[发明专利]一种风电与海水压缩空气储能一体化装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力储能技术领域，特别涉及一种风力发电与海水压缩空气储能装置及方法。

背景技术

风能是清洁的可再生能源，发电成本在逐年降低，竞争力也在提高。我国风能资源丰富，且风电技术逐渐成熟。我国陆上风电装机容量已经成为全球第一。根据国家规划，未来风电将是我国重点发展的可再生能源发电方式，其发展规模与速度，将直接关系到我国节能减排战略和国家关于调整和优化能源结构，提高可再生能源比例的目标。

然而，在风电快速发展中，暴露出间歇性和稳定性的问题。在电网的高负荷需求时期，风电无法满足电网所需，在低负荷时期，却可能发出大量电网难以消纳的功率。因此，大规模依赖风电的电网可能会产生安全性和稳定性问题，大规模风电送出消纳的矛盾日益突出，“弃风”的问题相当严重，造成风能资源浪费。为了减少风电的不稳定性，平抑功率波动，电力蓄能是关键方法。

通过储能装置可以极大地避免以上缺点，目前，对于电能存储的技术有两大类，物理方法和化学方法，但是都比较困难而且昂贵。压缩空气储能是一种公认的有潜力的大规模储能方式，它的储能成本较低，对环境的污染很小。传统压缩空气储能系统中，在电网的低负荷时期，一部分电能用来驱动空气压缩机，压缩的空气储存在特定的空间。然后，在用电高峰时期，压缩的高压气体被释放起来，经过膨胀驱动透平发电。压缩空气蓄能系统要使用气体燃料，通常是天然气，与在压缩空气中燃烧以提高压缩空气的温度，从而提高系统的效率。但是现有的利用空穴压缩空气储能对安装位置有要求，压缩储气罐占地面积大，成本高，在压缩过程中不容易散热，而且风电场还有间歇性和稳定性的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种风力发电与海水压缩空气储能装置及方法，所述装置包括：

风电场1分别与压气机变压器2和电网相连，压气机变压器2与压气机系统3、冷却换热器4、海底储气室5、控制器12、预热器6和燃烧室7依次串联，燃烧室7分别与燃料罐8和燃气透平9相连，燃气透平9连接发动机10，发动机10与电网相连，控制器12分别与海底储气室5和预热器6相连接，控制气体释放量。

所述海底储气室5固定在海底11。

燃气透平9与发电机10同轴相连。

冷却换热器4是利用海水进行冷却换热的。

海底储气室5至少有一个。

一种基于所述的风电与海水压缩空气储能一体化装置的工作方法，包括4个步骤：

步骤1：风电场1发出风电，当电网能消纳时供用户使用；

步骤2：风电场1发出风电，当电网无法消纳时，将风电场1发出的多余电能输送给压气机变压器2，绝热压缩过程产生的热量经过在海水中的低温海水的冷却吸收，冷却后的压缩空气储存在海底储气室5中；

步骤3：高压的压缩气体从储气室5中释放出来，通过控制器12，调节气体释放，然后经过预热器6，温度升高，与燃料罐8中的燃料混合进入燃烧室7，燃烧室7产生高温高压的燃气推动燃气透平9做功，与燃气透平9同轴的发电机10发出电能；

步骤4：在电网处于用电高峰时期，将储存的压缩气体如步骤2和步骤3所述释放出来进行供电。

有益效果：

本发明解决了风电的间歇性和稳定性的问题，将储存压缩空气的海底储气室固定在海底，利用海水的压强压缩空气，使其保持较小的体积，节约了陆地空间，海底空间对海底储气室大小限制较少，可以布置多个海底储气室提高储能量，另外利用低温的海水冷却绝热压缩气体，海水冷却效率较高，可以有效的提高压缩效率，减少能源耗散。克服了现有技术中压缩储气罐占地面积大、成本高，在压缩过程中不容易散热的问题，具有降低空气储存装置的成本、节约陆地空间、提高散热效率和能源利用率的优点。

附图说明

图1为一种风力发电与海水压缩空气储能装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种风力发电与海水压缩空气储能装置，包括：

风电场1分别与压气机变压器2和电网相连，压气机变压器2与压气机系统3、冷却换热器4、海底储气室5、控制器12、预热器6和燃烧室7依次串联，燃烧室7分别与燃料罐8和燃气透平9相连，燃气透平9连接发动机10，发动机10与电网相连，控制器12分别与海底储气室5和预热器6相连接，控制气体释放量。

风电场1产生的多余电能驱动压气机系统3产生高压气体，压气机系统3生成的高压气体经海水冷却进入海底储气室5内，所述海底储气室5固定在海底11，依靠海底海水高压平衡空气高压。