一種電場功率調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電場功率調(diào)節(jié)裝置，將風(fēng)光電廠的電能儲存和發(fā)送，該裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅(qū)動單元，驅(qū)動單元與電源輸入單元中的風(fēng)光電廠電能輸出端連接，卸能單元依次與發(fā)電單元和電源輸出單元連接，其改進(jìn)之處在于，儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，儲能單元和卸能單元之間設(shè)有纜車輸送單元，儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現(xiàn)電能的儲存和發(fā)送。和現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型提供的電場功率調(diào)節(jié)裝置，能量轉(zhuǎn)換效率高，充/放電速度控制靈活，能量儲存容量大，建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用都較低，生態(tài)友好。
【專利說明】一種電場功率調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電場功率調(diào)節(jié)裝置，具體涉及一種搬運(yùn)重物儲能的風(fēng)電場功率調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量，屬于可再生能源。空氣流具有的動能稱風(fēng)能，空氣流速越高，動能越大。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74X10~9MW，其中可利用的風(fēng)能為2X 10~7麗，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一，因此，國內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來發(fā)電。
[0003]現(xiàn)在，人們用風(fēng)車把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動作去推動發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電力，到2008年為止，全世界以風(fēng)力產(chǎn)生的電力約有94.1百萬千瓦，供應(yīng)的電力已超過全世界用量的1%。風(fēng)能雖然對大多數(shù)國家而言還不是主要的能源，但在1999年到2005年之間已經(jīng)成長了四倍以上。
[0004]在我國，現(xiàn)在已有不少成功的中、小型風(fēng)力發(fā)電裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。我國的風(fēng)力資源極為豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的平均風(fēng)速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風(fēng)速更大；有的地方，一年三分之一以上的時間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。
[0005]風(fēng)能的輸出功率具有隨機(jī)性、間歇性和波動性的固有特點，難以根據(jù)大電網(wǎng)的指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體表現(xiàn)在:
[0006]I)特別是風(fēng)電，還具有反調(diào)峰特性.夜晚用電負(fù)荷變小，發(fā)電功率反而變大；
[0007]2)在大電網(wǎng)電壓下降時，沒有儲能裝置的風(fēng)電場不僅難以增大有功和無功功率輸出來支持大電網(wǎng)電壓恢復(fù)，反而會因為定子端電流過大而從大電網(wǎng)斷開，導(dǎo)致大電網(wǎng)的電壓再次下降；
[0008]3)風(fēng)電場的功率短時間波動還會造成電網(wǎng)電壓頻率波動的問題。基于以上原因，大電網(wǎng)視風(fēng)電為“垃圾電”，不愿吸納更多的風(fēng)電，造成大規(guī)模棄風(fēng)現(xiàn)象。
[0009]因此，需要開發(fā)帶有儲能設(shè)備的功率調(diào)節(jié)裝置，該裝置可以根據(jù)大電網(wǎng)的調(diào)度指令，快速調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率。
[0010]目前常用的儲能方式有:蓄電池，飛輪儲能，空氣壓縮能和抽水蓄能等。前三種方法由于存在成本過高，壽命太短，功率反應(yīng)速度偏慢等問題，短期內(nèi)無法得到大規(guī)模應(yīng)用。抽水蓄能法的應(yīng)用比較成熟，我國已建成多個抽水蓄能電站。但該儲能方法需要有落差的水源，并具備修建水庫的地質(zhì)條件。然而，風(fēng)電廠、光電廠多位于干旱的山區(qū)或半山區(qū)，無法建造抽水蓄能電站。
實用新型內(nèi)容[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種電場功率調(diào)節(jié)裝置，能量轉(zhuǎn)換效率高，充/放電速度控制靈活，能量儲存容量大，建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用都較低，生態(tài)友好。
[0012]本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0013]本實用新型提供的一種電場功率調(diào)節(jié)裝置，將風(fēng)光電廠的電能儲存和發(fā)送，所述裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元與電源輸入單元中的風(fēng)光電廠電能輸出端連接，所述卸能單元依次與發(fā)電單元和電源輸出單元連接，其改進(jìn)之處在于:所述儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，所述儲能單元和卸能單元之間設(shè)有纜車輸送單元，所述儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現(xiàn)電能的儲存和發(fā)送。
[0014]其中，所述驅(qū)動單元包括電動機(jī)和轉(zhuǎn)動輪，所述轉(zhuǎn)動輪分別設(shè)置在纜車輸送單元的兩端并與電動機(jī)連接；在所述儲能單元端的轉(zhuǎn)動輪和電動機(jī)之間設(shè)有功率調(diào)節(jié)器。
[0015]其中，所述電源輸入單元包括變壓器，所述風(fēng)光電廠輸出的電能經(jīng)變壓器調(diào)節(jié)后通過輸電線路和輸電桿塔與所述驅(qū)動單元的電動機(jī)連接。
[0016]其中，所述電源輸出單元包括大電網(wǎng)和變壓器，所述卸能單元端的電動機(jī)輸出的電能經(jīng)變壓器調(diào)節(jié)后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網(wǎng)連接。
[0017]其中，所述儲能單元和卸能單元分別包括重物堆放地和重物自動裝卸裝置。
[0018]其中，所述纜車輸送單元包括纜車、承載索、承載塔、卡件、支架和滑輪；所述纜車通過卡件與承載索固結(jié)在一起，所述纜車的重心和所固結(jié)的承載索的卡件處于同一鉛垂線上。
[0019]其中，所述承載索與支架之間通過滑輪連接。
[0020]其中，所述驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)動輪設(shè)有溝槽，所述承載索設(shè)置在所述溝槽內(nèi)。
[0021]其中，所述重物設(shè)置在纜車內(nèi)，通過調(diào)節(jié)所述重物的質(zhì)量和其下降/上升的速度控制有功功率的輸出/輸入；通過調(diào)節(jié)所述電動機(jī)的功率角控制無功功率的輸出。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型達(dá)到的有益效果是:
[0023]1、能量轉(zhuǎn)換效率高。
[0024]本裝置將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再有機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，以目前的電工技術(shù)水平，該轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%以上，在能量儲存期間，重物靜止于原地，沒有額外能量損耗。
[0025]2、充/放電速度控制靈活。
[0026]本裝置通過控制重物上升/下降的速度即可控制充電/放電的功率，控制方法非常簡單，而且反應(yīng)速度也很快，因此，尤其有利于解決的風(fēng)/光電發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越問題。
[0027]3、能量儲存容量大。
[0028]當(dāng)重物的密度為5噸/米3、堆放場的長寬均為400米、堆放高度為20米、高低堆放場的落差為200米時,本裝置可儲存的電能為8.889*106千瓦小時，已經(jīng)超過了我國天荒坪抽水蓄能電站的電能存儲量。
[0029]4、生態(tài)友好。
[0030]本裝置不需要截斷河流，不會破壞生態(tài)環(huán)境；在能量轉(zhuǎn)換過程中幾乎無廢氣排放，無電磁污染。在重物的裝載荷、傳送和卸載過程中可能會有一定的噪音污染，但風(fēng)/光電廠多位于人跡罕至的荒涼地帶，該污染不會帶來嚴(yán)重的問題。[0031 ] 5、建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用都較低。
[0032]本裝置中的重物可就地取材，砂石即可；纜車、鐵索等均為為成熟的技術(shù)，建設(shè)成本可以接受；本裝置所需的重物在儲能過程中幾乎不會發(fā)生損耗，只要維護(hù)傳送裝置和裝卸載裝置即可，維護(hù)費(fèi)用不大。
[0033]6、規(guī)模容易控制。
[0034]當(dāng)本裝置的儲能規(guī)模較小時，可以解決風(fēng)電場短時間內(nèi)功率波動的問題，并提高它的低電壓穿越能力；當(dāng)該裝置的儲能規(guī)模較大時，即可承擔(dān)大電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是:本實用新型提供的電場功率調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是:本實用新型提供的電場功率調(diào)節(jié)裝置的側(cè)視圖；
[0037]圖3是:本實用新型提供的電場功率調(diào)節(jié)裝置在風(fēng)/光電廠平面布置示意圖。
[0038]其中:1、風(fēng)/光電廠；2、輸電線路；3、輸電桿塔；4、電動機(jī)；5、高海拔轉(zhuǎn)動輪；6、儲能單元；7、功率調(diào)節(jié)器；8、滿載重物的纜車；9、空載的纜車；10、承載塔；11、卡件；12、支架；13、滑輪；14、低海拔轉(zhuǎn)動輪；15、卸能單元；16、電動機(jī)；17、變壓器；18、大電網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0039]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040]本實施例以電場功率調(diào)節(jié)裝置為例，如圖1至圖3所示，本實用新型實施例提供的電場功率調(diào)節(jié)裝置包括:電源輸入單元、驅(qū)動單元、儲能單元6、纜車輸送單元、卸能單元
15、發(fā)電單元、電源輸出單元、低電壓穿越控制單元；驅(qū)動單元分別與儲能單元6、纜車輸送單元、卸能單元15和低電壓穿越控制單元連接,儲能單元6的海拔高度高于卸能單元15的海拔高度，纜車輸送單元傾斜設(shè)置在儲能單元6和卸能單元15之間；驅(qū)動單元與電源輸入單元連接，卸能單元15依次與發(fā)電單元和電源輸出單元連接，重物通過纜車輸送單元在儲能單元6和卸能單元15之間傳輸以實現(xiàn)電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。
[0041]如圖1所示,驅(qū)動單元包括:電動機(jī)4、功率調(diào)節(jié)器7、高海拔轉(zhuǎn)動輪5和低海拔轉(zhuǎn)動輪14，電動機(jī)4、功率調(diào)節(jié)器7和高海拔轉(zhuǎn)動輪5依次連接，低海拔轉(zhuǎn)動輪14和發(fā)電單元的電動機(jī)16連接；電源輸入單元包括風(fēng)/光電廠I和變壓器，風(fēng)/光電廠I輸出的電能經(jīng)變壓器調(diào)節(jié)后通過輸電線路2和輸電桿塔3與驅(qū)動單元的電動機(jī)4連接；電源輸出單元包括大電網(wǎng)18和變壓器17，發(fā)電單元的電動機(jī)16輸出的電能經(jīng)變壓器17調(diào)節(jié)后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網(wǎng)18連接；纜車輸送單元包括:纜車、承載索、承載塔10、卡件11、支架12和滑輪13 ;纜車分為滿載重物的纜車8和空載的纜車9，纜車通過卡件11與承載索固結(jié)在一起，纜車的重心和所固結(jié)的承載索的卡件11位置處于同一鉛垂線上，承載索與支架12之間通過滑輪13連接，承載索設(shè)置在高海拔轉(zhuǎn)動輪5和低海拔轉(zhuǎn)動輪14的溝槽內(nèi)，承載索在高海拔和低海拔場都是水平的，在高海拔到低海拔之間是傾斜的，承載索通過高海拔和低海拔處承載塔10上的滑輪13實現(xiàn)水平位置和傾斜方向的轉(zhuǎn)變。
[0042]將風(fēng)/光電I廠產(chǎn)生的電能給發(fā)電單元充電，發(fā)電單元的電量充至半滿，并且風(fēng)電場的發(fā)電功率高于調(diào)度中心的指令時，向大電網(wǎng)18輸出額定功率，剩余電能進(jìn)行儲存，低海拔轉(zhuǎn)動輪14通過電動機(jī)4提供的電能帶動承載索運(yùn)動將重物從卸能單元15運(yùn)至儲能單元6實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為重物的勢能并儲存；當(dāng)風(fēng)電場的發(fā)電功率低于調(diào)動中心的指令時，風(fēng)電場的發(fā)電功率全部進(jìn)入大電網(wǎng)18，同時，將重物裝載至纜車通過承載索帶動高海拔轉(zhuǎn)動輪5從儲能單元6運(yùn)至卸能單元15,并將轉(zhuǎn)化的電能通過電動機(jī)16輸送到大電網(wǎng)18。在大電網(wǎng)18電壓下降時，可以加快重物下降速度，并增大電動機(jī)16的功率角以增大有功功率和無功功率支持大電網(wǎng)18恢復(fù)，來提高風(fēng)電場的低電壓穿越能力。其中，風(fēng)電場有功功率的輸出/輸入通過重物的質(zhì)量和下降/上升的速度控制；風(fēng)電場無功功率輸出通過電動機(jī)16的功率角控制。
[0043]搬運(yùn)重物儲能的風(fēng)電場功率調(diào)節(jié)裝置根據(jù)大電網(wǎng)18的調(diào)度指令，利用重物的上升和下降來調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率輸出；可有效提高風(fēng)電的利用率和供電質(zhì)量，特別有利于提高風(fēng)電場的低電壓穿越能力。
[0044]本發(fā)明基于另一目的提供的一種電場功率調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，包括下述步驟:
[0045]1、充電階段；將風(fēng)/光電廠I產(chǎn)生的電能給發(fā)電單元充電，發(fā)電單元的電量充至半滿，并且風(fēng)電場的發(fā)電功率高于調(diào)度中心的指令時，向大電網(wǎng)18輸出額定功率，剩余電能通過驅(qū)動轉(zhuǎn)動輪帶動承載索運(yùn)動轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在卸能單元15處的重物通過重物自動裝卸裝置裝載到纜車中，裝入重物的纜車通過承載索帶動到儲能單元6，重物自動裝卸裝置將重物從纜車中卸載并堆放在重物堆放地，從而實現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能儲存；
[0046]2、放電階段；當(dāng)風(fēng)電場的發(fā)電功率低于調(diào)動中心的指令時，風(fēng)電場的發(fā)電功率全部進(jìn)入大電網(wǎng)18，同時，將儲能單元6的重物運(yùn)回至卸能單元15，裝載重物的纜車下降帶動承載索，轉(zhuǎn)動輪與承載索同步運(yùn)動，重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動輪的機(jī)械能，轉(zhuǎn)動輪運(yùn)動帶動電動機(jī)16運(yùn)動將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸送到大電網(wǎng)18中；
[0047]3、低電壓穿越階段；在大電網(wǎng)18電壓下降時，提升重物下降的速度以提高有功功率輸出，并加大發(fā)電單元上的電動機(jī)16的功率角來提高發(fā)電單元的無功功率輸出，以支撐大電網(wǎng)18電壓恢復(fù)，提高風(fēng)電場的低電壓穿越能力。
[0048]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種電場功率調(diào)節(jié)裝置，將風(fēng)光電廠的電能儲存和發(fā)送，所述裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元與電源輸入單元中的風(fēng)光電廠電能輸出端連接，所述卸能單元依次與發(fā)電單元和電源輸出單元連接，其特征在于:所述儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，所述儲能單元和卸能單元之間設(shè)有纜車輸送單元，所述儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現(xiàn)電能的儲存和發(fā)送。
2.如權(quán)利要求1所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動單元包括電動機(jī)和轉(zhuǎn)動輪，所述轉(zhuǎn)動輪分別設(shè)置在纜車輸送單元的兩端并與電動機(jī)連接；在所述儲能單元端的轉(zhuǎn)動輪和電動機(jī)之間設(shè)有功率調(diào)節(jié)器。
3.如權(quán)利要求2所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述電源輸入單元包括變壓器，所述風(fēng)光電廠輸出的電能經(jīng)變壓器調(diào)節(jié)后通過輸電線路和輸電桿塔與所述驅(qū)動單元的電動機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述電源輸出單元包括大電網(wǎng)和變壓器，所述卸能單元端的電動機(jī)輸出的電能經(jīng)變壓器調(diào)節(jié)后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網(wǎng)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述儲能單元和卸能單元分別包括重物堆放地和重物自動裝卸裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述纜車輸送單元包括纜車、承載索、承載塔、卡件、支架和滑輪；所述纜車通過卡件與承載索固結(jié)在一起，所述纜車的重心和所固結(jié)的承載索的卡件處于同一鉛垂線上。
7.如權(quán)利要求6所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述承載索與支架之間通過滑輪連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)動輪設(shè)有溝槽，所述承載索設(shè)置在所述溝槽內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的電場功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述重物設(shè)置在纜車內(nèi)，通過調(diào)節(jié)所述重物的質(zhì)量和其下降/上升的速度控制有功功率的輸出/輸入；通過調(diào)節(jié)所述電動機(jī)的功率角控制無功功率的輸出。
【文檔編號】H02J3/28GK203800612SQ201420177623
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】劉海鋒, 王旭明, 張霞, 朱彬榮, 楊靖波 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院