利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽集熱儲能發電系統的製作方法
2023-07-01 16:38:21
專利名稱：利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽集熱儲能發電系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於可再生能源利用的發電領域，特別涉及一種風カ發電場利用空氣壓縮和太陽能集熱進行儲能和發電的綜合系統。
背景技術：
由於世 界能源消耗持續增加，全球範圍內的能源危機形勢愈發明顯，由於風能的可再生、分布廣、無汙染的特性，使風能發電成為世界可再生能源發展的重要方向，目前我國風カ發電場建設、風カ發電裝機容量正在迅猛發展。但風カ發電受環境制約較大，在目前的風カ發電方式中，最大的缺點在於發電與用電不同步，因風カ強弱不一導致風機輸出的電流不穩定，使得風カ發電的供給與需求很難協調起來，風電上網後很難維持電網的穩定。儲能技術已被視為電網運行過程中的「採-發-輸-配-用-儲」六大環節中的重要組成部分。壓縮空氣儲能是ー種新型電能儲存技術，採用空氣作為儲能介質，將風能轉換為壓縮空氣內能，然後通過控制壓縮空氣的能量釋放速度和時間，得到穩定、可靠的電能。
發明內容
為避免風カ發電受環境制約，提高風能的利用率和穩定性，解決風電難於儲存的技術問題，本申請公開了ー種利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽能熱儲能發電系統。本申請具體採用以下技術方案利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽能熱儲能發電系統，包括風カ發電機、空氣壓縮機3、汽輪發電機和地下空氣儲存室6 ;其特徵在於所述風カ發電機包括風輪和支持所述風輪的塔筒，將所述塔筒做成密封容器，用作儲存壓縮空氣的壓カ容器；使用管道7將風電場中各風カ放電機的塔筒連接貫通，形成一個壓縮空氣儲能塔筒陣列，布置空氣閥門能適時調節壓縮空氣容量大小；所述壓縮空氣儲能塔筒陣列還通過管道連接到設置在地下的地下空氣儲存室6，所述地下空氣儲存室6為ー個或多個； 所述空氣壓縮機3與地下空氣儲存室6相連，在用電低峰時，利用風カ發電機剩餘電能，通過壓縮機3將空氣抽入地下空氣儲存室以及與其相連的壓縮空氣儲能塔筒陣列；在用電高峰時，通過釋放地下空氣儲存室以及與其相連的壓縮空氣儲能塔筒陣列內的高壓空氣驅動汽輪發電機5發電，從而實現風能發電的綜合優化利用。本發明具有以下技術效果。(I)本發明充分結合風カ發電的特點，利用風機塔筒作為容器，並通過管道將大量塔筒貫通組成壓縮空氣容器陣列。通過操控各個塔筒與管道相聯的閥門，可按需要的發電量適時調節壓縮空氣容量。(2)利用太陽能加熱壓縮空氣，提高空氣壓強，可以將太陽能轉化為電能。收集太陽熱能可通過塔筒塗刷吸熱油漆或薄膜，也可通過槽式等太陽能集熱器加熱地下空氣儲存與熱交換室。(3)利用風機塔筒，在加工時適當提高強度並加以改造作為壓縮空氣容器，並綜合利用太陽熱能，提供了一整套適合風場壓縮空氣儲能和再生能源發電的新方法，具有可行性和投資相對較小的特點。
圖I為利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽集熱儲能發電一體化系統示意圖；其中，I風機2塔筒3空氣壓縮機4太陽能集熱器5汽輪發電機6地下空氣儲存室7管道和閥門。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施詳細描述本發明。 圖I為利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽集熱儲能發電一體化系統示意圖。本申請公開的利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽能熱儲能發電系統，包括風カ發電機、空氣壓縮機3、汽輪發電機和地下空氣儲存室6。風カ發電機主要由風輪I、塔筒2等組成，而塔筒作為支持物，目前其內部為半封閉空間，通過技術處理，可以做成密封容器，作為儲存壓縮空氣的壓力容器。而且ー個風場裝機數量一般較大，大型風場可超過200臺，可以通過管道7全部貫通，形成ー個壓縮空氣儲能塔筒陣列，在各風カ發電機塔筒的管道上合理布置空氣閥門適時調節壓縮空氣容量大小。所述壓縮空氣儲能塔筒陣列還通過管道連接到設置在地下的地下空氣儲存室6，所述地下空氣儲存室6為ー個或多個。目前新建風場一般多安裝單機I.5MW的風機，其塔筒一般高度在65米以上，下部直徑約為4米，上部直徑約為2. 9米，單機塔筒空氣容量可達600立方米，若將整個風場所有風機塔筒通過管道聯接起來，若以100臺計算，則可達60000立方米，儲氣量巨大。自然空氣壓強約為O. IMPa左右，為滿足壓縮空氣儲能效率要求，壓縮空氣壓強需超過5MPa，通過實際計算，可通過增加塔筒鋼板壁厚或採用高強度鋼板、加強聯接法蘭強度，能達到滿足壓縮空氣不低於5MPa的要求。所述空氣壓縮機3與地下空氣儲存室6相連，用電低峰一般在晚上，可利用風機剩餘電能，通過壓縮機3將空氣抽入抽入地下空氣儲存室以及與其相連的壓縮空氣儲能塔筒陣列。而且許多風場建在我國緯度較高的地方，晝夜溫差大，在白天利用壓縮空氣發電吋，可以充分利用太陽熱能，提升壓縮空氣溫度，進ー步提高壓縮空氣壓強。太陽熱能收集可通過兩種方式1)塔筒為鋼板，可以在塔筒外表層塗刷深色油漆或吸熱塗層，利用塔筒2直接加熱空氣。2)通過布置槽式集熱器4，收集太陽熱能，加熱位於地下的小型儲氣室6的空氣，然後通過空氣的流通，達到加熱整個聯通容器裡的空氣。太陽能熱收集可以採用以上兩種中的任一方式，或者同時採用以上兩種方式。在用電高峰時，通過釋放地下空氣儲存室以及與其相連的壓縮空氣儲能塔筒陣列內的高壓空氣驅動汽輪發電機5發電，從而實現風能發電的綜合優化利用。壓縮空氣發電可按風場規模採用兩種發電方式，大型風場可採用大型燃氣輪機發電，小型風場可採用由高速氣流推動的汽輪發電機。本發明申請人結合說明書附圖對本發明的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例僅為本發明的優選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發明精神，而並非對本發明保護範圍的限制，相反，任何基於本發明的 發明精神所作的任何改進或修飾都應當落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.利用風電場塔筒進行空氣壓縮及太陽能熱儲能發電系統，包括風力發電機、空氣壓縮機(3)、汽輪發電機(5)和地下空氣儲存室(6);其特徵在於 所述風力發電機包括風輪和支持所述風輪的塔筒，將所述塔筒做成密封容器，用作儲存壓縮空氣的壓力容器； 使用管道(7)將風電場中各風力放電機的塔筒連接貫通，形成一個壓縮空氣儲能塔筒陣列； 所述壓縮空氣儲能塔筒陣列還通過管道連接到設置在地下的地下空氣儲存室(6)形成一個聯通容器，所述地下空氣儲存室(6)為一個或多個； 所述空氣壓縮機(3)與地下空氣儲存室(6)相連，在用電低峰時，利用風力發電機剩餘電能，通過壓縮機(3)將空氣抽入地下空氣儲存室以及與其相連的壓縮空氣儲能塔筒陣列所形成的聯通容器內，並通過太陽能加熱所述聯通容器，提高壓縮空氣的氣壓； 在用電高峰時，通過釋放所述聯通容器內的高壓空氣驅動汽輪發電機(5 )發電，從而實現風能發電的綜合優化利用。
2.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 所述塔筒採用鋼板材料製成，並在塔筒外表層塗刷深色油漆或吸熱塗層，利用塔筒接收太陽能直接加熱所述聯通容器內的壓縮空氣。
3.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 布置槽式集熱器(4)，收集太陽熱能，加熱位於地下的地下空氣儲存室(6)的壓縮空氣。
4.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 所述塔筒採用鋼板材料製成，並在塔筒外表層塗刷深色油漆或吸熱塗層，利用塔筒接收太陽能直接加熱所述聯通容器內的壓縮空氣；並且， 布置槽式太陽能集熱器(4)，收集太陽熱能，加熱位於地下的地下空氣儲存室(6)的壓縮空氣。
5.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 所述壓縮空氣壓強需超過5Mpa。
6.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 所述汽輪發電機(5)採用大型燃氣輪機或由高速氣流推動的汽輪發電機；大型風場採用大型燃氣輪機發電，小型風場採用由高速氣流推動的汽輪發電機發電。
7.根據權利要求I所述的發電系統，其特徵在於 在連接各風力發電機塔筒的管道上設置空氣閥門，用以調節壓縮空氣容量大小。
全文摘要
本發明公開了屬於可再生能源發電領域的一種風力發電場利用空氣壓縮和太陽能集熱進行儲能和發電的綜合系統。由風機塔筒、地下空氣儲存室、聯通管道和調節閥門組成壓縮空氣容器陣列，剩餘風電通過壓縮空氣儲能，並通過集熱器及塔筒外層吸熱塗層，收集太陽能加熱空氣，提高空氣壓強，在用電高峰時釋放高壓空氣驅動大型燃氣輪機或汽輪發電機發電。本發明的風電儲能技術，充分利用風場現有條件，投資成本低，綜合利用風能及太陽能，解決風電難於儲存的技術問題，能夠提高風能的利用率和穩定性。
文檔編號F04B41/02GK102852727SQ201210333439
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者李清華 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司