用于布置所謂的“海洋”抽水蓄能水力發(fā)電站的方法和相應(yīng)的發(fā)電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于布置稱為“海洋STEP”的抽水蓄能水力發(fā)電站的方法，所述發(fā)電站包括：相比于大海的水平面(M)位于高處的蓄水池(RE)；水電站(HE)，其配置成作為泵?馬達組件運行從而將水從海水(M)泵送到所述蓄水池(RE)，或者作為渦輪發(fā)電機組件運行從而經(jīng)由至少一個管(1)將水從蓄水池(RE)向大海(M)釋放而發(fā)電，該管將所述蓄水池(RE)連接至所述水電站(HE)；其特征在于：所用的水電站(HE)體現(xiàn)為具有至少一個沉箱(2)的形式，該沉箱至少下部是水密的；所述沉箱(2)被運輸?shù)剿鲂钏?RE)的“根部”；所述沉箱(2)固定在大海(M)里；并且所述沉箱連接至所述管(1)。
【專利說明】
用于布置所謂的“海洋”抽水蓄能水力發(fā)電站的方法和相應(yīng)的發(fā)電站
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于布置稱為“海洋STEP”的抽水蓄能水力發(fā)電站的方法。
[0002]本發(fā)明還涉及這樣一種轉(zhuǎn)換站。
【背景技術(shù)】
[0003]當今的能源世界正在經(jīng)歷深刻的變革，在諸如中國、印度或者東南亞的國家中消耗嚴重增加。在西歐和北美的西方國家中，也更普遍地感受到這種消耗的增加。
[0004]對于這種增長隨之而來的是伴隨著源于化石燃料的能源增長高峰的到來的能源生產(chǎn)領(lǐng)域的巨變。
[0005]最后，在2011年發(fā)生在福島的事件對很多國家的能源政策產(chǎn)生直接影響:減少核能生產(chǎn)(瑞士、德國、日本)和開發(fā)間歇性能源。
[0006]間歇性可再生能源(諸如風或者光電)的需求以及開發(fā)的變化的增長需要能夠更好地管理生產(chǎn)和消耗之間的平衡的新方案。
[0007]除了用于間歇性能源的預測技術(shù)和對消耗和生產(chǎn)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行更好的管理，用于儲存能源的方案可以有助于系統(tǒng)的平衡。
[0008]現(xiàn)今，由于安裝所要求的尺寸，電池類型的儲存站的方案僅僅稍微有所發(fā)展。此外，用壓縮空氣儲存的效率一般。
[0009]另一方面，水力儲能(水栗水輪機)目前代表大量儲存的絕大多數(shù)，其似乎具有充分的空間以應(yīng)對新能源的挑戰(zhàn)。
[0010]STEP(抽水蓄能水力發(fā)電站)的操作原理包括兩個階段，一個是，當要求蓄能的時候，將水從下蓄水池栗送到上蓄水池(位于更高的高度)，另一個是，當要求發(fā)電的時候，使水從上蓄水池通過渦輪流到下蓄水池。
[0011]除了上蓄水池和下蓄水池以外，STEP包括水電站，該水電站能夠作為栗/馬達單元運行，從而將水從所述下蓄水池栗送到所述上蓄水池，或者作為渦輪/交流發(fā)電機單元運行，從而通過使水從所述上蓄水池釋放到所述下蓄水池而發(fā)電。還包括所謂的“強制”管和所謂的“下游”管，該“強制”管將所述上蓄水池連接至水電站的所述水栗水輪機，該“下游”管將下蓄水池連接至水電站的所述水栗水輪機。
[0012]除了下蓄水池由大?；蛘叽笱筇娲?，“海洋”STEP的情況與所謂的“基于陸地”的“傳統(tǒng)” STEP相類似。
[0013]全世界，站儲能容量的99%由STEP提供(來源:“Rapport sur I' Industrie desenergies decarbonnees-2010^ [減少含二氧化碳的能源工業(yè)的報告-2010])。
[0014]在歐洲，現(xiàn)在列舉40GW的已安裝的STEP容量(代表全世界STEP容量的30%)。四個GW容量現(xiàn)在處于建造中，歐洲的容量希望在2010至2020之間增加35% ATEP市場因此經(jīng)受著巨大的擴張，這自從80年代以來從未經(jīng)歷過，這尤其與核容量的發(fā)展和優(yōu)化有關(guān)。
[0015]歐洲以外，在亞洲，市場經(jīng)歷著其最大的擴張，因為已安裝的容量將會在2005(25GW)至2020(50GW)之間翻倍。規(guī)劃使得能夠通過在觸及間歇性可再生能源方面的發(fā)展來估計全世界在2030/2040對在500和100GW之間的大量儲存的需要，大部分間歇性可再生能源將繼續(xù)由STEP提供，其余的由稱為“CAES”的用于壓縮空氣儲能的技術(shù)(正在形成)提供。
[0016]由于最好的位置已經(jīng)被占據(jù)這一事實以及環(huán)境背景，在接下來的幾年里，在歐洲的基于陸地的STEP的發(fā)展將會受到限制。
[0017]此外，基于陸地的STEP的水力回路(在蓄水池之間的管的長度)相對較長，并且不能夠獲得較短的響應(yīng)時間(小于1s)。海洋STEP沒有該問題，并能夠使得成本和環(huán)境損害最小化，同時提供在離岸風區(qū)布置的可能性。
[0018]因此，海洋STEP是一種能夠?qū)嵤┗陉懙氐腟TEP的技術(shù)。
[0019]然而，發(fā)現(xiàn):
[0020]本來的想法是基于與實現(xiàn)基于陸地的STEP相同的工業(yè)計劃創(chuàng)建海洋STEP，因此，尤其存在以下限制:
[0021].水電站部分布置在地下、在洞穴中或者在井中；
[0022].主要的裝置(栗、渦輪機、交流發(fā)電機、變壓器……)通過陸路引入到位，這需要大量的運輸裝置；
[0023].成本和延期嚴重依賴于地質(zhì)情況和位置的排布，導致計劃的巨大的金融風險，這些是投資者不愿意的。
[0024]根據(jù)文獻EP1930597，已知阿基米德螺桿機，其能夠?qū)⒁后w從低水平栗送到高水平，或者在液體向下流動的時候產(chǎn)生能量。
[0025]該機器包括在最低的蓄水池中設(shè)置在底部的基座。基座包括管，在該管中容納阿基米德螺桿。在該螺桿的旋轉(zhuǎn)軸線的頂端安裝電動馬達。管道致使管的上端與高水平面連通。
[0026]這種裝置不構(gòu)成本發(fā)明意義下的STEP。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明恰恰具有以下目的:糾正上文所列的且詳細闡述的缺點。
[0028]因此，根據(jù)第一方面，其涉及一種用于通過栗送而轉(zhuǎn)換能量的站(所謂的“海洋STEP” )的布置方法，所述站包括:
[0029]-相對于大海的水平面位于高處的蓄水池；
[0030]-水電站，其配置成作為栗-馬達單元運行從而將水從大海栗送到所述蓄水池，或者作為渦輪發(fā)電機單元運行從而經(jīng)由至少一個管將水從蓄水池向大海釋放而發(fā)電，該管將所述蓄水池連接至所述水電站，
[0031]其特征在于:
[0032]-水電站用作為，具有至少一個沉箱的形式，該沉箱至少下部是水密的；
[0033]-所述沉箱被運輸?shù)剿鲂钏氐摹案俊保?br>[0034]-所述沉箱固定在大海里；
[0035]-并且所述沉箱連接至所述管。
[0036]根據(jù)該方法的其他非限制性的且有優(yōu)勢的特征:
[0037]-所述沉箱固定在大海里的同時被部分地浸沒；
[0038]-所述沉箱的運輸通過在水面使該沉箱下水并使用至少一個電動航行器拖拉該沉箱而完成；
[0039]-所述沉箱的運輸通過將其放置在駁船上而完成；
[0040]-沉箱使用為至少一個管道從該沉箱突出用以連接至所述管；
[0041]-在所述沉箱固定之前，基部嵌入地布置在大海里，隨后將所述沉箱放置在該基部上；
[0042]-隨后設(shè)置用于保護沉箱的裝置，諸如防波堤、漂浮的擋浪板、或者與所述沉箱成整體的保護系統(tǒng)。
[0043]本發(fā)明的另一方面涉及一種用于通過栗送而轉(zhuǎn)換能量的站(所謂的“海洋STEP”)，其包括:
[0044]-相對于大海的水平面位于高處的蓄水池；
[0045]以及
[0046]-水電站，其配置成作為栗-馬達單元運行從而將水從大海栗送到所述蓄水池，或者作為渦輪發(fā)電機單元運行從而經(jīng)由至少一個管將水從蓄水池向大海釋放而發(fā)電，該管將所述蓄水池連接至大海，
[0047]其特征在于，所述水電站具有至少一個沉箱的形式，所述沉箱至少部分是水密的，并在所述蓄水池的“根部”處固定在大海里。
[0048]有利地，該站包括捆綁至彼此的數(shù)個沉箱。
【附圖說明】
[0049]通過閱讀以下詳細的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將會顯現(xiàn)。這通過參考隨附的附圖實現(xiàn)，其中:
[0050]-圖1和2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的抽水蓄能水力發(fā)電站的兩個實施方案的豎直的縱向平面的簡化截面圖；
[0051]-圖3是根據(jù)本發(fā)明的所謂的〃海洋STEP〃通過栗送來轉(zhuǎn)換能量的站的一個實施方案的豎直的縱向平面的簡化截面圖；
[0052]-圖4是在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用的沉箱的下方元件的立體圖，該沉箱形成水電站；
[0053]-圖5也是立體圖，其顯示沉箱的具有不同尺寸的數(shù)個下方元件，以及設(shè)計成覆蓋下方元件的上方元件；
[0054]-圖6是在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用的沉箱的立體圖，該沉箱通過將一個或者多個上方元件和下方元件(諸如在前面的附圖中的那些)組合而獲得；
[0055]-圖7是沉箱的沿著豎直的橫向平面的截面圖；
[0056]-圖8是置于水中且由兩個電動航行器拖拽的沉箱的立體圖；
[0057]-圖9是位于海邊的基座的沿著豎直的縱向平面的截面圖，該基座在蓄水池的〃根部〃處且設(shè)計成容納諸如在圖8中所示的沉箱；
[0058]-圖10是站的管的〃遠〃端的沿著豎直的縱向平面的截面圖，其設(shè)計成連接至沉箱；
[0059]-最后，圖11是沉箱和用于其的保護性的防波堤的俯視圖。
【具體實施方式】
[0060]在下文的全部描述中，應(yīng)當理解使用STEP作為表述“用于通過栗送轉(zhuǎn)換能量的站”的簡稱，除非另外說明所提到的是海洋STEP。
[0061 ] 此外，術(shù)語“蓄水池”和“上蓄水池”可互換使用。
[0062]圖1和2分別顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于陸地的STEP和海洋STEP。
[0063]從而，如在圖1和2中所示的，水電站HE的水栗水輪機P布置在地下、在洞穴中或者在井中，該水栗水輪機通過強制管10連接至上蓄水池RE并通過下游管12連接至下蓄水池BI或者大海M。電氣設(shè)備、配電板和變壓器安裝在關(guān)聯(lián)的水栗水輪機之上的“電氣設(shè)備”建筑內(nèi)。
[0064]注意到，存在井3，其安裝有電梯，這尤其允許操作者接近水栗水輪機或者進入到管內(nèi)，從而(如果需要的話)檢查它們的狀況并對它們進行維護。
[0065]通過標示，上蓄水池RE和下蓄水池BI分開的距離d大約為幾千米。處于海洋STEP的范圍之內(nèi)的該距離大約為幾百米。
[0066]如上文所述的，隨附的附圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的海洋STEP。
[0067]因此，如在圖3中所示的，該站沿著形成懸崖的海岸A布置在海邊。
[0068]蓄水池RE以已知的方式位于海岸的上部，該蓄水池是天然的或者人工的。因此，其相對于大海M的水平面NM處于高處。通過標示，相應(yīng)的海拔高度差可以包含在50和300米之間。
[0069]管I連接蓄水池RE的底部與沉箱2。
[0070]該管包括豎向“支部”10和水平“支部”12，豎向“支部”的上端通向蓄水池RE，水平“支部”通向沉箱，該管根據(jù)期望產(chǎn)生的能量水平而定尺寸。
[0071]所述支部12(所謂“下游”)可以進行其它布置。其例如可以是有斜坡的。
[0072]上述的支部通過中間彎曲部11自然地連接。
[0073]用于挖掘并鋪設(shè)該管的技術(shù)當然是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因此不再進一步描述。
[0074]水電站HE也在圖3中可見，該水電站布置在大海里，在蓄水池RE的“根部”，這意味著該水電站連接至管I的支部12的自由端(或者遠端)。該站采用上述的沉箱2的形式。
[0075]所述站的結(jié)構(gòu)和其構(gòu)造模式將在后面的說明中更為詳細地進行闡述。
[0076]特別如在圖4至7中可見的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能使用的水電站HE采用沉箱2的形式，該沉箱優(yōu)選為金屬的，至少在其下部密封。該沉箱優(yōu)選由預制結(jié)構(gòu)的組裝塊制成。這特別能夠簡單并快速地安裝構(gòu)成水電站HE的大型裝置(能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng))，該水電站由這樣的塊構(gòu)成，它們?nèi)缭趫D5中所示進行組裝。
[0077]在該圖中以及在圖4中，沉箱2至少包括一個下方元件20(在此示出三個元件)，該下方元件為平行六面體。其包括底部、豎直縱向壁和豎直橫向壁。因此，其在頂部是敞開的。
[0078]該下方元件包括水電站的常用裝置的一部分，特別是水栗水輪機200、配電板、變壓器、通風系統(tǒng)、淡水生成系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。在圖4中可見的元件201是在沉箱內(nèi)的管的部段，元件230是用于連接至管I的在沉箱外的管的部段。當水電站HE分別作為栗馬達單元或者渦輪發(fā)電機單元運作的時候，管道203能夠?qū)⒑Ｋ跛椭凉躀或者使水從管I釋放到大海M0
[0079]當然，如在圖5中所示的，每個下方元件20都設(shè)計成適配覆蓋其的上方元件21，該組件則形成沉箱。
[0080]元件20和21之間的連接通過任何已知的方式(特別是通過焊接)提供，該方式能夠確保沉箱的密封。
[0081]沉箱2的立體圖在圖6中可見。應(yīng)當注意，板23沿著沉箱的一個橫向面延伸，該板平行于沉箱的上表面和下表面。該板作為沉箱2的用于操作者的或者用于裝載/卸載裝置的進取平臺。該板還作為用于一對連接管道230的支撐裝置，連接管道的功能將隨后闡述。
[0082]之前提到過，沉箱的至少下部是密封(水密)的。實際上，如將在下文中所示的，該下部設(shè)計成在大海M的表面NM之下延伸。然而，優(yōu)選地，沉箱的全部表面設(shè)計成密封(水密)的。
[0083]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個STEP基于這樣一個事實，沉箱2被帶到蓄水池的“根部”。
[0084]這能夠通過任何適當?shù)姆绞綄崿F(xiàn)。
[0085]然而，以特別優(yōu)選的方式，能夠通過在水面使沉箱下水并使用至少一個電動航行器拖拉該沉箱而完成運輸。這是在圖8中所顯示的，在圖8中顯現(xiàn)出兩只船6。
[0086]在另一個優(yōu)選的但未示出的變體中，使用駁船實現(xiàn)運輸，在該駁船上預先裝載該沉箱。
[0087]還應(yīng)當注意，在船廠里“預制”的沉箱2是特別合適的，因為其具有合適的起升裝置和用于下水的船塢。
[0088]因此實現(xiàn)到蓄水池RE的“根部”的運輸。
[0089 ]接下來的STEP包括使沉箱在大海中固定不動。
[0090]這能夠通過任何已知的方式實現(xiàn)。
[0091]然而，優(yōu)選使用嵌入在海底部的基部，沉箱隨后放置在該基部上。
[0092]這種基部7的一個示例在圖9和11中可見。該基部嵌入到具有石塊的海底R。該基部包括回填72、混凝土粧73、金屬的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)或者增強的混凝土板74。
[0093]應(yīng)當清楚，該基部的構(gòu)建先于沉箱的到位而進行。
[0094]沉箱的安裝通過壓載物和/或增加重量而完成。
[0095]有利地且如圖9中所示的，管I的遠自由端120通過穿過由混凝土制成的接頭(plot)121 而固定。
[0096]之后進行沉箱與管的連接。
[0097]之后，能夠如現(xiàn)有文獻介紹的那樣使用所述站。
[0098]遠端120的不同的實施方案在圖10中示出，該遠端直接支撐在由混凝土制成的基部75上，并確保其穩(wěn)定性。
[0099]最后，用于保護沉箱2的系統(tǒng)顯示在圖11中，該系統(tǒng)包括防波堤8。該系統(tǒng)可以例如由漂浮的擋浪板或者與沉箱成整體的保護系統(tǒng)構(gòu)成。
[0100]當然，根據(jù)水電站RE的功率，可以想到使用彼此捆綁的串聯(lián)布置或者平行布置的數(shù)個沉箱。
[0101]考慮到沉箱的預制相對于在原地建造(特別是在隔絕環(huán)境下)帶來諸多工業(yè)上的好處，考慮到海洋STEP的地理位置提供了通過大海進行運輸任何“包裝件”的可能性，所述“包裝件”并不受限于尺寸或重量(僅受限于“包裝件”的穩(wěn)定性)，并且考慮到水電站在海岸附近的陸地上布置受制于很強的環(huán)境約束(法國的濱海法律)，則根據(jù)本發(fā)明的方法能夠在工業(yè)化的船廠里設(shè)計并預制金屬沉箱形式的水電站，然后通過大海將其運輸?shù)綉已碌母?，將其布置在那，除了將其與蓄水池連接之外無需做其它工作，這種方法相對于建造傳統(tǒng)的基于陸地(在井中或者在洞穴中)的站顯現(xiàn)出諸多好處。
[0102]這特別能夠排除下列困難:
[0103]-隨著建造位置的開發(fā)，將不同裝置運輸?shù)浇咏厝焕щy的位置(隔絕區(qū)域、難以到達的海邊等);
[0104]-市政工程型作業(yè)(井、洞穴)或者海洋工程作業(yè)(引入水)處于艱難環(huán)境下(特別是如果地理特征不利，如瓜德羅普島的情況)；
[0105]-當?shù)毓I(yè)網(wǎng)絡(luò)不適于重型作業(yè)；
[0106]-站的正常運行、啟動的延遲和風險的驗證；
[0107]-沒有整體工業(yè)化的可能。
[0108]水電站以金屬沉箱形式的預制保證獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，實現(xiàn)控制生產(chǎn)延誤，并實現(xiàn)最優(yōu)化的成本以及發(fā)展工業(yè)區(qū)的可能。
[0109]根據(jù)本發(fā)明的方法的實施使用本身已知且經(jīng)過驗證的技術(shù)，該技術(shù)對這種特定情況進行重新適應(yīng)。它們要求對海洋建筑工程、材料的結(jié)構(gòu)計算和強度、海洋工程、物流和其它具體的研究(抗腐蝕、防污染..的組合研究。
[0110]預制的站同時發(fā)揮栗送、渦輪機操作和發(fā)電的作用，并因而構(gòu)成海洋STEP的核心。這能夠在實踐中實現(xiàn)“已建成即可使用”(已經(jīng)對正常運行進行了測試)。
[0111]下文敘述其它的好處:
[0112]-該站直接安置在下蓄水池(大海)內(nèi)，省去下游管道；
[0113]-功率是可調(diào)的，并能夠根據(jù)可附加至其他沉箱的沉箱的數(shù)量而變化。
[0114]更具體地，該站具有以下好處:
[0115]1.由于預制的特性而成為緊湊的站；
[0116]2.站是可運輸?shù)?，以用于安裝和其停運。由于影響停運操作的更為嚴格的約束，這是十分重要的；
[0117]3.“插入”型站(快速連接至不同的基于陸地的網(wǎng)絡(luò):流體、電力……)
[0118]4.浸在海水中的金屬沉箱被設(shè)計為用于50年的最短壽命(不用“進干船塢”)。
[0119]最后，還可以想到，站本身在懸崖底部的布置具有這幾方面的好處:
[0120]1.通過重力將沉箱附接至底面；
[0121]2.在無遮蔽區(qū)，防波堤的設(shè)計能夠抵抗颶風型的環(huán)境條件；
[0122]3.在十分短暫的氣象時機(少于6個月)內(nèi)完成所有的作業(yè)。
【主權(quán)項】
1.用于布置稱為“海洋STEP”的能量轉(zhuǎn)換站的方法，所述能量轉(zhuǎn)換站包括: -相對于大海(M)的水平面位于高處的蓄水池(RE); -水電站(HE)，其配置成作為栗-馬達單元運行從而將水從大海(M)栗送到所述蓄水池(RE)，或者作為渦輪發(fā)電機單元運行從而經(jīng)由至少一個管(I)將水從蓄水池(RE)向大海(M)釋放而發(fā)電，所述管將所述蓄水池(RE)連接至所述水電站(HE); 其特征在于: -使用具有至少一個沉箱(2)形式的水電站(HE)，所述沉箱至少下部是水密的； -所述沉箱(2)被運輸?shù)剿鲂钏?RE)的“根部”； -所述沉箱(2)固定在大海(M)里； -并且所述沉箱連接至所述管(I)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉箱(2)固定在大海(M)里的同時被局部浸沒。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沉箱(2)的運輸通過在水面使該沉箱下水并使用至少一個電動航行器(6)拖拉該沉箱而完成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沉箱(2)的運輸通過將其置于駁船上而完成。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沉箱整體預制而成，并且對所述沉箱的正常運行進行測試。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，沉箱(2)使用為，至少一個管道(230)從所述沉箱(2)突出用以連接至所述管(I)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在固定所述沉箱(2)之前，基部(7)嵌入地安裝在海底，之后將所述沉箱(2)放置在該基部(7)上。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，隨后設(shè)置用于保護沉箱(2)的裝置，諸如防波堤(8)、漂浮的擋浪板或者與沉箱成整體的保護系統(tǒng)。9.抽水蓄能水力發(fā)電站，其稱為“海洋STEP”且包括: -相對于大海(M)的水平面位于高處的蓄水池(RE); 以及 -水電站(HE)，其配置成作為栗-馬達單元運行從而將水從大海(M)栗送到所述蓄水池(RE)，或者作為渦輪發(fā)電機單元運行從而經(jīng)由至少一個管(I)將水從蓄水池(RE)向大海(M)釋放而發(fā)電，所述管將所述蓄水池(RE)連接至大海(M)， 其特征在于，所述水電站(HE)具有至少一個沉箱(2)的形式，所述沉箱至少部分是水密的，并在所述蓄水池(RE)的“根部”處固定在大海(M)里。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電站，其特征在于，所述發(fā)電站包括捆綁至彼此的數(shù)個沉箱⑵。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電站，其特征在于，至少一個沉箱(2)是經(jīng)預制的。
【文檔編號】F03B3/10GK105917113SQ201580004742
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月15日
【發(fā)明人】E·庫隆
【申請人】Stx法國股份有限公司