CN115036964A - 压缩空气蓄能发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄能发电技术领域，公开一种压缩空气蓄能发电系统及其控制方法，系统包括光伏发电单元，空气压缩单元、涡轮发电机和设有弹性气囊的盐穴，光伏发电单元与空气压缩单元电连接，空气压缩单元通过第一管道与弹性气囊连通，第一管道设有第一阀门，涡轮发电机通过第二管道与弹性气囊连通，涡轮发电机用于与电网电连接，第二管道设有第二阀门。其有益效果在于：空气压缩单元将电能转化为压缩空气的内能，并储存在弹性气囊中；弹性气囊在正常情况下无法承受高压空气，而在刚性盐穴的保护下，可以承受压缩空气的压力而不破裂；压缩空气通过第二管道进入涡轮发电机，涡轮发电机将压缩空气的内能转化为稳定的电能，解决电网电压忽高忽低的问题。

Description

压缩空气蓄能发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及蓄能发电技术领域，特别是涉及一种压缩空气蓄能发电系统及其控制方法。

背景技术

目前，压缩空气蓄能发电系统常用于解决光伏发电技术中的电力输出不稳定的问题。

现有的压缩空气蓄能发电系统，是将光伏发电站产生的电能用于压缩空气，并利用储气罐储存这些压缩空气的系统。储气罐内的温度会随着压缩空气的进出而升高或降低。长时间的冷热变化，会使储气罐工作一段时间后，其壁面材料产生疲劳老化现象。除此之外，储气罐内蕴含巨大的能量，会威胁人民群众的安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：压缩空气蓄能发电系统中的储气罐容易因工作而老化，且存在安全隐患。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压缩空气蓄能发电系统，包括光伏发电单元，空气压缩单元、涡轮发电机和设有弹性气囊的盐穴，所述光伏发电单元与所述空气压缩单元电连接，所述空气压缩单元通过第一管道与所述弹性气囊连通，所述第一管道设有第一阀门，所述涡轮发电机通过第二管道与所述弹性气囊连通，所述涡轮发电机用于与电网电连接，所述第二管道设有第二阀门。

在上述技术方案中，所述第一管道包括井筒段和设有所述第一阀门的第一输送段，所述空气压缩单元、所述第一输送段、所述井筒段和所述弹性气囊依次连通，所述第二管道包括输卤管柱段和设有所述第二阀门的第二输送段，所述弹性气囊、所述输卤管柱段、所述第二输送段和所述涡轮发电机依次连通，其中，所述输卤管柱段穿设于所述井筒段，所述输卤管柱段和所述井筒段之间形成环形空腔。

在上述技术方案中，所述第一输送段安装有第一压力表。

在上述技术方案中，所述第二输送段安装有第二压力表。

在上述技术方案中，当所述弹性气囊处于张紧状态时，所述弹性气囊的形状与所述盐穴的形状相匹配。

本发明另一方面提供一种基于上述技术方案所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，包括：获取电网电量消纳情况；当所述电网处于用电低谷期时，关闭所述第二阀门，打开所述第一阀门，控制所述空气压缩单元向所述弹性气囊通入压缩空气；当所述电网处于用电高峰期时，关闭所述第一阀门，打开所述第二阀门，根据第二管道中的压缩空气的物理参数控制发电电压。

在上述技术方案中，所述压缩空气蓄能发电系统的控制方法还包括：根据所述光伏发电单元的发电参数确定所述盐穴的容积，根据所述盐穴的容积确定所述弹性气囊的容积。

在上述技术方案中，所述发电单元的发电参数包括装机容量和发电量。

在上述技术方案中，当所述电网处于用电低谷期时，检测所述第一管道的压力。

在上述技术方案中，所述压缩空气的物理参数具体为压缩空气的空气流速或释放速率。

本发明实施例的压缩空气蓄能发电系统与现有技术相比，其有益效果在于：设置有光伏发电单元，通过光伏发电单元产生的电能可以驱动空气压缩单元将电能转化为压缩空气的内能，在转化过程中，其通过打开第一阀门和关闭第二阀门，使压缩空气经过第一管道储存在盐穴的弹性气囊中；根据电网在不同时间的用电量需求，通过打开第二阀门和关闭第一阀门，本发明可以使压缩空气通过第二管道进入涡轮发电机，从而将压缩空气的内能转化为稳定的电能，解决太阳光照到光伏发电单元上具有随机性、间歇性、周期性，使电网的电压忽高忽低的问题，减少对电网的冲击；

另外，弹性气囊在正常情况下无法承受高压空气，而在刚性盐穴的保护下，可以承受压缩空气的压力而不破裂，且弹性气囊不易老化，使压缩空气在盐穴中不泄露，提高本发明的转换效率。

附图说明

图1是本发明实施例的压缩空气蓄能发电系统的气囊未通入压缩气体时的结构示意图；

图2是本发明实施例的压缩空气蓄能发电系统的气囊通入压缩空气后的结构示意图；

图3是本发明实施例的压缩空气蓄能发电系统的部分管路的结构示意图；

图4是本发明实施例的压缩空气蓄能发电系统的控制方法的结构框图；

图中，1、光伏发电单元；2、空气压缩单元；3、涡轮发电机；4、消纳区；5、弹性气囊；6、盐穴；7、第一管道；71、第一输送段；72、井筒段；701、第一阀门；702、第一压力表；8、第二管道；81、输卤管柱段；82、第二输送段；801、第二阀门；802、第二压力表。

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。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明优选实施例的一种压缩空气蓄能发电系统，包括光伏发电单元1，空气压缩单元2、涡轮发电机3和设有弹性气囊5的盐穴6，光伏发电单元1与空气压缩单元2电连接，空气压缩单元2通过第一管道7与弹性气囊5连通，第一管道7设有第一阀门701，涡轮发电机3通过第二管道8与弹性气囊5连通，涡轮发电机3用于与电网电连接，第二管道8设有第二阀门801。

空气压缩单元2可以将光伏发电单元1产生的电能转化为压缩空气的内能，其通过打开第一阀门701和关闭第二阀门801，使压缩空气经过第一管道7储存在盐穴6的弹性气囊5中；通过打开第二阀门801和关闭第一阀门701，本发明可以使压缩空气通过第二管道8进入涡轮发电机3，从而将压缩空气的内能转化为稳定的电能，解决太阳光照到光伏发电单元1上具有随机性、间歇性、周期性，使电网的电压忽高忽低的问题，减少对电网的冲击；电网可以将涡轮发电机3产生的电能输送给消纳区4。消纳区4可以为居民住宅区。

另外，弹性气囊5在正常情况下无法承受高压空气，而在刚性盐穴6的保护下，可以承受压缩空气的压力而不破裂，且弹性气囊5不易老化，使压缩空气在盐穴6中不泄露，提高本发明的转换效率。

本发明可以把零星的、间歇的以及不稳定的光电“拼接”起来，减少弃光的现象，也减少光伏电站闲置的时间，提高资源利用率。盐穴6和弹性气囊5的设置使得本发明不需要额外建设储气库储存高压空气，节约了建设成本。

盐穴6具有蓄能容量较大、蓄能周期长和建设成本相对低等优点，利用盐穴6中的弹性气囊5储存压缩空气，结合光伏发电单元1能够为电网运行提供调峰、调频以及等分布式蓄能多种服务。

进一步地，如图3所示，第一管道7包括井筒段72和设有第一阀门701的第一输送段71，空气压缩单元2、第一输送段71、井筒段72和弹性气囊5依次连通，第二管道8包括输卤管柱段81和设有第二阀门801的第二输送段82，弹性气囊5、输卤管柱段81、第二输送段82和涡轮发电机3依次连通，其中，输卤管柱段81穿设于井筒段72，输卤管柱段81和井筒段72之间形成环形空腔。

可以理解的是，打开第一阀门701并关闭第二阀门801，使空气压缩单元2可以通过第一输送段71和井筒段72向弹性气囊5输入压缩空气，空气通过输卤管柱段81和井筒段72之间的环形空腔进入弹性气囊5中储存。优选地，当弹性气囊5被压缩空气撑开而处于张紧状态时，弹性气囊5的形状与盐穴6的形状相匹配，此时弹性气囊5和盐穴6紧密贴合，提高弹性气囊5承受压缩空气的能力而不破裂。关闭第一阀门701并打开第二阀门801，弹性气囊5释放压缩空气，释放的压缩空气依次通过输卤管柱段81和第二输送段82输送至涡轮发电机3，压缩空气驱动涡轮发电机3发电。

进一步地，如图3所示，第一输送段71安装有第一压力表702。通过在第一输送段71安装第一压力表702，工作人员可以通过第一压力表702观测压缩空气通入过程中，弹性气囊5内压力值的变化。这有利于工作人员依据实际情况的需要决定是否继续向弹性气囊5通入压缩空气。

进一步地，如图3所示，第二输送段82安装有第二压力表802。通过在第二输送段82安装第二压力表802，工作人员可以通过第二压力表802观测压缩空气释放过程中，弹性气囊5内压力值的变化。

如图4所示，本发明的另一方面提供一种基于上述实施例的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，包括：

102：获取电网电量消纳情况；

201：当电网处于用电低谷期时，关闭第二阀门801，打开第一阀门701，控制空气压缩单元2向弹性气囊5通入压缩空气；

202：当电网处于用电高峰期时，关闭第一阀门701，打开第二阀门801，根据第二管道中的压缩空气的物理参数控制发电电压。

可以理解的是，当电网处于用电低谷期时，此时往往是在白天时候，关闭第二阀门801，打开第一阀门701，空气压缩单元2在光伏发电单元1的驱动下，对空气进行压缩，并只能通过第一管道7进入弹性气囊5中，可以将光伏发电单元1产生的不稳定的电能转化为压缩空气的内能，将压缩空气通入弹性气囊5中，可以实现对上述不稳定的电能的储存。当电网处于用电高峰期时，此时往往处于夜晚时候，关闭第一阀门701，打开第二阀门801，压缩空气只能进入第二管道8并通过涡轮发电机3，并推动涡轮发电机3进行发电。根据实际情况的需要，控制压缩空气的物理参数，可以调整涡轮发电机3产生的发电电压，使涡轮发电机3产生稳定的电能以供给电网。

在上述过程中，实际上就是一种“太阳能—电能—空气内能—电能”的转换过程，只是能源储存的介质不同。在该装置中，光伏发电单元1、空气压缩单元2和涡轮发电机3充当真能源转换的角色，盐穴6和弹性气囊5充当着能源储存的角色，第一管道7和第二管道8是能源输送的角色。

进一步地，如图4所示，压缩空气蓄能发电系统的控制方法还包括:

101：根据光伏发电单元1的发电参数确定盐穴6的容积，根据盐穴6的容积确定弹性气囊5的容积。上述操作可以使盐穴6的容积、弹性气囊5的容积与空气压缩单元2通过光伏发电单元1产生的压缩空气量相适应。

进一步地，发电单元的发电参数包括装机容量和发电量。

装机容量是指光伏发电单元1中所有光伏板的额定功率的总和，通过该发电参数可以获知单位时间内光伏发电单元1所能产生的最大电能；发电量是指特定时期内光伏发电单元1生产出的所有电量总和。由于电网的高峰期和低谷期往往交替出现，通过上述两个发电参数可以计算盐穴6的容积，进而确定弹性气囊5的容积。

进一步地，当电网处于用电低谷期时，检测第一管道7的压力。通过在第一输送段71安装第一压力表702，工作人员可以通过第一压力表702观测压缩空气通入过程中，弹性气囊5内压力值的变化。这有利于工作人员依据实际情况的需要决定是否继续向弹性气囊5通入压缩空气。

进一步地，压缩空气的物理参数具体为压缩空气的空气流速或释放速率。控制压缩空气的空气流速或释放速率，进而控制发电电压，由此可以获得平稳、高质量的电能，减少对电网的冲击。

综上，本发明实施例提供一种压缩空气蓄能发电系统，其空气压缩单元2可以将光伏发电单元1产生的电能转化为压缩空气的内能，其通过打开第一阀门701和关闭第二阀门801，使压缩空气经过第一管道7储存在盐穴6的弹性气囊5中；弹性气囊5具有强大的变形能力，弹性气囊5在刚性盐穴6的保护下，可以承受压缩空气的压力而不破裂，且弹性气囊5不易老化，使压缩空气在盐穴6中不泄露，提高本发明的转换效率；通过打开第二阀门801和关闭第一阀门701，本发明可以使压缩空气通过第二管道8进入涡轮发电机3，从而将压缩空气的内能转化为稳定的电能，解决太阳光照到光伏发电单元1上具有随机性、间歇性、周期性，使电网的电压忽高忽低的问题，减少对电网的冲击；电网可以将涡轮发电机3产生的电能输送给消纳区4。

以上仅是本发明的优选实施方式，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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压缩空气蓄能发电系统，其特征在于，包括光伏发电单元，空气压缩单元、涡轮发电机和设有弹性气囊的盐穴，所述光伏发电单元与所述空气压缩单元电连接，所述空气压缩单元通过第一管道与所述弹性气囊连通，所述第一管道设有第一阀门，所述涡轮发电机通过第二管道与所述弹性气囊连通，所述涡轮发电机用于与电网电连接，所述第二管道设有第二阀门。

2.根据权利要求1所述的压缩空气蓄能发电系统，其特征在于，所述第一管道包括井筒段和设有所述第一阀门的第一输送段，所述空气压缩单元、所述第一输送段、所述井筒段和所述弹性气囊依次连通，所述第二管道包括输卤管柱段和设有所述第二阀门的第二输送段，所述弹性气囊、所述输卤管柱段、所述第二输送段和所述涡轮发电机依次连通，其中，所述输卤管柱段穿设于所述井筒段，所述输卤管柱段和所述井筒段之间形成环形空腔。

3.根据权利要求2所述的压缩空气蓄能发电系统，其特征在于，所述第一输送段安装有第一压力表。

4.根据权利要求2所述的压缩空气蓄能发电系统，其特征在于，所述第二输送段安装有第二压力表。

5.根据权利要求1至4任一项所述的压缩空气蓄能发电系统，其特征在于，当所述弹性气囊处于张紧状态时，所述弹性气囊的形状与所述盐穴的形状相匹配。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取电网电量消纳情况；

当所述电网处于用电低谷期时，关闭所述第二阀门，打开所述第一阀门，控制所述空气压缩单元向所述弹性气囊通入压缩空气；

当所述电网处于用电高峰期时，关闭所述第一阀门，打开所述第二阀门，根据第二管道中的压缩空气的物理参数控制发电电压。

7.根据权利要求6所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，其特征在于，还包括：根据所述光伏发电单元的发电参数确定所述盐穴的容积，根据所述盐穴的容积确定所述弹性气囊的容积。

8.根据权利要求7所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，其特征在于，所述发电单元的发电参数包括装机容量和发电量。

9.根据权利要求6至8任一项所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，其特征在于，当所述电网处于用电低谷期时，检测所述第一管道的压力。

10.根据权利要求6至8任一项所述的压缩空气蓄能发电系统的控制方法，其特征在于，所述压缩空气的物理参数具体为压缩空气的空气流速或释放速率。

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