CN204597495U - 一种基于超高层建筑抽水蓄能和光伏发电的削峰填谷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超高层建筑抽水蓄能和光伏发电的削峰填谷系统，该系统包括太阳能发电装置、抽水蓄能装置和控制单元，所述太阳能发电装置和抽水蓄能装置均接入电网。本实用新型采用抽水蓄能的方式，在城市中利用超高层建筑十分可观的高度差，进行抽水蓄能发电，将用电低峰时的电能转化为水的势能，在用电高峰时再放水发电，实现高层建筑高度差的最大程度利用，使得高层建筑变成了一个长期稳定运转的节能减排对象。与此同时，本方案可以在光伏输出的电能过大时将其转化成水的势能储存起来，在其输出过小时放水发电稳定输出，不仅对光伏发电起到了调节作用，并且减少了蓄电池的使用，成本低，无污染，进一步提高可再生能源在电网中的渗透率。

Description

一种基于超高层建筑抽水蓄能和光伏发电的削峰填谷系统

技术领域

本实用新型涉及电能调控领域，特别是涉及一种利用超高层建筑的高度差，在用电低谷期抽水蓄电，在用电高峰期放水发电，同时结合雨水与光伏组合发电的削峰填谷系统设计。

背景技术

近年来，随着城市发展电力需求的不断扩大，全国各大电网负荷急剧增加，电源结构和用电特性发生了重大变化，负荷峰谷差越来越大，系统调峰问题越来越严重。而一个发电厂发电能力通常是固定的，一天24小时不间断发电。但是用电高峰通常在白天，晚上则是低谷，形成白天不够用，晚上浪费的现象。目前国内主要利用抽水蓄能电站(例如北京十三陵水库)将电网中负荷低谷时段的剩余电能，转化为日间用电高峰时段的电能，在电力系统中承担着“削峰填谷”的作用。与此同时，抽水蓄能电站还可以提供包括频率控制、旋转备用、调相等动态服务，取得了十分显著的社会效益，缓解了电力紧张的局面。

但是传统的抽水蓄能电站的运行模式受地理条件和天气影响大，调节能力有限，不适合在大城市中使用。建设大型抽水蓄能电站需要两个有较大的落差的大型上下水库，不仅建设周期长，资源投入大，而且一旦遇到连续的枯水年还需由外引水补充来满足发电需求，同时水的蒸发和渗漏也不可忽视。

目前城市中光伏发电的应用十分广泛，但是光伏发电波动性大，直接接入电网对电网的危害很大，通常使用蓄电池储能来调节光伏的波动，但是蓄电池的使用经济成本非常高。

因此，需要提供一种既能有效实现削峰填谷，又能消除光伏发电波动的系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，提出了一种基于城市超高层建筑的削峰填谷系统设计，采用抽水蓄能的方式，在城市中利用超高层建筑十分可观的高度差，进行抽水蓄能发电，将用电低峰时的电能转化为水的势能，在用电高峰时再 放水发电，实现高层建筑高度差的最大程度利用，使得高层建筑变成了一个长期稳定运转的节能减排对象。此方案使削峰填谷受天气和地理条件的制约小，同时高势能水发电效率可观，对电网的调节作用十分显著。该系统进一步可以在光伏输出的电能过大时将其转化成水的势能储存起来，在其输出过小时放水发电稳定输出，不仅对光发电起到了调节作用，并且减少了蓄电池的使用，成本低，无污染，进一步提高可再生能源在电网中的渗透率。

本实用新型采用下述技术方案：

一种基于超高层建筑抽水蓄储能和光伏发电的削峰填谷系统，该系统包括

太阳能发电装置；

抽水蓄能装置，用于将电能转换为水的势能储存或将水的势能转化为电能；

控制单元，基于电网的供电量和/或太阳能发电装置的发电量，控制抽水蓄能装置进行势能和电能的转换；

所述太阳能发电装置和抽水蓄能装置均接入电网。

优选的，所述抽水蓄能装置包括

第一水箱和第二水箱，所述第一水箱和第二水箱通过蓄水管和放水管连通；

所述蓄水管上设有第一电磁阀，所述放水管上设有第二电磁阀；

所述第二水箱内设有与所述蓄水管连接的水泵和与所述放水管连接的流水发电机。

优选的，该系统所述第一水箱的布置位置高于第二水箱布置位置。

优选的，所述控制单元包括

供电量判断模块，基于电网当前供电量，判断供电量是否低于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发送蓄水信号；

发电量判断模块，基于当前太阳能发电装置的发电量，判断发电量是否高于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发出蓄水信号；

电磁阀控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电或蓄水信号，开启第一电磁阀或第二电磁阀；

水泵控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的蓄水信号，控制水泵向第一水箱蓄水；

流水发电机控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电信号，控制流水发电机。

优选的，所述控制单元进一步包括报警模块，用于当系统出现异常情况时，

发出报警信号；

中断模块，基于报警模块的报警信号，断开系统供电，中断系统运行。

优选的，所述控制单元进一步包括水箱水量调整模块，基于预设阈值，对两个水箱的水量进行平衡。

优选的，该系统进一步包括设置在第一水箱上的雨水收集与过滤补充装置。

优选的，该系统进一步包括设置在第一水箱上的第一水位监测装置。

优选的，该系统进一步包括设置在第二水箱上的排水电磁阀。

优选的，该系统进一步包括设置在第二水箱上的第二水位监测装置。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案有益效果在于：

1、利用超高层建筑非常可观的高度差来进行水能发电，水循环处于封闭系统中，几乎无水的蒸发，也无水的渗漏，又有雨水补充，所需水量小，易于实现。可根据实际楼层的高度和用电量设计水箱大小以及流量，实现发电量和发电时间的控制。同时，若多个超高层建筑使用本套系统则相当于分布式的抽水蓄能电站，可就近调节电网中的峰谷用电差，减少远距离输电调节的线路损耗，能源效率更高；

2、通过抽水蓄能再发电来代替蓄电池来对光伏的输出进行调节的方式，弥补了光伏发电的不稳定性在直接接入电网时对电网的危害，提高电能质量与利用效率，同时这套装置的使用减少了蓄电池的使用，经济效益更显著，并进一步提高可再生能源在电网中的渗透率，从而实现节能减排；

3、利用雨水、光伏和市电组合式发电进行削峰填谷，受天气和场地的制约小，系统稳定性高，维护方便，在城市中可以广泛使用。同时光伏和雨水收集的比例可根据具体城市的年降水量进行设计，充分发挥此套装置的调节能力，灵活性大；

4、有助于解决超高层建筑高层发生火灾时的灭火难题：超过100米的高层消防车难以发挥作用，楼层内的自来水系统水压达不到灭火要求，因此一旦发生火灾将会造成很大的经济损失，若将此套系统接入大楼灭火系统，当高层发生火灾时较高的水压能有助于建筑内部的顺利灭火。

5、通过建筑顶层安放大型水箱，可以储存雨水。大量降水不会白白从雨水管流走，也可以减少暴雨对城市下水道排水系统的压力。同时，水箱内大量的水能够吸收夏天强烈阳光的能量，避免阳光直射屋顶温度，从而减少建筑吸收热量，降低室温。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本实用新型所述削峰填谷系统的示意图；

图2示出本实用新型实施例1中系统下层的示意图；

图3示出本实用新型实施例1中系统上层的示意图。

附图标号

1、太阳能电池板，2、第一水位监测装置，3、太阳能发电薄膜，4、控制单元，5、第二水位监测装置，6、流水发电机，7、排水电磁阀，8、第二水箱，9、水泵，10、第一电磁阀，11、第二电磁阀，12、第一水箱，13、雨水收集和过滤补充装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型公开了

一种基于超高层建筑抽水蓄储能和光伏发电的削峰填谷系统，该系统包括太阳能发电装置、抽水蓄能装置和控制单元4；其中，抽水蓄能装置用于将电能转换为水的势能储存或将水的势能转化为电能，该抽水蓄能装置包括第一水箱12和第二水箱8，所述第一水箱12和第二水箱8通过蓄水管和放水管连通；所述蓄水管上设有第一电磁阀10，所述放水管上设有第二电磁阀11；所述第二水箱8内设有与所述蓄水管连接的水泵9和与所述放水管连接的流水发电机6，本实用新型是利用城市中高层或超高层建筑的高度差进行抽水蓄能发电，因此第一水箱12的布置位置要高于第二水箱8布置的位置，即第一水箱12布置在楼顶，第二水箱8布置在地下室；所述太阳能发电装置和抽水蓄能装置均接入电网。控制单元4是基于电网的供电量和/或太阳能发电装置的发电量，控制抽水蓄能装置进行电能转换，该控制单元包括供电量判断 模块，基于电网当前供电量，判断供电量是否低于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发送蓄水信号；发电量判断模块，基于当前太阳能发电装置的发电量，判断发电量是否高于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发出蓄水信号；电磁阀控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电或蓄水信号，开启第一电磁阀10或第二电磁阀11；水泵控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的蓄水信号，控制水泵9向第一水箱12蓄水；流水发电机控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电信号，控制流水发电机6发电。为保证系统的安全，本实用新型所述控制单元中还设置有报警模块和中断模块，该模块可以根据系统出现的例如控制失效，蓄水发电装置失效，水位控制失效等异常情况发出报警信号，该信号控制中断模块接收到报警信号后，断开系统供电，中断系统运行。为了更好的分配第一水箱12和第二水箱8中储水的量，控制单元4中进一步设置有水箱水量调整模块，该模块基于预设阈值，对两个水箱的水量进行平衡调整。该系统进一步包括设置在第一水箱上的雨水收集与过滤装置13，可有效利用高层或超高层上雨水的势能进行发电，节能能源，提高经济效益；该系统进一步包括设置在第一水箱上的第一水位监测装置2和设置在第二水箱上的第二水位监测装置5，实时对第一水箱12和第二水箱8进行水位监测，将检测信号发送至水箱水量调整模块，配合该模块对两水箱的水量进行调整。

本实用新型所述系统的工作原理：通过控制单元中的供电量判断模块和发电量判断模块分别对供电网当前供电量和太阳能发电装置的当前发电量进行判断，根据当前需要的模式，利用电磁阀控制模块、水泵控制模块和流水发电机控制模块分别控制第一电磁阀10、第二电磁阀11、水泵9和流水发电机6进行蓄水和/或发电的操作。利用雨水收集和过滤装置和系统的蓄水功能对第一水箱进行蓄水，从而实现能量储存的目的。利用第一水位监测装置2和第二水位检测装置5的检测值与水箱水量调整模块中的预设阈值进行对比，从而调整第一水箱12和第二水箱8中水量的平衡，避免水过满或过少。如果系统中出现异常情况，报警模块会发出报警信号，中断模块会根据报警信号断开系统供电，中断系统运行，保证系统的安全性。

下面通过具体实施例对本实用新型做进一步说明：

本实施例中将第一水箱12置于高层或超高层大楼的楼顶，将第二水箱8至于地下室，太阳能发电装置可以采用太阳能电池板1设置于楼顶或采用太阳能发电薄膜3贴于大楼的玻璃上。在晴朗的白天，对光伏发出的电进行逆变后接入电网补充电网用电不足，同时利用控制单元4中的发电量判断模块对太阳能电池板1与太阳能发电薄膜3的输出进行实时监测，及时利用水泵9蓄水储能消耗掉光伏输出过大的电量，避免对电网造成冲击，其具体为：若发电量判断模块检测到光伏的输出过大时，电磁阀控制模块开启第一电磁阀10，水泵控制模块向水泵9发出开启信号，利用电网中的电能开始抽取第二水箱8的水到顶层，此时本套系统相当于蓄电池的充电过程；当光伏输出过小时，系统停止抽水过程，发电量判断模块向流水发电机控制模块发出发电信号，电磁阀控制模块向第二电磁阀11发出开启信号，流水发电机控制模块向流水发电机6发出发电信号，放水管开始放水发电稳定光伏的输出，此时系统相当于蓄电池的放电过程，整个过程始终保持光伏的输出相对稳定，避免对电网造成过大的冲击。到了晚上，利用本系统控制单元的电网供电量判断模块对电网当前的供电量进行判断，若当前供电量达到预设阈值，则向水泵9发出蓄水信号，电磁阀控制模块向第一电磁阀10发出开启信号，水泵控制模块向水泵9发出蓄水信号，从而将电网晚上多余的电力给水泵9供电来抽水蓄能，直到楼顶的第一水箱水位监测装置2检测到楼顶的第一水箱12水位到达上限时停止抽水。到了白天，将存储在第一水箱12中的水放出利用水流发电机6发电补给白天用电高峰时电网的供电量，达到削峰填谷的目的。

下雨天时，利用第一水箱12上设置的雨水收集和过滤补充装置13接收并汇集雨水，进行初步过滤，积累水位。当电网用电量急剧增加时，供电量判断模块判断电网的供电量不足，并通过流水发电机控制模块向流水发电机6发出发电信号，同时电磁阀控制模块向第二电磁阀11发出开启信号，开始发电补充用电不足，当第二水箱上的第二水位监测装置5检测到第二水箱8的水位达到上限时，利用电磁阀控制模块向排水电磁阀7发出排水信号，排出多余水。当第二水箱的水量低于预先设置的水位时，则电磁阀控制模块向排水电磁阀7发出关闭信号，停止排水。

阴天时，仅采用抽水蓄能装置对电网中的供电量进行调整，达到削峰填谷的目的。

综上所述，本实用新型采用抽水蓄能的方式，在城市中利用超高层建筑十分可观的高度差，进行抽水蓄能发电，将用电低峰时的电能转化为水的势 能，在用电高峰时再放水发电，实现高层建筑高度差的最大程度利用，使得高层建筑变成了一个长期稳定运转的节能减排对象。此方案使削峰填谷受天气和地理条件的制约小，同时高势能水发电效率可观，对电网的调节作用十分显著。该系统进一步可以在光伏输出的电能过大时将其转化成水的势能储存起来，在其输出过小时放水发电稳定输出，不仅对光发电起到了调节作用，并且减少了蓄电池的使用，成本低，无污染，进一步提高可再生能源在电网中的渗透率。同时，近年来，雨水发电的应用越来越广泛，超高层建筑楼顶承接的雨水本身具有较大的势能，本实用新型利用收集装置将雨水用于发电，从而实现利用雨水再发电补充城市用电不足，提高经济效益，节能减排的效果。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于超高层建筑抽水蓄能和光伏发电的削峰填谷系统，其特征在于，该系统包括

太阳能发电装置；

抽水蓄能装置，用于将电能转换为水的势能储存或将水的势能转化为电能；

控制单元，基于电网的供电量和/或太阳能发电装置的发电量，控制抽水蓄能装置进行势能和电能的转换；

所述太阳能发电装置和抽水蓄能装置均接入电网。

2.根据权利要求1所述的削峰填谷系统，其特征在于，所述抽水蓄能装置包括

第一水箱和第二水箱，所述第一水箱和第二水箱通过蓄水管和放水管连通；

所述蓄水管上设有第一电磁阀，所述放水管上设有第二电磁阀；

所述第二水箱内设有与所述蓄水管连接的水泵和与所述放水管连接的流水发电机。

3.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，该系统所述第一水箱的布置位置高于第二水箱布置位置。

4.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，所述控制单元包括

供电量判断模块，基于电网当前供电量，判断供电量是否低于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发送蓄水信号；

发电量判断模块，基于当前太阳能发电装置的发电量，判断发电量是否高于预设阈值，若低于预设阈值，则向控制模块发出发电信号；若高于预设阈值，则向控制模块发出蓄水信号；

电磁阀控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电或蓄水信号，开启第一电磁阀或第二电磁阀；

水泵控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的蓄水信号，控制水泵向第一水箱蓄水；

流水发电机控制模块，基于电网供电电量判断模块和/或太阳能发电装置发电量判断模块发出的发电信号，控制流水发电机。

5.根据权利要求4所述的削峰填谷系统，其特征在于，所述控制单元进一步包括报警模块，用于当系统出现异常情况时，发出报警信号；

中断模块，基于报警模块的报警信号，断开系统供电，中断系统运行。

6.根据权利要求4所述的削峰填谷系统，其特征在于，所述控制单元进一步包括水箱水量调整模块，基于预设阈值，对两个水箱的水量进行平衡。

7.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，该系统进一步包括设置在第一水箱上的雨水收集与过滤补充装置。

8.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，该系统进一步包括设置在第一水箱上的第一水位监测装置。

9.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，该系统进一步包括设置在第二水箱上的排水电磁阀。

10.根据权利要求2所述的削峰填谷系统，其特征在于，该系统进一步包括设置在第二水箱上的第二水位监测装置。