类有机物、氢氟烃类有机物、氢碳氟烃类有机物、siloxanes中的一种或两种以上的稳定混合物。

3.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述膨胀机选用双螺杆膨胀机、单螺杆膨胀机、活塞式膨胀机、涡轮式膨胀机中任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述的功率补偿发电机选用同步交流发电机、异步交流发电机中任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述冷源工质选用淡水、海水、氨水、空气中任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统，其特征在于：所述导热工质加热炉为电加热炉。

7.一种热储能发电两级循环的分布式风电功率平衡稳定系统的使用方法，其特征在于：使用由权利要求1至权利要求6任意一项所述的一种热储能发电两级循环的风电功率平衡稳定系统，包含以下步骤:A、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号对导热工质加热炉控制器发出动作指令，启动导热工质加热炉将风电功率高于电网负荷所需功率的部分施加于导热工质加热炉内，对导热工质进行加热成为高温导热工质，高温导热工质在导热循环泵的作用下进入相变储热箱，与相变储热箱内封装的固液相变储热物质进行热交换，将热量传递于固液相变储热物质后降温，经分流换向阀、旁通管路和汇流换向阀流入导热循环泵，经导热循环泵驱动再次回到导热工质加热炉，完成一次加热储热循环；

B、在所述的加热储热循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器根据从风力发电机机端检测器测得的信号，向导热工质加热炉发出停止加热导热工质的指令，同时调整分流换向阀和汇流换向阀的流向，使导热工质吸收封装的相变物质散热后从相变储热箱流出后进入蒸发换热器，加热蒸发换热器另一侧的蒸发膨胀工质使其蒸发，导热工质在蒸发换热器内释放热量降温后，沿管路回到导热循环泵，导热循环泵驱动导热工质经过导热工质加热炉再次回到相变储热箱，完成一次储热放热循环；

C、所述导热工质增压泵在主控制器的指令下，经导热工质增压泵控制器的调节，向加热储热循环管路增压，保持加热储热循环管路中的压力高于导热工质的饱和汽化压力，防止导热工质在高温中蒸发汽化；

D、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率大于电网负荷所需功率时，膨胀机、功率补偿发电机、膨胀工质循环泵在主控制器的指令下停止工作；

E、在所述热力膨胀发电循环单元中，当出现风电功率小于电网负荷所需功率时，主控制器发出指令启动膨胀工质循环泵，使高压低温液态膨胀工质进入回热换热器预热后，沿管路进入蒸发换热器，蒸发膨胀工质在蒸发换热器内吸收加热侧导热工质传递的热量，蒸发成高温高压气态，沿管路进入膨胀机驱动转子做功，将热能转化成机械能后，从膨胀机流出的低温低压气态膨胀工质进入回热换热器向另一侧的高压低温液态膨胀工质继续释放热量，降低温度后成为低温低压饱和气态，继续沿管路进入冷凝换热器，向冷凝换热器冷却侧的冷源工质释放热量，冷凝成为低温低压液态膨胀工质，再次回到膨胀工质循环泵加压，完成一次热力膨胀发电循环；

F、所述膨胀机转化热能为机械能后，驱动功率补偿发电机发电，补充因风力减弱而减少的风力发电机发电功率，使风电场总输出功率保持平稳；

G、所述主控制器通过从风力发电机机端检测器测得的信号，计算与电网负荷所需的功率差额，向膨胀工质循环泵控制器发出指令，控制膨胀工质循环泵调节进入膨胀机的膨胀工质流量和进出口压力，使膨胀机和功率补偿发电机发电的功率满足功率补偿平衡的要求；

H、所述双向泵在主控制器的指令下，接受双向泵控制器的调节，通过管路向热力膨胀发电循环管路注入或抽出适量膨胀工质，调节管路中膨胀工质的冷凝压力，使冷凝温度与冷源工质温度相匹配；

I、所述冷源循环泵在主控制器的指令下，接受冷源循环泵控制器的调节，使冷源工质的循环流量与冷凝换热器的膨胀工质的冷凝温度相匹配。