[发明专利]一种基于海上水平轴风力机平台的风能与潮流能耦合发电方法及系统

说明书

本发明提供的一种基于海上水平轴风力机平台的风能与潮流能耦合发电方法及系统，通过实时监测并采集风力发电平台中风力发电机组的有功功率；计算风力发电机组的有功功率与其额定功率之间的差额；进而根据计算得到的容量差额信号控制潮流能发电单元的运行状态及功率输出，实现风潮耦合发电；本发明以现有的海上风力发电平台为基础，充分利用海上风电现有的输送电装备，将潮流能发电与风电融合，通过潮流能发电填补海上风电容量缺额，并结合风潮耦合控制策略补偿风功率波动，构建出力稳定的海上风能和潮流能耦合发电系统，以低施工成本提高近海可再生能源的综合利用率与发电系统的可靠性，提升整场发电的经济效益。

技术领域

本发明属于海上风能与潮流能联合发电技术领域，特别涉及一种基于海上水平轴风力机平台的风能与潮流能耦合发电方法及系统。

背景技术

海洋覆盖着地球百分之七十的表面，蕴含着巨大的能量。近海能源是海洋能中，可以被人们直接利用且清洁的可再生能源，科学地开发近海能源，对缓解能源危机、减少环境污染、调整能源结构，具有重要的战略意义。目前，由于技术条件的限制，具备开发利用价值的近海可再生能源主要为风能、潮汐能、潮流能和波浪能。其中，近海风能发电技术相对于其他近海能源利用技术而言，研究与开发起步较早，目前已趋于成熟，已经步入到规模化发展、商业化运营并网的阶段；对于近海潮汐、潮流能、波浪能等发电技术，随着相应理论与试验的不断深入研究，近年来亦取得了长足进步，正逐步向示范化运行，规模化开发的进程发展。

现阶段，上述近海可再生能源的开发方式趋于单一、专业化，即在特定海域里，通常只有单一形式的能量被捕获并转化利用，近海风力发电场即为最典型的应用案例。然而，在单独利用海上风力单一能源进行发电时，不可避免地会出现一些瓶颈问题。首先，由于优质海风的形成具有一定的季节与时间性，风力机组在小风速时段的输出功率则远低于其设计的额定功率，造成现有资产、资源利用率的降低。再者，由于风能在时域上具有波动性，及其湍流强度的变化难以精确预测，使得风力机组的出力波动性较大，其接入电网后直接影响陆地电网的电压稳定与功率平衡，经常出现并网困难与限电的情况，造成风电设备在产能与投资上的浪费。

为解决上述问题，近海风能结合其他可再生能源的联合发电系统开始引起人们的关注。例如，申请号为201320488987.7申请日期为2013.08.12授权日为2014.03.26的实用新型专利公开了一种风能潮流能联合发电装置，其海上风力发电装置选用较为常用的水平轴风力机，潮流能发电装置为固定于风力机单桩上的垂直轴叶轮型式，其整体浸没于海面以下，二者在设计上使用同一套输电系统，有效地弥补了风力发电的不稳定性，减少了开发成本，并且提高了海域的可再生能源利用率。然而，该实用新型的在很大程度上偏重于概念性设计，在现阶段的工程实现中存在着一定的难度。通常，兆瓦级海上风机单桩塔筒直径在海面以下的层段至少为5 米，若将垂直轴叶轮型式的潮流能发电机套设在该段单桩塔筒上，其体积与外形则会相应地变得庞大，在一定程度上增加自启动难度；同时，该实用新型中所述的垂直轴潮流机在风机大直径塔筒段上的套装形式、潮流能发电机的海水密封与防腐方法，在实际情况下均为亟待解决的难题。因此，充分考虑近海风场、海上风电装备的特点，整合潮流能发电现有技术资源，融合海上风能和潮流能进行联合发电，从而提高目标海域的可再生能源利用率、电力输出稳定性以及整场的投资回报率，成为了目前近海可再生能源综合发电系统的重要研究方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于海上水平轴风力机平台的风能与潮流能耦合发电方法及系统，提高了现有目标海域的可再生能源综合利用率，同时弥补了目前单一风力发电系统的出力稳定性缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于海上水平轴风力机平台的风能与潮流能耦合发电方法，包括以下步骤：

实时监测并采集风力发电平台中的风力发电机组输出的有功功率；

计算风力发电机组输出的有功功率与风力发电机组额定功率之间的容量差额；