儲能發(fā)電系統(tǒng)以及電力負(fù)荷波峰運(yùn)行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮空氣的儲能發(fā)電系統(tǒng)以及與運(yùn)行控制方法，其能夠用于電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)是發(fā)揮分布式發(fā)電效能最為有效的方式之一。電力儲能設(shè)備作為微電網(wǎng)中不可或缺的部分，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電力儲能系統(tǒng)通過一定介質(zhì)存儲電能，在需要時(shí)將所存能量釋放發(fā)電。電力儲能系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)中，既可以對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而大大提升供電品質(zhì)，同時(shí)又能作為應(yīng)急電源，滿足日常生產(chǎn)、生活的需要。發(fā)展電力儲能系統(tǒng)是可再生能源大規(guī)模利用的迫切需要，也是提高常規(guī)電力系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的有效途徑，同時(shí)還是智能電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前己有電力儲能技術(shù)包括:物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能)、電化學(xué)儲能(二次電池、液流電池)、化學(xué)儲能(氫能、合成天然氣)、電力儲能(如超導(dǎo)線圈儲能、超級電容器儲能)和熱儲能(恪融鹽儲能、顯熱儲能)等。但由于容量、儲能周期、能量密度、充放電效率、壽命、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)保等原因，迄今己在主要運(yùn)行的儲能系統(tǒng)只有抽水電站和壓縮空氣兩種。
[0004]壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)具有儲能容量大、儲能周期長、壽命長和投資相對較小等優(yōu)點(diǎn)，作為一種技術(shù)成熟、可行的儲能方式，在電力的生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。壓縮空氣儲能系統(tǒng)的具體包括:(I)削峰填谷(2)平衡電力負(fù)荷壓縮(3)需求側(cè)電力管理(4)應(yīng)用于可再生能源(5)備用電源電站。
[0005]壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、儲氣裝置、膨脹機(jī)以及其他輔助和控制系統(tǒng)組成。在壓縮空氣發(fā)電時(shí)工作方式主要有兩種，一種是變壓，在發(fā)電時(shí)空氣壓力會發(fā)生變化;另一種是恒壓，它主要是通過保持壓力穩(wěn)定，從而減小存儲體積、確保電站高效運(yùn)行。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，201110165606的發(fā)明專利提出了一種恒壓壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，其通過在用電低谷通過壓氣機(jī)將空氣壓入水下柔性儲氣裝置，從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來;在用電高峰，儲氣裝置中高壓空氣經(jīng)換熱器吸熱后通過膨脹機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；利用水下壓力使儲氣裝置內(nèi)部恒壓，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓運(yùn)行。但是，該現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明還存在如下缺點(diǎn)，其儲氣裝置是固定在江、河、湖、水庫或者人工水池中特定位置，其中自然水源或者水庫中的水位會隨著季節(jié)以及環(huán)境的影響變化，導(dǎo)致儲氣裝置的壓力變化;人工水池的體積固定，盡管可以控制其水量，但是在儲氣裝置膨脹以及收縮的過程中，會導(dǎo)致水位的升高或者降低，也會導(dǎo)致儲氣裝置的壓力變化;另外，柔性裝置的膨脹體積有限，在沖入氣體的體積達(dá)到一定限度后，再繼續(xù)沖入可能會導(dǎo)致容器的損傷。
[0007]作為201110165606的改進(jìn)，發(fā)明人在先申請中提出了一種智能微電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的儲能發(fā)電系統(tǒng)，通過在水源內(nèi)的柔性容器的存儲電力能量達(dá)到其閾值時(shí)，將多余的電力能量存儲于剛性的第二存儲容器中，并且在負(fù)荷波峰時(shí)，通過對于存儲容器的控制，將剛性容器的壓縮空氣也能夠通過恒壓進(jìn)行發(fā)電。但是，該在先申請中，發(fā)電系統(tǒng)在波峰發(fā)電時(shí)，由于柔性容器的最小壓縮體積有限，在其內(nèi)氣體小于其最小壓縮體積時(shí)，無法繼續(xù)提供壓縮空氣，發(fā)電結(jié)束;但是此時(shí)剛性容器內(nèi)仍然存在等于水源壓強(qiáng)的壓縮空氣，其也就無法進(jìn)行發(fā)電，從而導(dǎo)致無法充分壓縮空氣能量。作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，提出了改進(jìn)的智能電網(wǎng)儲能發(fā)電系統(tǒng)以及電力負(fù)荷波峰運(yùn)行控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種儲能發(fā)電系統(tǒng)，包括:電動機(jī)，用于提供壓氣機(jī)組所需的電力；壓氣機(jī)組，用于在儲能時(shí)通過電力將空氣壓縮進(jìn)入儲氣裝置;儲氣裝置，用于接收壓氣機(jī)組的存儲壓縮空氣;儲氣裝置位于水源中；膨脹機(jī)組，在發(fā)電時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入膨脹機(jī)組膨脹做功;發(fā)電機(jī)，膨脹機(jī)組驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電;所述儲氣裝置包括第一儲氣裝置和第二儲氣裝置;所述第一儲氣裝置設(shè)置于水池內(nèi)，所述第一儲氣裝置設(shè)置于水池外；所述第一儲氣裝置與第二儲氣裝置通過調(diào)節(jié)閥相通;所述膨脹機(jī)組包括高壓膨脹機(jī)以及低壓膨脹機(jī)，所述第一儲氣裝置以及第二儲氣裝置分別通過開關(guān)閥與所述高壓膨脹機(jī)以及低壓膨脹機(jī);在發(fā)電時(shí)，通過控制所述開關(guān)閥控制進(jìn)入膨脹機(jī)組的壓縮空氣的壓強(qiáng)。
[0009]優(yōu)選的，所述壓氣機(jī)組分別通過第一開關(guān)閥以及第二開關(guān)閥與所述第一儲氣裝置以及第二儲氣裝置連接;所述第一儲氣裝置通過第三開關(guān)閥與所述高壓膨脹機(jī)相通;所述第二儲氣裝置通過第四開關(guān)閥與所述高壓膨脹機(jī)相通。
[0010]優(yōu)選的，在發(fā)電開始時(shí)，控制裝置控制所述第一開關(guān)閥、第二開關(guān)閥、第四開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所述第三開關(guān)閥開啟。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述第一儲氣裝置以及第二儲氣裝置同時(shí)通過所述第三開關(guān)閥向所述高壓膨脹機(jī)所輸送的流量小于其額定流量時(shí)，控制裝置關(guān)閉所述第三開關(guān)閥，開啟所述第四開關(guān)閥。
[0012]優(yōu)選的，在所述高壓膨脹機(jī)的空氣入口設(shè)置流量計(jì)，所述第二儲氣裝置內(nèi)設(shè)置壓強(qiáng)計(jì);在發(fā)電開始后，實(shí)時(shí)監(jiān)控所述空氣入口流量，當(dāng)所述空氣入口流量小于流量閾值，所述流量閾值為小于其額定流量的特定值，并且所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)大于所述第一儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)，所述控制裝置控制所述調(diào)節(jié)閥開啟，并且控制所述調(diào)節(jié)閥的流量等于所述額定流量;當(dāng)所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)等于第一儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)并且所述空氣入口流量小于所述流量閾值時(shí)，關(guān)閉第三開關(guān)閥以及所述調(diào)節(jié)閥，開啟所述第四開關(guān)閥；當(dāng)所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)小于壓強(qiáng)閾值，關(guān)閉所述第四開關(guān)閥。
[0013]作為本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種儲能發(fā)電系統(tǒng)的電力負(fù)荷波峰運(yùn)行控制方法，包括如下步驟:1)在發(fā)電開始時(shí)，控制裝置控制所述第一開關(guān)閥、第二開關(guān)閥、第四開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所述第三開關(guān)閥開啟，所述第一儲氣裝置向所述高壓膨脹機(jī)輸送壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電；2)當(dāng)所述第一儲氣裝置以及第二儲氣裝置同時(shí)通過所述第三開關(guān)閥向所述高壓膨脹機(jī)所輸送的流量小于其額定流量時(shí)，控制裝置關(guān)閉所述第三開關(guān)閥，開啟所述第四開關(guān)閥，所述第二儲氣裝置向所述低壓膨脹機(jī)輸送壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電。
[0014]作為本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種儲能發(fā)電系統(tǒng)的電力負(fù)荷波峰運(yùn)行控制方法，包括如下步驟:1)在發(fā)電開始時(shí)，控制裝置控制所述第一開關(guān)閥、第二開關(guān)閥、第四開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所述第三開關(guān)閥開啟，所述第一儲氣裝置向所述高壓膨脹機(jī)輸送壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電；2)實(shí)時(shí)監(jiān)控所述高壓膨脹機(jī)空氣入口流量，當(dāng)所述空氣入口流量小于所述流量閾值，并且所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)大于所述第一儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)，所述控制裝置控制所述調(diào)節(jié)閥開啟，并且控制所述調(diào)節(jié)閥的流量等于所述額定流量;所述第一儲氣裝置和所述第二儲氣裝置一起通過所述第三開關(guān)閥向所述高壓膨脹機(jī)輸送壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電；3)當(dāng)所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)等于第一儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)并且所述空氣入口流量小于所述流量閾值時(shí)，關(guān)閉第三開關(guān)閥以及所述調(diào)節(jié)閥，開啟所述第四開關(guān)閥;所述第二儲氣裝置向所述低壓膨脹機(jī)輸送壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電；4)當(dāng)所述第二儲氣裝置內(nèi)壓強(qiáng)小于低壓膨脹機(jī)的壓強(qiáng)閾值，關(guān)閉所述第四開關(guān)閥。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例儲能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例的儲能發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例，包括電動機(jī)1、壓氣機(jī)組2、水源
3、第一儲氣裝置4、第二儲氣裝置5、高壓膨脹機(jī)61、低壓膨脹機(jī)62以及發(fā)電機(jī)7。電動機(jī)I用于提供壓氣機(jī)組2所需的電力，在用電低谷，電動機(jī)I獲取盈余的電力通過用來壓縮空氣。壓氣機(jī)組2，用于在儲能時(shí)通過電力將空氣壓縮進(jìn)入儲氣裝置，空氣在壓氣機(jī)中升壓升溫，進(jìn)入儲氣裝置。
[0018]水源3為人工水池，具有特定容積，其設(shè)置為截面面積隨著高度的升高而增大的形狀。儲氣裝置包括第一儲氣裝置4和第二儲氣裝置5。其中，第一儲氣裝置4為柔性容器，其設(shè)置