CN216649239U - 基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，该供水供电系统，包括上水库、下水库、山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵，上水库一端通过输水管线与下水库相连，另一端与山区用水系统相连；本实用新型的上水库采用山区提水灌溉系统的储水罐，下水库采用山下天然河流或水池；同时，在山区空地或荒地建设山地光伏方阵，在山下下水库建设水面漂浮式光伏方阵。不仅为山区微电网供电和储能服务，同时还可以解决山区生活供水和农业灌溉的问题。本实用新型将光伏电站、微型抽水蓄能和山区提水灌溉系统相结合，针对光伏资源条件良好同时又有供水需求的山区，使得系统既具有自供电能力，又具有了自供水的能力。

Description

基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，尤其是涉及一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统。

背景技术

光伏等可再生能源发电系统的运行特点是出力的随机波动特性，这种随机波动既是气候条件等各种外部条件影响的结果，也是电力系统供需关系不稳定的结果。对于微电网系统而言，一方面，新能源出力的波动会对电力系统的安全稳定运行有负面影响；另一方面，当遇到电力过剩时，新能源往往不能被合理利用，从而又造成了新能源电力的损失。若想彻底解决可再生能源随机波动带来的影响，就需要采用合适的储能技术相配套。

2020年，全国光伏新增装机4820万千瓦，其中集中式光伏电站3268万千瓦、分布式光伏1552万千瓦。从新增装机布局看，中东部和南方地区占比约36％，“三北”地区占64％。2020年，全国光伏平均利用小时数1160小时，全国平均弃光率2％，光伏消纳问题较为突出的西北地区弃光率为4.8％。可见，在部分省份的光伏弃电问题仍不可忽视。抽水蓄能电站有着投资成本低，寿命长，规模大、集中式能量储存的优点，是迄今为止部署最多的储能方式，在储能市场占据绝对优势位置。截止2019年底，中国已投运储能项目累计规模32.3GW，其中抽水蓄能电站共计32座，装机容量合计3029万千瓦，占比93.70％。

近些年，偏远地区的离网型光伏提水系统得到了较大发展。光伏提水系统由四个主要部分组成，即光伏方阵、功率调节单元、电动机和水泵。若能对光伏提水系统进行适当的改造，使其除了具备提水灌溉的能力以外，还具备储能发电的能力，将较大程度地提高偏远地区的供电可靠性。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提供一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，将光伏电站、微型抽水蓄能和山区提水灌溉系统相结合，使得系统既具有自供电能力，又具有了自供水的能力。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：包括上水库、下水库、山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵，所述上水库采用山区提水灌溉系统的储水罐，所述下水库采用山下天然河流或水池，所述山地光伏方阵建设在山区空地或荒地，所述水面漂浮式光伏方阵建设在山下下水库；所述上水库一端通过输水管线与下水库相连，另一端与山区用水系统相连；所述上水库和下水库之间设有抽水蓄能发电电动机组，所述抽水蓄能发电电动机组、山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵通过输电线路接入电网。

作为优选，所述抽水蓄能发电电动机组设置在山下发电厂房中。

作为优选，所述抽水蓄能发电电动机组包括两台并联设置的可变速机组，一台为发电机，另一台为电动机。

进一步的，所述发电机和电动机均采用双馈型异步发电机。

进一步的，所述发电机的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，所述电动机的转子接线端连接到另一组背靠背式变流器；所述发电机和电动机的定子接线端共用一台机组变压器与电网相连。

更进一步的，在光伏出力过剩时，山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵提供山区用电负荷，同时，山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵的剩余出力提供电能用以驱动电动机，提水至山上储水罐中。

更进一步的，在光伏出力不足时，山上储水罐放水，发电机发电，用以补偿山区的供电。

本实用新型取得的有益效果是：本实用新型的上水库采用山区提水灌溉系统的储水罐，下水库采用山下天然河流或水池；同时，在山区空地或荒地建设山地光伏方阵，在山下下水库建设水面漂浮式光伏方阵。不仅为山区微电网供电和储能服务，同时还可以解决山区生活供水和农业灌溉的问题。本实用新型将光伏电站、微型抽水蓄能和山区提水灌溉系统相结合，针对光伏资源条件良好同时又有供水需求的山区，使得系统既具有自供电能力，又具有了自供水的能力。

附图说明

图1为光伏发电提水至山区灌溉，同时储水罐储水储能时，本实用新型的原理图；

图2为储水罐放水发电补偿山区供电时，本实用新型的原理图；

图3为本实用新型的电气接线示意图；

附图标记：1、储水罐(上水库)；2、下水库；3、水面漂浮式光伏方阵；31、光伏断路器；32、光伏箱变；33、光伏高压断路器；4、山地光伏方阵；5、地下发电厂房(抽水蓄能发电电动机组)；51、水轮机；52、发电机；53、电动机；54、断路器；55、微抽蓄三圈箱变；56、微抽蓄高压断路器；57、背靠背式变流器；6、输水管线；7、山区农田；8、山区用电负荷；9、输电线路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图1-3所示，本实用新型的一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，包括上水库1、下水库2、山地光伏方阵4和水面漂浮式光伏方阵3，上水库1采用山区提水灌溉系统的储水罐，下水库2采用山下天然河流或水池，山地光伏方阵4建设在山区空地或荒地，水面漂浮式光伏方阵3建设在山下下水库2；上水库1一端通过输水管线与下水库2相连，另一端与山区用水系统(农业灌溉、生活用水和光伏清洗等)相连；上水库1和下水库2之间设有抽水蓄能发电电动机组5，抽水蓄能发电电动机组5、山地光伏方阵4和水面漂浮式光伏方阵3通过输电线路9接入电网。

本实用新型采用山区提水灌溉系统的储水罐为上水库1，山下天然河流或水池为下水库2的布置型式。同时，在山区空地或荒地建设山地光伏方阵4，在山下下水库建设水面漂浮式光伏方阵3。为了将微抽蓄系统和山区供水系统结合起来，山上储水罐1的一端通过压力水管与山下下水库2相连，另一端与山区用水系统相连。当微抽蓄系统工作在电动机(水泵)工况下时，例如白天用电负荷高时，山上光伏方阵提供山区的用电负荷，同时，山地光伏方阵4和水面漂浮式光伏方阵3的剩余出力提供电能用以驱动电动机(水泵)，将水提至山上储水罐1中，用以农业灌溉、生活用水和光伏清洗等用水负荷；当微抽蓄系统工作在发电工况下时(抽水蓄能发电电动机组中的发电机工作)，例如夜晚用电负荷低时，山上储水罐放水发电，用以补偿系统供电出力。

下水库2对于水量的要求较低，针对不同的拟建设区域，其水量来源可以有以下两种情况：第一种为利用当地已建水库或天然湖泊、池塘为下水库2；第二种为当下水库2没有天然水源或水量不足时，需要先挖掘下水库2，再引进附近的水源一次充满，并动态补充蒸发水量和渗漏水量。对于缺乏大量水源的山区，由于微抽蓄为配套单个光伏电站而建设，其储能容量和建造规模并不大，因此无论采用上述两种方法中的哪一种，所需的引水量和挖掘水库的工程量远远低于常规抽水蓄能电站。

本实用新型运行的一个重要的指标是在能量产生环节和其存储环节之间切换的时间，这就要求储能单元对发电系统有更快和更精确的响应。本实用新型将抽水蓄能发电电动机组设置在山下发电厂房5中，抽水蓄能发电电动机组包括两台并联设置的可变速机组，一台为发电机52，另一台为电动机53，选择“一管两机式”方案，并列布置一台发电机52和一台电动机53。这种方案不需要单独设计和采购可逆式机组，节约了成本；同时，两机式方案可以改善抽水蓄能电站在配合光伏使用时的动态响应能力。在电气连接方面，两台机组的定子可以共用一台三相机组变压器与电网相连。

微抽蓄电站与光伏电站的结合旨在使得发电系统整体出力不受环境和气候因素的影响。针对微抽蓄电站的机组选型，为了在较高的水头变幅情况下使抽水蓄能机组高效运行，同时改善抽水蓄能电站在为光伏提供辅助服务时的动态响应，微抽蓄采用可变速机组。相比于固定速机组，可变速机组的优势对于具有不稳定光伏电源的微电网非常重要。

抽水蓄能可变速发电机组采用双馈型异步发电机，双馈发电机组的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，变流器采用功率半导体技术控制，双馈机组的定子经机组变压器与电网相连，设计发电工况的功率解耦控制，实现有功功率和无功功率精确调控；同样的，抽水蓄能可变速电动机组采用可调速异步电动机，针对水泵工况，设计变速驱动单位采用直接转矩控制技术，从而实现直接控制电机的机械扭矩。上述设计方案更适合于光伏电站联合运行，首先，可变速机组可有效解决负荷突变所引发的无功功率过剩等系统安全运行隐患，满足微电网快速准确进行频率调节的要求；其次，使用了可调转速发电电动机组以后可以有效地延伸水轮机和水泵的工作范围，扩大最优效率区域，同时可改善偏离高效率区的水流条件，减轻水力机械振动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要结构特征。本实用新型不受上述实例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：包括上水库、下水库、山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵，所述上水库采用山区提水灌溉系统的储水罐，所述下水库采用山下天然河流或水池，所述山地光伏方阵建设在山区空地或荒地，所述水面漂浮式光伏方阵建设在山下下水库；所述上水库一端通过输水管线与下水库相连，另一端与山区用水系统相连；所述上水库和下水库之间设有抽水蓄能发电电动机组，所述抽水蓄能发电电动机组、山地光伏方阵和水面漂浮式光伏方阵通过输电线路接入电网。

2.根据权利要求1所述的基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：所述抽水蓄能发电电动机组设置在山下发电厂房中。

3.根据权利要求1所述的基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：所述抽水蓄能发电电动机组包括两台并联设置的可变速机组，一台为发电机，另一台为电动机。

4.根据权利要求3所述的基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：所述发电机和电动机均采用双馈型异步发电机。

5.根据权利要求3或4所述的基于光伏微型抽水蓄能的山区供水供电系统，其特征在于：所述发电机的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，所述电动机的转子接线端连接到另一组背靠背式变流器；所述发电机和电动机的定子接线端共用一台机组变压器与电网相连。

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