CN119093432B - 电力供应系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电力供应系统，包括：多台新能源装置；热储能装置，用于存储至少一台新能源装置输出的热能；空气压缩液化装置，用于使用电能来压缩空气，并将压缩后的空气冷凝成液态空气；液态空气储能装置，用于存储空气压缩液化装置输出的液态空气；至少一台冷热能发电装置，每台冷热能发电装置用于同时使用热能和冷能，来产生电能和高压空气；气动发电机组，用于使用至少一台冷热能发电装置输出的高压空气来产生电能；变电站，用于接收至少一台新能源装置、至少一台冷热能发电装置、气动发电机组输出的电能，并向空气压缩液化装置和外部电网提供电能；至少一台冷热能发电装置和气动发电机组联合应用于电力供应系统的空气储能及热储能发电场景。

Description

电力供应系统

技术领域

本申请总体说来涉及电力技术领域，更具体地讲，涉及一种电力供应系统。

背景技术

新能源，又称非常规能源，指传统能源之外的各种能源形式。也即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能等。新能源一般具有以下特点：1)资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；2)不含碳或含碳量很少，对环境影响小；3)分布广，有利于小规模分散利用；4)间断式供应，波动性大，对持续供能不利。

发明内容

本申请的示例性实施例在于提供一种电力供应系统，其能够有效地利用新能源进行电力供应。

根据本申请实施例，提供一种电力供应系统，包括：多台新能源装置，其中，至少一台新能源装置用于将新能源转换成电能，至少一台新能源装置用于将新能源转换成热能；热储能装置，用于存储至少一台新能源装置输出的热能；空气压缩液化装置，用于使用至少一台新能源装置和变电站输出的电能来压缩空气，并将压缩后的空气冷凝成液态空气；液态空气储能装置，用于存储所述空气压缩液化装置输出的液态空气；至少一台冷热能发电装置，其中，每台冷热能发电装置用于同时使用热能和冷能，来产生电能和高压空气，其中，所述热储能装置和至少一台新能源装置向所述至少一台冷热能发电装置提供热能，所述液态空气储能装置向所述至少一台冷热能发电装置输出液态空气以提供冷能；气动发电机组，用于使用所述至少一台冷热能发电装置输出的高压空气来产生电能；所述变电站，用于接收至少一台新能源装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组输出的电能，并向所述空气压缩液化装置和外部电网提供电能；其中，所述至少一台冷热能发电装置和所述气动发电机组联合应用于所述电力供应系统的空气储能及热储能发电场景。

可选地，还包括：至少一台发动机、第一水塔、第二水塔、水轮发电机组、水位控制装置、水头控制装置、水头调节装置；其中，所述第二水塔流出的液体，经由所述水头控制装置控制水头后分别流入所述水轮发电机组和所述水头调节装置，经由所述水头调节装置调节水头后的液体流入所述水轮发电机组；所述水轮发电机组利用流入其中的液体产生并向所述变电站输出电能，并且，所述水轮发电机组排出的液体经由所述水位控制装置回收到所述第一水塔；所述第一水塔向所述第二水塔提供液体，并且用于为所述第二水塔提供液体压力缓冲；所述至少一台发动机用于为所述水头调节装置和所述水位控制装置提供动能。

可选地，还包括：人工智能调度管理中心，用于对所述多台新能源装置、所述热储能装置、所述空气压缩液化装置、所述液态空气储能装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组、所述变电站以及所述水头控制装置的状态，进行监测和控制。

可选地，所述人工智能调度管理中心，根据所述外部电网的电能需求量、电价、新能源可利用情况，确定所述电力供应系统的发电计划、供电计划以及储能计划；并根据所述发电计划、所述供电计划以及所述储能计划，控制所述多台新能源装置、所述热储能装置、所述空气压缩液化装置、所述液态空气储能装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组、所述变电站以及所述水头控制装置的状态。

可选地，所述至少一台发动机包括：斯特林发动机和气动机；所述斯特林发动机用于使用所述热储能装置和至少一台新能源装置输出的热能、以及所述液态空气储能装置输出的液态空气，来产生动能和高压空气，并将产生的高压空气输出到所述气动发电机组和所述气动机；所述气动机用于使用所述至少一台冷热能发电装置和所述斯特林发动机输出的高压空气来产生动能。

可选地，还包括：热交换装置，用于接收所述空气压缩液化装置输出的热水、向所述空气压缩液化装置输出冷水，并向所述热储能装置输出热能。

可选地，至少一台新能源装置的冷却系统向所述热交换装置输出热水，所述冷却系统接收所述热交换装置输出的冷水。

可选地，还包括：增压泵，用于将所述液态空气储能装置输出的液态空气增压后输入所述至少一台冷热能发电装置和所述斯特林发动机。

可选地，所述至少一台冷热能发电装置包括：温差发电设备和斯特林发电机组。

可选地，所述多台新能源装置的类型包括以下项之中的至少一项：风能发电装置、海洋能发电装置、地热能发电装置、太阳能发电装置、生物质能发电装置、太阳能发热装置。

可选地，还包括：外部电能接入装置，用于在所述外部电网的用电低谷时段，将所述外部电网中的电能接入到所述变电站。

可选地，还包括：化学储能装置，用于存储从所述变电站获取的电能，并且在需要所述电力供应系统紧急供电时向所述变电站输出电能。

根据本申请的示例性实施例的电力供应系统中兼容了多台新能源装置和储能装置，能够更有效、合理地利用新能源进行电力供应，提高了能量利用率和发电效率。

将在接下来的描述中部分阐述本申请总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本申请总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本申请示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本申请的第一示例性实施例的电力供应系统的结构框图；

图2示出根据本申请的第二示例性实施例的电力供应系统的结构框图；

图3示出根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统的结构框图。

具体实施方式

现将详细参照本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本申请。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在此需要说明的是，在本申请中出现的“若干项之中的至少一项”均表示包含“该若干项中的任意一项”、“该若干项中的任意多项的组合”、“该若干项的全体”这三类并列的情况。例如“包括A和B之中的至少一个”即包括如下三种并列的情况：(1)包括A；(2)包括B；(3)包括A和B。

图1示出根据本申请的第一示例性实施例的电力供应系统的结构框图。

参照图1，根据本申请的第一示例性实施例的电力供应系统包括：多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600以及变电站700。

具体说来，电力供应系统中的至少一台新能源装置100用于将新能源转换成电能，至少一台新能源装置100用于将新能源转换成热能。图1中的红色线路表示热能传输路径。

作为示例性实施例，新能源装置100的类型可包括但不限于以下项之中的至少一项：风能发电装置、海洋能发电装置、地热能发电装置、太阳能发电装置、生物质能发电装置、太阳能发热装置。

风能发电装置用于将风能转换成电能。作为示例，风能发电装置的类型可具体为风力发电机组。

海洋能发电装置用于将海洋能转换成电能。作为示例，海洋能发电装置的类型可具体包括：海洋温差发电装置和/或潮汐发电装置。

地热能发电装置用于将地热能转换成电能。作为示例，地热能发电装置的类型可具体为地热温差发电装置。

太阳能发电装置用于将太阳能转换成电能。作为示例，太阳能发电装置的类型可具体为光伏组件。

生物质能发电装置用于将生物质能转换成电能和热能。作为示例，生物质能发电装置的类型可具体包括但不限于以下项之中的至少一项：沼气发电装置、植物油发电装置、餐厨废弃油脂发电装置。

太阳能发热装置用于将太阳能转换成热能。作为示例，太阳能发热装置的类型可具体包括：太阳能热水器和/或太阳能聚热装置。

应该理解，多台新能源装置100之中全部或部分新能源装置100的类型可以相同或不同，本申请对多台新能源装置100的类型及每种类型的数量不作限制。

热储能装置200用于存储至少一台新能源装置100输出的热能。

空气压缩液化装置300用于使用至少一台新能源装置100和变电站700输出的电能来压缩空气，并将压缩后的空气冷凝成液态空气。

作为示例性实施例，空气压缩液化装置300可包括用于压缩空气的空气压缩机301和用于将压缩后的空气冷凝成液态空气的液化设备302。

液态空气储能装置400用于存储空气压缩液化装置300输出的液态空气。

作为示例性实施例，液态空气储能装置400可为能够存储液态空气的密封罐。

冷热能发电装置500用于同时使用热能和冷能，来产生电能和高压空气。

热储能装置200和至少一台新能源装置100向至少一台冷热能发电装置500提供热能，液态空气储能装置400向至少一台冷热能发电装置500输出液态空气以提供冷能。换言之，冷热能发电装置500的热端接收热储能装置200和至少一台新能源装置100提供的热能，冷热能发电装置500的冷端接收液态空气储能装置400提供的低温液态空气，从而热量差驱动冷热能发电装置500产生电能，并且低温液态空气经过冷热能发电装置500后变为高压气体。

作为示例性实施例，冷热能发电装置500的类型可包括但不限于：温差发电设备和/或斯特林发电机组。作为示例，温差发电设备可经由温差储能逆变电源(未示出)向变电站700输出电能。

气动发电机组600用于使用至少一台冷热能发电装置500输出的高压空气来产生电能。

根据本公开的示例性实施例，至少一台冷热能发电装置500和气动发电机组600联合应用于电力供应系统的空气储能及热储能发电场景。

变电站700用于接收电能、对电压和电流进行变换、分配电能。具体地，接收至少一台新能源装置100、至少一台冷热能发电装置500、气动发电装置600输出的电能，并向空气压缩液化装置300和外部电网提供电能。

作为示例性实施例，变电站700可具体包括智能控制器和变流器。变流器可用于将接收到的电能转换成符合外部电网要求的电能。

根据本公开的示例性实施例，将液态空气的温度势能与液态-气化过程中产生的压力能分开利用，避免了能量浪费，显著提高了能量利用率。

图2示出根据本申请的第二示例性实施例的电力供应系统的结构框图。

参照图2，根据本申请的第二示例性实施例的电力供应系统除了包括：多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600、变电站700，还进一步包括：至少一台发动机800、第一水塔900、第二水塔1000、水轮发电机组1100、水位控制装置1200、水头控制装置1300以及水头调节装置1400。

图2中的红色线路表示热能传输路径，蓝色线路表示液体流动路径。

具体说来，第二水塔1000流出的液体，经由水头控制装置1300控制水头后分别流入水轮发电机组1100和水头调节装置1400，经由水头调节装置1400调节水头后的液体流入水轮发电机组1100。

水轮发电机组1100利用流入其中的液体产生并向变电站700输出电能，并且，水轮发电机组1100排出的液体经由水位控制装置1200回收到第一水塔900。即，通过循环液体对水轮发电机组1100做功来产生电能。

第二水塔1000为主要储液机构，第一水塔900向第二水塔1000提供液体，并且用于为第二水塔1000提供液体压力缓冲。作为示例，第一水塔900可内置有第一液位传感器，第二水塔1000可内置有第二液位传感器。

至少一台发动机800用于为水头调节装置1400和水位控制装置1200提供动能。作为示例性实施例，至少一台发动机800可包括：斯特林发动机801和气动机802。

斯特林发动机801用于使用热储能装置200和至少一台新能源装置100输出的热能、以及液态空气储能装置400输出的液态空气，来产生动能和高压空气，并将产生的高压空气输出到气动发电机组600和气动机802。例如，斯特林发动机801产生的动能可提供给水头调节装置1400。

气动机802用于使用至少一台冷热能发电装置500和斯特林发动机801输出的高压空气来产生动能。例如，气动机802产生的动能可提供给水位控制装置1200。

作为示例性实施例，水头控制装置1300用于主控流入水轮发电机组1100的液体的压力，水头调节装置1400用于辅助调节流入水轮发电机组1100的液体的压力。

作为示例性实施例，水位控制装置1200可具体包括水泵和配置有人工智能算法的控制器，主要用于控制流入第二水塔1000的液量，也即，控制第二水塔1000的液位。作为示例，水位控制装置1200可实时获取第一液位传感器和第二液位传感器的液位测量数据。

此外，作为示例性实施例，水头调节装置1400也可具体为人工智能水头调节装置。

根据本公开的示例性实施例，提出了由第一水塔900、第二水塔1000、水轮发电机组1100、水位控制装置1200、水头控制装置1300、水头调节装置1400、至少一台发动机800共同构成的液体发电储能部分。

此外，根据本申请的第二示例性实施例的电力供应系统还可进一步包括：人工智能调度管理中心2000。

人工智能调度管理中心2000用于对所述多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、所述至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600、变电站700、以及水头控制装置1300的状态，进行监测和控制，以使该电力供应系统效率最大化、经济利益最大化。此外，人工智能调度管理中心2000还可对至少一台发动机800、第一水塔900、第二水塔1000、水轮发电机组1100、水位控制装置1200、水头调节装置1400的状态进行监测和控制。

作为示例性实施例，人工智能调度管理中心2000可根据外部电网的电能需求量、电价、新能源可利用情况，确定该电力供应系统的发电计划、供电计划以及储能计划；并根据发电计划、供电计划以及储能计划，控制多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、所述至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600、变电站700、以及水头控制装置1300的状态。例如，工作状态、关机状态、维护状态、燃料添加状态等。

进一步地，人工智能调度管理中心2000可根据外部电网的电能需求量、电价、新能源可利用情况、以及该电力供应系统中的各个装置的情况(例如，是否处于故障或维修状态、已储能情况等)，确定该电力供应系统的发电计划、供电计划以及储能计划。

作为示例，由于用电峰谷时间、电价波动等因素，外部电网的电能需求量和电价可具体包括：外部电网的各个时段的电能需求量和电价。

作为示例，新能源可利用情况可具体包括：日太阳能状况/日风能状况/日海洋能状况/日地热能状况，还可进一步包括沼气/植物油/餐厨废弃油脂剩余状况。

作为示例，发电计划/供电计划/储能计划可为日计划，可精确到各个时段的计划。

作为示例，可根据发电计划、供电计划以及储能计划，协调多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、所述至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600、变电站700、以及水头控制装置1300的运转时间、功率、运转模式等。

此外，人工智能调度管理中心2000还能够自动统筹设备维护、燃料添加等安排，并协助工作人员制定工作计划。

此外，该电力供应系统中的每个子部分可根据人工智能调度管理中心2000的控制指令，实现子部分内的运行效率最大化。例如：在循环液体发储部分，水头控制装置1300可根据人工智能调度管理中心2000的控制指令，通过对第一水塔900、第二水塔1000、水轮发电机组1100、水位控制装置1200、水头调节装置1400、至少一台发动机800的状态的监控，自行决定动力端(斯特林发动机801和气动机802)的运行状态，从而达到维持第二水塔1000中液面高度和发电的目的。

图3示出根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统的结构框图。图3中的红色线路表示热能传输路径，蓝色线路表示液体流动路径。

如图3所示，根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统除了包括：多台新能源装置100、热储能装置200、空气压缩液化装置300、液态空气储能装置400、至少一台冷热能发电装置500、气动发电机组600、变电站700，还进一步包括：热交换装置1500。

热交换装置1500用于接收空气压缩液化装置300输出的热水、向空气压缩液化装置300输出冷水，并向热储能装置200输出热能。

作为示例性实施例，当空气压缩液化装置300包括空气压缩机301和液化设备302时，热交换装置1500向空气压缩机301和液化设备302提供冷水，空气压缩机301和液化设备302向热交换装置1500提供热水。作为示例，至少一台新能源装置100和变电站700向空气压缩机301提供电能。

作为示例性实施例，至少一台新能源装置100的冷却系统可向热交换装置1500输出热水，该冷却系统接收热交换装置1500输出的冷水，从而热交换装置1500可收集新能源装置100(例如，太阳能发电装置)的冷却系统产生的热能。

此外，根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统还可进一步包括：增压泵1600。

增压泵1600用于将液态空气储能装置400输出的液态空气增压后输入至少一台冷热能发电装置500和斯特林发动机801。

此外，根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统还可进一步包括：外部电能接入装置1700。

外部电能接入装置1700用于在外部电网的用电低谷时段，将外部电网中的电能接入到变电站700。

此外，根据本申请的第三示例性实施例的电力供应系统还可进一步包括：化学储能装置1800。

化学储能装置1800用于存储从变电站700获取的电能，并且在需要该电力供应系统紧急供电时向变电站700输出电能。例如，化学储能装置1800可在外部电网紧急需要该电力供应系统供电时向变电站700提供电能，以由变电站700向外部电网供电。

作为示例性实施例，化学储能装置1800可经由化学储能逆变电源(未示出)向变电站700输出电能。

此外，人工智能调度管理中心2000还可对热交换装置1500、增压泵1600、外部电能接入装置1700、化学储能装置1800的状态进行监测和控制。

根据本公开的示例性实施例，通过对多个装置的合理调配、互相补足，充分利用发储过程中产生的热量和废热，从而提高整个系统的能源利用率、生产效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种电力供应系统，其特征在于，包括：

多台新能源装置，至少一台新能源装置用于将新能源转换成电能，至少一台新能源装置用于将新能源转换成热能；

热储能装置，用于存储至少一台新能源装置输出的热能；

空气压缩液化装置，用于使用至少一台新能源装置和变电站输出的电能来压缩空气，并将压缩后的空气冷凝成液态空气；

液态空气储能装置，用于存储所述空气压缩液化装置输出的液态空气；

至少一台冷热能发电装置，每台冷热能发电装置用于同时使用热能和冷能，来产生电能和高压空气，所述热储能装置和至少一台新能源装置向所述至少一台冷热能发电装置提供热能，所述液态空气储能装置向所述至少一台冷热能发电装置输出液态空气以提供冷能；

斯特林发动机，用于使用所述热储能装置和至少一台新能源装置输出的热能、以及所述液态空气储能装置输出的液态空气，来产生动能和高压空气；

气动发电机组，用于使用所述至少一台冷热能发电装置和所述斯特林发动机输出的高压空气来产生电能；

气动机，用于使用所述至少一台冷热能发电装置和所述斯特林发动机输出的高压空气来产生动能；

所述变电站，用于接收至少一台新能源装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组输出的电能，并向所述空气压缩液化装置和外部电网提供电能；

其中，所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组、所述斯特林发动机以及所述气动机联合应用于所述电力供应系统的空气储能及热储能发电场景。

2.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：第一水塔、第二水塔、水轮发电机组、水位控制装置、水头控制装置、水头调节装置；

其中，所述第二水塔流出的液体，经由所述水头控制装置控制水头后分别流入所述水轮发电机组和所述水头调节装置，经由所述水头调节装置调节水头后的液体流入所述水轮发电机组；

所述水轮发电机组利用流入其中的液体产生并向所述变电站输出电能，并且，所述水轮发电机组排出的液体经由所述水位控制装置回收到所述第一水塔；

所述第一水塔向所述第二水塔提供液体，并且用于为所述第二水塔提供液体压力缓冲；

所述斯特林发动机和所述气动机用于为所述水头调节装置和所述水位控制装置提供动能。

3.根据权利要求2所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：

人工智能调度管理中心，用于对所述多台新能源装置、所述热储能装置、所述空气压缩液化装置、所述液态空气储能装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组、所述变电站以及所述水头控制装置的状态，进行监测和控制。

4.根据权利要求3所述的电力供应系统，其特征在于，

所述人工智能调度管理中心，根据所述外部电网的电能需求量、电价、新能源可利用情况，确定所述电力供应系统的发电计划、供电计划以及储能计划；并根据所述发电计划、所述供电计划以及所述储能计划，控制所述多台新能源装置、所述热储能装置、所述空气压缩液化装置、所述液态空气储能装置、所述至少一台冷热能发电装置、所述气动发电机组、所述变电站以及所述水头控制装置的状态。

5.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：

热交换装置，用于接收所述空气压缩液化装置输出的热水、向所述空气压缩液化装置输出冷水，并向所述热储能装置输出热能。

6.根据权利要求5所述的电力供应系统，其特征在于，至少一台新能源装置的冷却系统向所述热交换装置输出热水，所述冷却系统接收所述热交换装置输出的冷水。

7.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：

增压泵，用于将所述液态空气储能装置输出的液态空气增压后输入所述至少一台冷热能发电装置和所述斯特林发动机。

8.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，所述至少一台冷热能发电装置包括：温差发电设备和斯特林发电机组。

9.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，所述多台新能源装置的类型包括以下项之中的至少一项：风能发电装置、海洋能发电装置、地热能发电装置、太阳能发电装置、生物质能发电装置、太阳能发热装置。

10.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：

外部电能接入装置，用于在所述外部电网的用电低谷时段，将所述外部电网中的电能接入到所述变电站。

11.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，还包括：

化学储能装置，用于存储从所述变电站获取的电能，并且在需要所述电力供应系统紧急供电时向所述变电站输出电能。