CN110645147A - 储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法，该储能装置包括：壳体，具有由壁部形成的容纳腔；储热构件，设置于容纳腔，储热构件包括储能本体和设置于储能本体内的传导件，传导件的一端从壁部伸出，并与外部能量装置电连接；储能本体设置有沿第一方向贯穿自身的多个传热孔道，传导件容纳于多个传热孔道内且相互连接。本发明通过设置于壳体内的储热构件来快速消耗外部能量装置的额外能量，并以热能的方式进行存储，有效地节约、利用能量，降低了风力发电机组的自耗电，有利于调节风力发电机组的发电功率。

Description

储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法。
背景技术
风力发电机组将风能转化为电能是通过发电机、变流器、变压器等一系列的电气设备完成的。风力发电机组包括例如电机、电气系统、润滑系统、液压系统等大量零部件，这些零部件在服务于发电的同时，自身也会消耗电能。
由于大自然的风是变化的，风机在正常工作时，风况的这种不确定性使得发电机发电的电压波动，电压波动可能导致发电机上的浪涌保护器以及其它零部件受到损伤。因此，上述这些电气设备需要实时调节发电的功率，以满足机组寿命及电网标准的要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法，该储能装置能够快速消耗外部能量装置的额外能量，并以热能的方式进行存储。
一方面，本发明实施例还提出了一种储能装置，其包括：壳体，具有由壁部形成的容纳腔；储热构件，设置于容纳腔，储热构件包括储能本体和设置于储能本体内的传导件，传导件的一端从壁部伸出，并与外部能量装置电连接；储能本体设置有沿第一方向贯穿自身的多个传热孔道，传导件容纳于多个传热孔道内且相互连接。
根据本发明实施例的一个方面，储能本体包括相互拼接的多个子储能模块，每个子储能模块包括沿第一方向贯穿自身的传热孔道。
根据本发明实施例的一个方面，每个子储能模块包括沿第一方向贯穿自身的第一预制槽，第一预制槽位于子储能模块的边角处，且相邻的四个子储能模块的第一预制槽形成传热孔道。
根据本发明实施例的一个方面，每个子储能模块还包括沿第一方向贯穿自身的第二预制槽，第二预制槽位于子储能模块的边缘处，且相邻的两个子储能模块的第二预制槽形成传热孔道。
根据本发明实施例的一个方面，储能本体还设置有沿第二方向贯穿自身的通风道，通风道与传热孔道相互隔离设置，第二方向与第一方向相交设置。
根据本发明实施例的一个方面，储能装置还包括散热风扇，壳体的壁部包括沿第二方向相对设置的第一壁和第二壁，第一壁设置有出风口，出风口设置有与外部设备连通的管路，散热风扇设置于第二壁，且对应于通风道设置。
根据本发明实施例的一个方面，储能本体为由镁或者包含镁的合金制成的方形结构体。
根据本发明实施例的一个方面，储热构件还包括支撑储能本体的底座，储热构件通过压紧装置将储能本体和底座固连为一体，并固定于壳体的壁部。
根据本发明实施例的一个方面，压紧装置包括压盖和设置于压盖上的紧固件，压盖压合于储能本体，紧固件与壳体的壁部固定连接。
根据本发明实施例的一个方面，储能装置还包括温度监测装置和与温度监测装置电连接的控制器，温度监测装置设置于壳体内或者储能本体内；传导件与能量装置之间设置有开关。
另一方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机组的储能系统，其包括：变流器，与风力发电机组的发电机和变压器电连接；如前所述的储能装置，储能装置的传导件与变流器电连接。
另一方面，本发明实施例还提供了一种应用于如前所述的风力发电机组的储能系统的储能方法，该储能方法包括：确定变流器是否需要进行额外的功率消耗；如果是，则通过控制器启动传导件与变流器之间的开关，以使储能装置与变流器电连接；如果否，则通过控制器关闭传导件与变流器之间的开关，以使储能装置与变流器保持离线。
根据本发明实施例的一个方面，通过控制器启动传导件与变流器之间的开关，以使储能装置与变流器电连接之后，该储能方法还包括：获取储能装置的温度，并将该温度与储能装置的允许温度阈值进行比较：如果该温度大于允许温度阈值，则通过控制器启动储能装置的散热风扇。
本发明提供的储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法，通过设置于壳体内的储热构件来快速消耗外部能量装置的额外能量，并以热能的方式进行存储，且结构简单、节能环保。将该储能装置应用于风力发电机组，可以有效地节约、利用能量，降低了风力发电机组的自耗电，有利于调节风力发电机组的发电功率。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明实施例提供的一种储能装置的结构示意图；
图2是图1所示的储能装置的剖视结构示意图；
图3是图1所示的储能装置的储热构件的结构示意图；
图4是图3所示的储热构件的子储热模块的结构示意图；
图5是图3所示的储热构件的储热本体沿一个角度的结构示意图；
图6是图3所示的储热构件的储热本体沿另一个角度的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种风力发电机组的储能系统的结构框图；
图8是本发明实施例提供的一种风力发电机组的储能方法的流程框图。
其中：
1-储能装置；2-变流器；3-发电机；4-变压器；X-第一方向；Y-第二方向；
10-壳体；10a-容纳腔；11-第一壁；111-出风口；12-第二壁；13-第三壁；14-第四壁；
20-储热构件；21-储能本体；21a-子储能模块；211a-第一预制槽；211b-第二预制槽；211-传热孔道；22-传导件；212-通风道；23-底座；24-压紧装置；241-压盖；242-紧固件；25-开关；
30-散热风扇。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图8对本发明实施例提供的储能装置、风力发电机组的储能系统及储能方法进行详细描述。
请一并参阅图1至图3，本发明提供了一种储能装置1，其包括壳体10和储热构件20。
壳体10具有由壁部形成的容纳空间10a，储热构件20设置于容纳空间10a，储热构件20包括储能本体21和设置于储能本体21内的传导件22，传导件22的一端从壁部伸出，并与外部能量装置电连接；储能本体21设置有沿第一方向X贯穿自身的多个传热孔道211，传导件22容纳于多个传热孔道211内且相互连接。
可选地，储能本体21为整体的方形部件，传导件22可以为电阻丝或者电加热棒等能够将电转化成热能的传导材质，用于加热储能本体21。传导件22可以为容纳于多个传热孔道211的整根电阻丝，如图3所示，整根电阻丝在各个传热孔道211内来回缠绕设置，以便于在狭小的空间内放置较长的电阻丝。传导件22也可以为容纳于多个传热孔道211且相互连接的多根电阻丝或者电加热棒。另外，传导件22的外径略小于传热孔道211的内径，便于将传导件22安装于传热孔道211。
外部能量装置例如可以为风力发电机组的变流器，传导件22的一端从壁部伸出与变流器电连接，另一端与储能本体21连接，当通过电流时，传导件22可以产生发热的效果，从而可以快速消耗变流器的过量电能，并以热能的方式将过量电能存储在储能本体21内，既可以减少外部能量装置的电压峰值对电气元件的影响，也能够有效地节约、利用能量。
本发明提供的储能装置，通过设置于壳体内的储热构件来快速消耗外部能量装置的额外能量，并以热能的方式进行存储，且结构简单、节能环保。
请再次参阅图1至图3，储热构件20的储能本体21可以为由镁或者包含镁的合金制成的方形结构体，比热高、耐温高，其耐受的蓄热温度最高可达800℃，而密度只有钢材的约1/3，并且便于加工。
当储能装置储存的能量超过自身的承载能力，例如储能本体21的温度超过允许的最高温度800℃时，需要及时对储能装置进行散热。
具体地，储能本体21还设置有沿第二方向Y贯穿自身的通风道212，第二方向Y与第一方向X相交设置，通风道212与传热孔道211相互隔离设置，以避免在热交换的过程中出现气流短路现象，提高储能装置的散热效果。优选地，第二方向Y与第一方向X相互垂直，便于加工储能本体21。
为了进一步提高储能装置的散热效果，本发明提供的储能装置还包括散热风扇30，壳体10的壁部包括沿第二方向Y相对设置的第一壁11和第二壁12，第一壁11设置有出风口111，出风口111设置有与外部设备连通的管路，散热风扇30设置于第二壁12，且对应于通风道212设置。散热风扇30与出风口111相对设置，可以避免空气流动通道的转折，提高散热效果。
散热风扇30包括电机及与电机连接的叶片，通过叶片可以将外界的冷空气通过通风道212引入储能本体21，以快速及时地对温度过高的储能本体21进行降温散热，防止储能本体21因过热产生裂纹等损伤。并且由于通风道212与传热孔道211相互隔离设置，外界冷空气不会直接接触传导件22，避免传导件22例如电阻丝加速氧化，有利于延长传导件22的使用寿命。
另外，出风口111设置有与外部设备连通的管路，外部设备例如可以为风力发电机组需要除湿的电控柜、在冬季需要加热液压油的液压站以及需要加热润滑油的设备，从而对于快速消耗掉的能量，可以进一步以热能的形式存储，并且在需要的时候释放以完成例如电控柜除湿，冬季机舱温度提升等，达到降低风力发电机组的自耗电的目的。
进一步地，壳体10的出风口111处设置有自垂式通风帘，常用的自垂式通风帘可以为百叶窗，以形成常闭式通道。当储能装置需要存储能量时，关闭散热风扇30和出风口111处的自垂式通风帘，尽可能地减少储能本体21与外界的热量交换。如果需要消耗多余的热能，可以通过出风口111处的管路与外部设备连通。当储能装置存储的能量达到其承载能力且无法及时快速地消耗掉时，可以打开出风口111的自垂式通风帘，并通过散热风扇30及时散热，提高储能装置温度调节的灵活性。
请一并参阅图4至图6，可选地，储能本体21包括相互拼接的多个子储能模块21a，进一步可选地，每个子储能模块21a为方形结构块。
在一些实施例中，每个子储能模块21a包括沿第一方向X贯穿自身的传热孔道211，传导件22容纳于多个传热孔道211内且相互连接。
在一些实施例中，每个子储能模块21a包括沿第一方向X贯穿自身的第一预制槽211a，第一预制槽211a位于子储能模块21a的边角处，且相邻的四个子储能模块21a的第一预制槽211a形成传热孔道211，传导件22容纳于多个传热孔道211内且相互连接。
在一些实施例中，每个子储能模块21a还包括沿第一方向X贯穿自身的第二预制槽211b，第二预制槽211b位于子储能模块21a的边缘处，且相邻的两个子储能模块21a的第二预制槽211b形成传热孔道211，传导件22容纳于多个传热孔道211内且相互连接。
进一步地，每个子储能模块21a还包括沿第二方向Y贯穿自身的通风道212，通风道212与第一预制槽211a和第二预制槽211b相互隔离设置。
如图3和图4所示，储能本体21包括相互拼接的48个子储能模块21a，每个子储能模块21a为方形结构块，48个子储能模块21a拼接为4层、每层有3行4列子储能模块21a的立方体结构，每个子储能模块21a的四个边角处分别设置有沿第一方向X贯穿自身的第一预制槽211a，48个子储能模块21a的第一预制槽211a共形成6个传热孔道211。另外，每个子储能模块21a的上、下边缘处分别设置有沿第一方向X贯穿自身的第二预制槽211b，48个子储能模块21a的第二预制槽211b共形成9个传热孔道211；整个传导件22在由第一预制槽211a和第二预制槽211b形成的15个传热孔道211内来回缠绕设置。另外，每个子储能模块21a还包括沿第二方向Y贯穿自身的2个通风道212，2个通风道212与第一预制槽211a和第二预制槽211b均相互隔离设置，48个子储能模块21a总共形成有32个通风道212。
由此，多个子储能模块21a相互拼接后具有立方体形状，从而可以由多个第一预制槽211a和多个第二预制槽211b相互拼接形成储能本体21的多个传热孔道211，以容纳传导件22；同时，散热风扇30对应于多个通风道212的两端设置，以提高储能装置的散热效果。模块化设计的多个子储能模块21a可以根据使用需求任意拼接为不同大小体积的储能本体21，子储能模块21a的数量或者单个储能本体21的总体积与传导件22的总长度成正比，传导件22的长度与功率消耗能力成正比，同时更多的子储能模块21a意味着可以存储更多的热量，扩展方便，提高了子储能模块21a的通用性和灵活性，满足风电场级的储能需求，也便于库存管理。
再次参阅图2，储热构件20还包括支撑储能本体21的底座23，底座23主要起到绝缘和隔热作用，其材质例如可以为耐高温尼龙等塑料，也可以是金属板包裹尼龙等耐温层。储热构件20通过压紧装置24将储能本体21和底座23固连为一体，并固定于壳体10的壁部，防止储热构件20在壳体10内因颠簸或者振动而移动，进而碰伤储能本体21。
具体来说，压紧装置24包括压盖241和设置于压盖241上的紧固件242，压盖241压合于储能本体21，紧固件与壳体10的壁部固定连接。紧固件242可以为具有外螺纹的螺栓，壳体10的壁部设置有内螺纹孔，压紧装置24通过紧固件242与壁部的内螺纹孔之间的螺纹连接实现壳体10与储热构件20之间的距离可调，从而压紧或者松开储热构件20。
进一步地，壳体10的壁部还包括沿第一方向X相对设置的第三壁13和第四壁14，传导件22的一端从第三壁13伸出，储能本体21与第三壁13和第四壁14之间保持预定间隙。该预定间隙例如可以为200mm，以允许壳体10内部的空气流动，防止传导件22发生故障导致壳体10通电。
如前所述的壳体10的材质优选为金属材料，具有一定的结构强度。可选地，壳体10的外表面设置有隔热层，以最大限度地降低壳体10的内部与外部之间的热量传递。隔热层的材质通常为非金属的泡沫，也可以起到绝缘的效果。
另外，储能装置1还包括温度监测装置(图中未示出)和与温度监测装置电连接的控制器(图中未示出)，温度监测装置可以设置于壳体10内或者储能本体21内，以实时监测储能本体21的温度，并根据监测的温度，通过控制器启动或者关闭散热风扇30，以实现自动控制。
为了更有效的控制储能装置1，储热构件20的传导件22与外部能量装置之间设置有开关25，开关25可以通过控制器切断电能的传输，只在必要时进行发热，从而可以根据外部能量装置是否需要进行额外的功率消耗控制储能装置1的启动与关闭。
参阅图7，本发明还提供了一种风力发电机组的储能系统，其包括如前所述的任一种储能装置1和变流器2，储能装置1的传导件22与变流器2电连接。
变流器2作为风力发电机组的重要组成部件，在风力发电机组的运行过程中的作用至关重要。风力发电机组在正常工作时，由于风况不确定性，会使得发电机3的发电电压波动，电压波动可能导致发电机3上的浪涌保护器以及其它零部件受到损伤。
可选地，储能装置1放置于变流器2的功率元件例如整流器和/或逆变器的附近。储能装置1的传导件22的一端从壁部伸出与变流器2电连接，另一端与储能本体21连接，可以快速消耗变流器的过量电能，并以热能的方式将过量电能存储在储能本体21内，既可以减少电压峰值对浪涌保护器以及其它零部件的影响，也能够有效地节约能量，有利于调节风力发电机组的发电功率。
本发明提供的一种风力发电机组的储能系统，采用如前所述的任一种储能装置1，可以有效地节约、利用能量，降低了风力发电机组的自耗电，有利于调节风力发电机组的发电功率。
参阅图8，本发明还提供了一种应用于如前所述的风力发电机组的储能系统的储能方法，该储能方法主要包括两个控制部分：能量存储为热量部分和热量消耗部分。
具体来说，该储能方法包括：
步骤S1：确定变流器2是否需要进行额外的功率消耗。该信息可以从风力发电机组自身的控制系统中获取变流器2是否需要进行额外的功率消耗，例如，发电机3的发电电压由于风况突变导致过高，或风力发电机组进行低电压穿越时需要消耗大量的无用功率等。
步骤S21：如果是，则通过控制器启动传导件22与变流器2之间的开关25，以使储能装置1与变流器2电连接。储能装置1作为用电设备接入进行功率消耗。
步骤S22：如果否，则通过控制器关闭传导件22与变流器2之间的开关25，以使储能装置1与变流器2保持离线。储能装置1保持离线，与风力发电机组的发电系统不产生连接关系。
进一步地，步骤S21中通过控制器启动传导件22与变流器2之间的开关25，以使储能装置1与变流器2电连接之后，该储能方法还包括：
步骤S3：获取储能装置1的温度，并将该温度与储能装置1的允许温度阈值进行比较：
步骤S4：如果该温度大于允许温度阈值，则通过控制器启动储能装置1的散热风扇30。
如果该温度不大于允许温度阈值，则可以根据实际需求例如是否需要利用这些存储的热量，例如，将夜间电网用电需求低时的电能储备为热能，为居民冬天进行供暖，或者为附近工厂需要加热的生产工序提供服务。
本发明提供的一种风力发电机组的储能方法，在需要消耗变流器2产生的额外能量时，可以通过储能装置1快速消耗变流器2产生的能量，同时对于消耗的能量可以进行存储，并在需要的时候以热量的形式使用，有效地节约和利用能量。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种储能装置(1)，其特征在于，包括：
壳体(10)，具有由壁部形成的容纳腔(10a)；
储热构件(20)，设置于所述容纳腔(10a)，所述储热构件(20)包括储能本体(21)和设置于所述储能本体(21)内的传导件(22)，所述传导件(22)的一端从所述壁部伸出，并与外部能量装置电连接；所述储能本体(21)设置有沿第一方向(X)贯穿自身的多个传热孔道(211)，所述传导件(22)容纳于多个所述传热孔道(211)内且相互连接。
2.根据权利要求1所述的储能装置(1)，其特征在于，所述储能本体(21)包括相互拼接的多个子储能模块(21a)，每个所述子储能模块(21a)包括沿所述第一方向(X)贯穿自身的所述传热孔道(211)。
3.根据权利要求2所述的储能装置(1)，其特征在于，每个所述子储能模块(21a)包括沿所述第一方向(X)贯穿自身的第一预制槽(211a)，所述第一预制槽(211a)位于所述子储能模块(21a)的边角处，且相邻的四个所述子储能模块(21a)的所述第一预制槽(211a)形成所述传热孔道(211)。
4.根据权利要求3所述的储能装置(1)，其特征在于，每个所述子储能模块(21a)还包括沿所述第一方向(X)贯穿自身的第二预制槽(211b)，所述第二预制槽(211b)位于所述子储能模块(21a)的边缘处，且相邻的两个所述子储能模块(21a)的所述第二预制槽(211b)形成所述传热孔道(211)。
5.根据权利要求3或4所述的储能装置(1)，其特征在于，所述储能本体(21)还设置有沿第二方向(Y)贯穿自身的通风道(212)，所述通风道(212)与所述传热孔道(211)相互隔离设置，所述第二方向(Y)与所述第一方向(X)相交设置。
6.根据权利要求5所述的储能装置(1)，其特征在于，还包括散热风扇(30)，所述壳体(10)的所述壁部包括沿第二方向(Y)相对设置的第一壁(11)和第二壁(12)，所述第一壁(11)设置有出风口(111)，所述出风口(111)设置有与外部设备连通的管路，所述散热风扇(30)设置于所述第二壁(12)，且对应于所述通风道(212)设置。
7.根据权利要求1所述的储能装置(1)，其特征在于，所述储能本体(21)为由镁或者包含镁的合金制成的方形结构体。
8.根据权利要求1所述的储能装置(1)，其特征在于，所述储热构件(20)还包括支撑所述储能本体(21)的底座(23)，所述储热构件(20)通过压紧装置(24)将所述储能本体(21)和所述底座(23)固连为一体，并固定于所述壳体(10)的所述壁部。
9.根据权利要求8所述的储能装置(1)，其特征在于，所述压紧装置(24)包括压盖(241)和设置于所述压盖(241)上的紧固件(242)，所述压盖(241)压合于所述储能本体(21)，所述紧固件(242)与所述壳体(10)的所述壁部固定连接。
10.根据权利要求1所述的储能装置(1)，其特征在于，所述储能装置(1)还包括温度监测装置和与所述温度监测装置电连接的控制器，所述温度监测装置设置于所述壳体(10)内或者所述储能本体(21)内；所述传导件(22)与所述能量装置之间设置有开关(25)。
11.一种风力发电机组的储能系统，其特征在于，包括：
变流器(2)；
如权利要求1至10任一项所述的储能装置(1)，所述储能装置(1)的传导件(22)与所述变流器(2)电连接。
12.一种储能方法，应用于如权利要求11所述的风力发电机组的储能系统，其特征在于，包括：
确定变流器(2)是否需要进行额外的功率消耗；
如果是，则通过控制器启动所述传导件(22)与所述变流器(2)之间的开关(25)，以使所述储能装置(1)与所述变流器(2)电连接；
如果否，则通过控制器关闭所述传导件(22)与所述变流器(2)之间的开关(25)，以使所述储能装置(1)与所述变流器(2)保持离线。
13.根据权利要求12所述的储能方法，其特征在于，所述通过控制器启动所述传导件(22)与所述变流器(2)之间的开关(25)，以使所述储能装置(1)与所述变流器(2)电连接之后，还包括：
获取所述储能装置(1)的温度，并将该温度与所述储能装置(1)的允许温度阈值进行比较：
如果该温度大于所述允许温度阈值，则通过控制器启动储能装置(1)的散热风扇(30)。
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