CN204859067U - 一种用于沙漠环境中的联合发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于沙漠环境中的联合发电系统，包括风力发电系统、光伏发电系统、蓄沙储能电站、场级监控站和负载；蓄沙储能系统包括蓄沙储能电站和储能监测单元；蓄沙储能电站包括高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓和运沙轨道，高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓底部均设有泄沙阀；高位储沙仓的泄沙阀下方设有砂轮发电机；所述砂轮发电机和补沙仓下方设有传送带一，传送带一的一端的下方设有低位储沙仓，低位储沙仓下方设有传送带二，传送带二一端位于低位储沙仓下方，另一端与运沙轨道下端连接。本实用新型与现有技术相比的优点是：解决了现有普遍使用的蓄电池储能容量小、储能时间短、环境污染以及寿命短问题。

Description

一种用于沙漠环境中的联合发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能电站，尤其涉及一种用于沙漠环境中的联合发电系统。

背景技术

随着传统能源的逐渐耗尽，可再生能源相关技术成为了近年来世界范围内研究的热点，其中，风能和太阳能在所有的可再生能源中技术最成熟、应用规模最大。风能和太阳能都依赖天气变化，具有随机性，夏季光照强度大而风风力较弱，冬季光照强度弱而风力较强，白天太阳能资源充足，晚上没有太阳能资源而风比较大，所以风能和太阳能用以混合发电，从而克服两种能源的随机性和间歇性，其性能优于单一的风能和太阳能发电。

现在使用的典型的风光储联合发电系统由风力发电机、光伏阵列、控制装置、储能装置、整流器、逆变器、电缆、负载及辅助设备构成，其中储能装置的作用是在风能、太阳能资源充足时将多余的电能转化为其它形式能量储存起来，在风能和太阳能资源匮乏时将其它能量转化为电能和风光发电系统一起给负载供电。

现在所使用的储能形式分四大类：物理储能、电化学储能、电磁储能及相变储能。具体分类如下：

物理储能包括：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。

电化学储能包括：铅酸电池、镍氢电池等各类蓄电池以及燃料电池等。

电磁储能包括：超级电容器、超导电磁储能、高能密度电磁储能等。

相变储能包括：冰蓄冷储能等。

目前，独立风光储联合发电系统中应用最广泛的储能方式是铅酸蓄电池储能，另外，已经使用或已进入试验阶段的储能技术包括：抽水储能、超导储能、超级电容器储能、以燃料电池为主要载体的氢储能以及由上述若干种储能方式联合构成的混合储能技术。

蓄电池储能成本低、技术成熟，使用最为广泛，但该方法能量密度低、储能时间短、对环境有污染、寿命较短且需要专门回收。抽水蓄能和压缩空气储能能量密度较高，储能时间长，但需建设在水资源丰富地区，对自然条件要求较高，现阶段主要用于电网调峰使用，还没有实质性的进行风光互补发电系统的储能工程应用。飞轮储能、超级电容器储能为短期储能方式，基于燃料电池的氢储能为长期储能方式，近年来在世界范围内得到了越来越多的重视，其余储能方式多处于试验阶段，技术没有完全成熟。

中国国土沙漠化情况严重，目前沙化土地已经达到71.29万平方公里，占国土面积的18.12％。

本专利针对在我国广泛分布的沙漠地区设计了一种新型的离网型风光储联合发电系统，系统中的储能装置采用“蓄沙储能”方式，建设取沙、提沙、储沙及砂轮发电机构成储能装置，当风光互补发电装置发电量大于负载需求时，取沙装置将沙送入提沙装置，通过提沙装置将沙送入建设在高处的储砂罐中储存起来，当风光互补发电装置的发电量小于负载需求时，储砂罐泄沙口打开，沙从高处落下驱动砂轮机转动，将势能转变为电能给负载供电。

兰州理工大学的王克振实用新型了一种提沙储能电站，可利用提升和降低流沙的高度实现将间歇性的输入电能变成稳定输出的方便利用的电能。

中国石油大学的胥璐实用新型了一种沙石蓄能发电装置，在风力较强，发电量超出实际需要量时，将多余的电能用以驱动传输轮转动，抬升沙石，完成能量的即时储备，并实现沙石的循环利用。当发电量不足，供电紧张时，利用沙石的流动性，使其自上而下倾泻，击打带动装有叶轮的砂轮机来达到发电的目的。

其中，专利名称：一种提沙储能电站，实用新型人：王克振，申请号：CN201410155263.X，公开号：CN103925176A，其实用新型目的是利用提升和降低流沙的高度实现将间歇性的输入电能变成稳定输出的方便利用的电能，在高位沙库的上方修建有桥梁，在高位沙库的下面修建有隧道，在低位沙库的上方修建有桥梁，在低位沙库的下面修建有隧道，在高位沙库和低位沙库的底部设有漏沙口，将上方的沙库和下方的隧道联通，在漏沙口处安装有流沙控制装置，在高位沙库和低位沙库之间修建有运沙通道，沿桥梁、运沙通道和隧道的方向修建有轨道，在轨道上安装有地面缆车提沙装置，在轨道上安装有地面缆车发电装置。

该技术侧重于独立提沙储能电站的建设，没有将该技术作为风光储联合发电站的一部分考虑，作为独立发电站，注重的是设备的容量是否能够满足负载需要以及电站的发电效率，而提沙储能现在来说只是一个概念，其发电效率受天气、沙质等很多方面影响，作为独立电站其出力的稳定性不能保证，作为一个独立电站，其装机容量非常大，考虑到沙漠环境中的基础建设问题，实现难度非常大。

其中，专利名称：沙石蓄能发电装置，实用新型人：胥璐；胥维坤；张延雷，申请号：CN201120475766.7，公开号：CN202381270U，该实用新型涉及一种沙石蓄能发电装置。其技术方案是：主要由机架、转轮发电装置、沙石传输装置、蓄沙装置组成，所述的转轮发电装置为砂轮机，安装在机架中部；所述的沙石传输装置为传输轮，安装在机架的一侧，传输轮上设有一圈铲砂轮，铲砂轮的轮缘处安置椭圆形半开口的铲子；所述的蓄沙装置由高库、低库和补砂轮组成，高库设置在机架的顶部，低库设置在机架的底部。有益效果是：在风力较强，发电量超出实际需要量时，将多余的电能用以驱动传输轮转动，抬升沙石，完成能量的即时储备，并实现沙石的循环利用。当发电量不足，供电紧张时，利用沙石的流动性，使其自上而下倾泻，击打带动装有叶轮的砂轮机来达到发电的目的。但是，在沙漠地区太阳能资源充足，一般不会单独使用风力发电设备，而是使用风光互补发电装置进行发电，而该技术没有考虑到光伏发电技术方面。

此外，现有技术还有一种使用蓄电池储能的风光储联合发电系统，该技术现已广泛应用，是一种较为实用的风光储联合发电解决方案，其典型结构如图1所示。风能和太阳能共同作用来满足负载用电需求，当能源供给充足满足负荷用电需求时，多余能量给储能装置供电，当风能和太阳能不足时，储能装置协助混合系统给负载供电。但是，蓄电池能量密度低、储能时间短、对环境有污染、寿命较短且需要专门回收。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述不足，提供了一种用于沙漠环境中的联合发电系统。

本实用新型的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种用于沙漠环境中的联合发电系统，其特征在于：包括风力发电系统、光伏发电系统、蓄沙储能电站、场级监控站和负载；

所述风力发电系统包括风电机组，风电机组连接风电机组监控装置和负载，风电机组监控装置连接场级监控站；

所述光伏发电系统包括光伏组件，光伏组件连接逆变器，逆变器连接光伏监控装置和负载；光伏监控装置连接场级监控站；

所述蓄沙储能系统包括蓄沙储能电站和储能监测单元，场级监控站连接储能监测单元，再连接蓄沙储能电站，蓄沙储能电站连接负载；

所述蓄沙储能电站包括高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓和运沙轨道，所述高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓底部均设有泄沙阀；高位储沙仓的泄沙阀下方设有砂轮发电机；所述砂轮发电机和补沙仓下方设有传送带一，传送带一的一端的下方设有低位储沙仓，低位储沙仓下方设有传送带二，传送带二一端位于低位储沙仓下方，另一端与运沙轨道下端连接，运沙轨道上端位于高位储沙仓上方；运沙轨道上设有运沙车，运沙车连接运沙电动机。

本实用新型与现有技术相比的优点是：本实用新型解决了现有普遍使用的蓄电池储能容量小、储能时间短、环境污染以及寿命短问题。

(1)可以解决沙漠地区水资源缺乏，无法建设大容量抽水蓄能装置进行长期电能储存的问题，以及现在使用的风光储联合发电系统使用蓄电池组进行储能，储能容量小、储能时效短、电池寿命短、环境污染问题，系统峰值供电能力强、寿命长、储能材料没有成本且取之不尽、用之不竭，运行成本低。

(2)该蓄沙储能电站只需要进行一次投资，电站建成后运行成本非常低，运行所需电能损耗均由风光互补发电系统供给，设备结构简单，控制系统可由可编程序控制器(PLC)控制，设备运行可靠，故障率低。

附图说明

图1是现有技术中典型风光储联合发电系统示意图。

图2是本实用新型的整体结构示意图。

图3是本实用新型中蓄沙储能电站的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步详述。

如图2、图3所示，一种用于沙漠环境中的联合发电系统，包括风力发电系统1、光伏发电系统2、蓄沙储能电站3、场级监控站4和负载5；

所述风力发电系统1包括风电机组1-1，风电机组1-1连接风电机组监控装置1-2和负载5，风电机组监控装置1-2连接场级监控站4；

所述光伏发电系统2包括光伏组件2-1，光伏组件2-1连接逆变器2-2，逆变器2-2连接光伏监控装置2-3和负载5；光伏监控装置2-3连接场级监控站4；

所述蓄沙储能系统3包括蓄沙储能电站3-1和储能监测单元3-2，场级监控站4连接储能监测单元3-2，再连接蓄沙储能电站3-1，蓄沙储能电站3-1连接负载4；

所述蓄沙储能电站3-1包括高位储沙仓3-11、补沙仓3-12、低位储沙仓3-13和运沙轨道3-14，所述高位储沙仓3-11、补沙仓3-12、低位储沙仓3-13底部均设有泄沙阀3-15；高位储沙仓3-11的泄沙阀3-15下方设有砂轮发电机3-20；所述砂轮发电机3-20和补沙仓3-12下方设有传送带一3-16，传送带一3-16的一端的下方设有低位储沙仓3-13，低位储沙仓3-13下方设有传送带二3-17，传送带二3-17一端位于低位储沙仓3-13下方，另一端与运沙轨道3-14下端连接，运沙轨道3-14上端位于高位储沙仓3-11上方；运沙轨道3-14上设有运沙车3-18，运沙车3-18连接运沙电动机3-19。

本实用新型的工作原理：电能产生环节由风力发电系统1、光伏发电系统2构成，风电机组1-1获取风能将其转换为电能，光伏组件2-1获取太阳能将其转换为电能。场级监控站4完成对风电机组1-1、光伏组件2-1和蓄沙储能电站3之间的联合控制，其主要功能是对风电机组1-1和光伏组件2-1的输出功率进行控制，同时对蓄沙储能电站3的充放电进行控制。当风电机组1-1和光伏组件2-1发出的电能能够满足负载5需要时，就通过控制系统给蓄沙储能电站3提供电能。蓄沙储能电站3的结构如图3所示。

首先用人工方式将低位储沙仓3-13蓄满，蓄沙储能电站3接收风力发电系统1和光伏发电系统2发出的电能，低位储沙仓3-13的泄沙阀3-15打开，通过传送带二3-17将沙运送至运沙车3-18内，再通过运沙电动机3-19将沙运至高位储沙仓3-11将电能转化为位势能储存，可以根据系统装机容量确定高、低位储沙仓的容量大小。当风电机组1-1和光伏组件2-1出力较小不能满足负荷需求时，高位储沙仓3-11的泄沙阀3-15打开，沙子从高处泄下带动砂轮发电机3-20转动将位势能转化为机械能，砂轮发电机3-20将机械能转化为交流电能，同时传送带一3-16运作，将泄下的沙子送至低位储沙仓储存3-13。补沙仓3-12用来补充系统运行过程中沙子的损耗。

本实用新型的“蓄沙储能”可以根据风光储联合发电系统的储能需要进行蓄沙站建设，彻底解决现有技术一种使用蓄电池储能的风光储联合发电系统储能容量的限制，沙子化学性质稳定，可以无限期储存，储能时间长，在沙漠环境中，对环境没有污染，因为所有设备均为机械及电气设备，没有化工设备，所以不存在环境污染。将“蓄沙储能”应用于风光互补联合发电系统中，克服了现有技术二“沙石蓄能发电装置”只用风能发电，能量分散，能量随机性、间歇性大的缺点。克服了现有技术一“一种提沙储能电站”在沙漠环境中建设大规模独立提沙储能电站的难度问题，将蓄沙储能装置作为风光储联合发电站中的储能环节，用该储能装置代替现在普遍使用的蓄电池或蓄水储能，从而解决储能装置寿命问题、储能时效问题以及沙漠地区没有水资源的问题。该技术侧重于储能设备寿命、储能的时效性、储能容量问题的解决，只作为风光互补发电的一个附加储能装置，不需要独立电站那么大的装机容量，对能量输出的稳定性要求也会比独立电站低得多。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于沙漠环境中的联合发电系统，其特征在于：包括风力发电系统、光伏发电系统、蓄沙储能电站、场级监控站和负载；

所述风力发电系统包括风电机组，风电机组连接风电机组监控装置和负载，风电机组监控装置连接场级监控站；

所述光伏发电系统包括光伏组件，光伏组件连接逆变器，逆变器连接光伏监控装置和负载；光伏监控装置连接场级监控站；

所述蓄沙储能系统包括蓄沙储能电站和储能监测单元，场级监控站连接储能监测单元，再连接蓄沙储能电站，蓄沙储能电站连接负载；

所述蓄沙储能电站包括高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓和运沙轨道，所述高位储沙仓、补沙仓、低位储沙仓底部均设有泄沙阀；高位储沙仓的泄沙阀下方设有砂轮发电机；所述砂轮发电机和补沙仓下方设有传送带一，传送带一的一端的下方设有低位储沙仓，低位储沙仓下方设有传送带二，传送带二一端位于低位储沙仓下方，另一端与运沙轨道下端连接，运沙轨道上端位于高位储沙仓上方；运沙轨道上设有运沙车，运沙车连接运沙电动机。