CN212563565U - 压缩空气储能系统及具备压缩空气储能功能的海上换流平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压缩空气储能系统及具备压缩空气储能功能的海上换流平台。本实用新型的目的是以克服大规模风电通过换流站送出后引起的大容量风电出力随机性强与稳定性不足问题。本实用新型的技术方案是：一种压缩空气储能系统，具有储气罐、若干压气机和若干燃气轮机，以及能驱动压气机工作和能由燃气轮机驱动发电的发电/电动机；若干压气机依次串接，串接后的压气机出气口依次经压气机出气管阀门、冷却器和储气罐进气管阀门管路连接储气罐；储气罐依次经燃烧室进气管阀门、燃烧室和燃气轮机进气管阀门管路连接依次串联的若干燃气轮机。本实用新型适用于绿色能源发电技术与海洋资源综合应用技术领域。

Description

压缩空气储能系统及具备压缩空气储能功能的海上换流平台

技术领域

本实用新型涉及一种压缩空气储能系统及具备压缩空气储能功能的海上换流平台。适用于绿色能源发电技术与海洋资源综合应用技术领域，尤其适用于海上风能等新能源领域与海洋牧场养殖水产领域。

背景技术

近年来，海上风力发电等海洋新能源技术在我国得到了较快的发展，除近海风电场正在快速建设之外，中远海风电场也在逐渐开展建设当中。随着海上风电场离岸距离越来越远，因输送距离、容量和经济性限制，传统通过交流海缆送出电能这一适合于近海风电场的送电方式已难以满足中远海风电场建设的需要。因此，通过建设海上换流平台，将临近的几个中远海风电场电能通过交流海缆接入汇集到平台，再经柔性直流技术送出至陆上，是一种相对经济且可行的方式。

然而海上新能源，尤其是海上风电具有出力随机性强、不稳定的特点。海上换流站又是将多个海上风电场能量汇集再向陆上送出。这样大容量但稳定性不足的电源可能会对电网产生相对较大的波动，增加了电网调度难度。如何平抑、稳定风电场出力成为一个重要的问题。

在换流站配置储能是解决上述问题的办法之一。目前常用的储能方式包括机械储能、化学储能、电化学储能、热储能、重力势能储能等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种压缩空气储能系统及具备压缩空气储能功能的海上换流平台，以克服大规模风电通过换流站送出后引起的大容量风电出力随机性强与稳定性不足问题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种压缩空气储能系统，其特征在于：具有储气罐、若干压气机和若干燃气轮机，以及能驱动压气机工作和能由燃气轮机驱动发电的发电/电动机；

若干压气机依次串接，串接后的压气机出气口依次经压气机出气管阀门、冷却器和储气罐进气管阀门管路连接所述储气罐；

所述储气罐依次经燃烧室进气管阀门、燃烧室和燃气轮机进气管阀门管路连接依次串联的若干燃气轮机。

所述储气罐上接有能在储气罐内压力超过最高或低于最低限值时对储气罐压力进行补偿的压力补偿装置。

一种具备压缩空气储能功能的海上换流平台，其特征在于：该海上换流平台上安装有所述的压缩空气储能系统，该压缩空气储能系统中的发电/电动机接入海上换流平台上的交流侧系统。

所述压缩空气储能系统中的储气罐部分浸没于海水中。

所述储气罐经升降机构安装于海上换流平台上。

所述升降机构具有设置于海上换流平台立柱上竖直布置的导轨，所述储气罐可沿导轨上下移动的安装于导轨上，该储气罐连接电动葫芦的动作端，电动葫芦安装于储气罐上方的平台甲板上。

当需减小风电出力或风电场运行电能超发时，压气机出气管阀门和储气罐进气管阀门打开，利用交流侧电能驱动发电/电动机，发电/电动机驱动多级压缩机将空气压缩，压缩的空气经过冷却器冷却后储存进所述储气罐；

当需增加风电出力或风电场运行电能欠发时，燃烧室进气管阀门和燃气轮机进气管阀门打开，储气罐内放出其内的压缩气体，释放的压缩气体在燃烧室内与燃料充分混合燃烧生成高温燃气，高温燃气驱动燃气轮机运行，带动发电/ 电动机发电提供额外出力。

当储气罐内压力低于最低限值或高于最高限值时，控制压力补偿装置工作调节储气罐内压力。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过压缩空气储能系统，就可在海上平台换流侧实现储能设备与新能源电场的能量交换，既可稳定电源侧出力，又便于电网侧进行统一调度和管理，有助于促进海上新能源的高效消纳。

本实用新型中占压缩空气储能系统体积最大的储气罐布置于换流平台下部，海域使用面积增加有限，对往来通航、海洋生态环境影响较小；储气罐部分浸没于海水中，使得其部分重力与海水浮力抵消，一定程度上减少海上换流平台的纵向负载。

相较于采用储氢设备储能等通过化学变化储能的方式，采用压缩空气储能成本更低、寿命更长，对整体投资增加相对较小，考虑海上新能源电场、换流站的整体造价及增加储能后产生的效益，可提高海上新能源在市场的竞争力。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例中压缩空气储能的流程图。

图3为实施例中压缩空气对外做功的流程图。

图中：1、上部组块；2、发电/电动机；3、压气机；4、燃气轮机；5、燃气轮机进气管；6、燃烧室；7、燃烧室进气管；8、燃烧室进气管阀门；9、压气机出气管；10、储气罐进气管阀门；11、压力补偿装置；12、压力补偿阀门；13、电动葫芦；14、压力补偿装置进/出气管；15、导轨；16、储气罐；17、立柱；18、控制室；19、燃气轮机进气管阀门；20、压气机出气管阀门；21、冷却器；22、压气机储气罐进气管；23、柔性电缆。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为一种具备压缩空气储能功能的海上换流平台，该换流平台用于深远海海上风电配套送出工程，包括换流平台的上部组块和下部组块。

本实施例中上部组块包括常规海上换流平台的主要设备，如换流单元、直流场设备、交流场设备、通风冷却设备、二次控制保护设备等，以及配套的照明、火灾报警、视频监控等辅助系统以及压缩空气储能系统(除储气罐)。下部组块包括支撑上部组块的立柱、储气罐以及人员登船平台等。

本例中压缩空气储能系统具有控制室、储气罐、压气机构、燃气轮机机构和发电/电动机，其中发电/电动机为发电机与电动机两用电机，可根据指令切换其发电机/电动机运行模式，在电动机运行模式下，发电/电动机能驱动压气机压缩气体；在发电机运行模式下，发电/电动机由燃气轮机机构带动发电，发电/ 电动机接入交流侧系统，可利用交流侧系统的电能驱动发电/电动机在电动机状态运行，可在发电机状态下运行时为交流侧系统补充电能。

本实施例中压气机构具有若干能由发电/电动机驱动的压气机，压气机依次串联，形成多级结构，有助于能量的充分利用。压气机构的出气口依次经压气机出气管阀门、冷却器和储气罐进气管阀门管路连接储气罐。

本例中储气罐依次经燃烧室进气管阀门、燃烧室和燃气轮机进气管阀门管路连接燃气轮机机构，燃气轮机机构局具有若干能驱动发电/电动机发电的燃气轮机，燃气轮机依次串联，形成多级结构，有助于能量的充分利用。

本实施例中控制室包括压力补偿装置以及压缩空气储能系统的控制系统，压力补偿装置经压力补偿阀门管路连接储气罐。

本例中储气罐可上下升降的安装于海上换流平台的立柱上，立柱上具有竖直布置的导轨，储气罐安装于导轨上，储气罐上安装有电动卡扣，正常运行时储气罐经电动卡扣固定于导轨上的工作位。在平台上部组块的甲板上安装有多个电动葫芦，电动葫芦的动作端连接下方的储气罐，可带动储气罐沿导轨上下移动。本实施例中储气罐部分浸没于海水中，使得其部分重力与海水浮力抵消，一定程度上减少海上换流平台的纵向负载。

压缩空气储能系统的控制系统接收上级调度指令与风电场实时功率情况，可对发电/电动机、压气机、燃气轮机、燃烧室、冷却器、电动葫芦、储气罐，以及压力补偿阀门、燃气轮机进气管阀门、压气机出气管阀门、燃烧室进气管阀门、储气罐进气管阀门进行控制，并接收上述设备的状态信号与动作反馈信号。压缩空气储能系统的控制系统可以接入换流站的光通信系统，并通过光通信系统将信号送达陆上换流站。

压缩空气储能系统的控制系统与上述需控制或接受反馈信号的设备采用柔性电缆连接，至储气罐的电缆，经甲板开孔至上部组块平台下方后先穿电缆保护管沿主柱敷设，再穿管进入导轨沿其内表面敷设，最后在储气罐上方与导轨连接处的开孔进入储气罐，上述所有提到的开孔均需采用封堵模块做好封堵。

如图2所示，日常运行时，当调度发送减小风电出力或调度无指令且风电场运行电能超发时，压缩空气储能系统的控制系统向发电/电动机、压气机、压气机出气管阀门、冷却器、储气罐进气管阀门、储气罐发送控制命令，使压气机出气管阀门和储气罐进气管阀门打开，冷却器启动运行，储气罐处于接受气体状态，发电/电动机在电动机状态运行，利用交流侧系统电能驱动压气机将空气压缩，并经过冷却器冷却后压入储气罐。

如图3所示，当调度发送增加风电出力或调度无指令且风电场运行电能欠发时，压缩空气储能系统的控制系统向发电/电动机、燃气轮机、燃烧室、燃气轮机进气管阀门、燃烧室进气管阀门、储气罐发送控制命令，使燃气轮机进气管阀门和燃烧室进气管阀门打开，储气罐处于放出气体状态，燃气轮机、燃烧室处于启动状态，发电/电动机在发电机状态运行，储气罐释放的压缩空气在燃烧室与燃料充分混合燃烧生成高温燃气，驱动燃气轮机运行，并作为发电/电动机的原动机驱动其在发电机状态下运行，为交流侧系统提供额外出力。

当压缩空气储能系统的控制系统经压力传感器获取储气罐内压力低于最低限值或高于最高限值时，压缩空气储能系统的控制系统向压力补偿装置、压力补偿阀门和储气罐发送控制命令，使压力补偿阀门打开，压力补偿装置工作，以升高或降低储气罐内压力。

当压力补偿装置超出其最大调节能力范围时，向压缩空气储能系统的控制系统发出告警信号，若此时储气罐内压力大于最高给定值，压缩空气储能系统的控制系统向交流侧系统发出减负荷命令；若此时储气罐内压力小于最低给定值，闭锁压缩空气储能系统。

当储气罐需要检修时，压缩空气储能系统的控制系统向电动葫芦、储气罐发布控制命令，使电动葫芦带电，然后令储气罐上安装的电动卡扣与导轨解列，并通过电动葫芦将储气罐提升至检修位后再令储气罐上的电动卡扣与导轨卡紧，检修完成后采用同样的方式将储气罐下降至工作位。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种压缩空气储能系统，其特征在于：具有储气罐、若干压气机和若干燃气轮机，以及能驱动压气机工作和能由燃气轮机驱动发电的发电/电动机；

若干压气机依次串接，串接后的压气机出气口依次经压气机出气管阀门、冷却器和储气罐进气管阀门管路连接所述储气罐；

所述储气罐依次经燃烧室进气管阀门、燃烧室和燃气轮机进气管阀门管路连接依次串联的若干燃气轮机。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于：所述储气罐上接有能在储气罐内压力超过最高或低于最低限值时对储气罐压力进行补偿的压力补偿装置。

3.一种具备压缩空气储能功能的海上换流平台，其特征在于：该海上换流平台上安装有权利要求1或2所述的压缩空气储能系统，该压缩空气储能系统中的发电/电动机接入海上换流平台上的交流侧系统。

4.根据权利要求3所述的具备压缩空气储能功能的海上换流平台，其特征在于：所述压缩空气储能系统中的储气罐部分浸没于海水中。

5.根据权利要求4所述的具备压缩空气储能功能的海上换流平台，其特征在于：所述储气罐经升降机构安装于海上换流平台上。

6.根据权利要求5所述的具备压缩空气储能功能的海上换流平台，其特征在于：所述升降机构具有设置于海上换流平台立柱上竖直布置的导轨，所述储气罐可沿导轨上下移动的安装于导轨上，该储气罐连接电动葫芦的动作端，电动葫芦安装于储气罐上方的平台甲板上。

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