風電場熱儲能發電系統技術方案

風電場熱儲能發電系統，將風力發電機組(201)分別與變壓器(213)和功率控制器(202)連接，將一部分電能送入電網，其余電能送入功率控制器，功率控制器與電加熱器(206)連接，實時調節電加熱器的輸入功率；電加熱器分別與高溫儲熱罐(207)、低溫儲熱罐(208)和蒸汽發生器(209)連接，儲熱介質從電加熱器吸收熱量，溫度升高后泵入高溫儲熱罐進行能量儲存，需要電能時，高溫儲熱介質進入蒸汽發生器把水變為高溫高壓蒸汽，水蒸汽進入汽輪機(211)做功，推動汽輪機旋轉，帶動發電機組(212)發電。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于一種能量儲存及應用系統，主要用于風力發電場的電能儲存。該系統將風電機組發出的電能轉化為熱能儲存起來，需要時將熱能轉化為電能。
技術介紹
風力發電機組將風能轉化為電能，但由于風電的隨機性和間歇性，導致風電難于被電網消納，尤其是風電裝機規模不斷加大，風電在電力系統裝機比重不斷增加的情況下，風電給電網安全、穩定、經濟運行帶來巨大挑戰，在這種條件下，儲能為風電消納問題提供了解決方案。當前風電儲能采用的技術方案有物理儲能方案，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能；電化學儲能，包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能；電磁儲能，·包括超導、超級電容和高能密度電容儲能等。抽水蓄能和壓縮空氣儲能對儲能項目的地形有限制，其它儲能技術的儲能容量小，技術不成熟，造價高。公開號為US2008022683 (Al)的美國專利 “Storing Thermal Energy andGenerating Electricity”同樣介紹了一種熱儲能和發電系統,這種儲能系統將全部風力發電和光伏發電轉化為熱能，缺點是能量循環利用效率低且熱能發電環節使用化石燃料，產生溫室氣體排放。公開號為CN102200098A的專利“大型風力發電機儲熱儲能方法及專用設備”同樣介紹了一種風電儲熱方法，這種方法僅涉及儲熱材料和容器的介紹，缺少風電產生熱能的方法和所儲熱能的循環利用。
技術實現思路
為了克服現有抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術對風電儲能應用有地形限制的缺點，也為了克服現有電池儲能和電磁儲能技術的儲能容量小，技術不成熟和造價高的缺點，本技術提出了采用儲熱作為風電儲能方式的技術，不僅儲能容量大，而且應用方便、靈活，技術成熟，造價低廉。為實現本技術的目的，本技術提供了一種風電場熱儲能發電系統，所述風電場熱儲能發電系統主要包括風力發電機組(201)，變壓器(213)，輸電線路(214)，功率控制器(202)，電加熱器(206)，高溫儲熱罐(207)，低溫儲熱罐(208)，預熱加熱器(217)，蒸汽發生器(209)，汽輪機(211)，發電機(212)，冷卻器(215)，除氧器(216)以及泵(210);所述風力發電機組(201) —路與變壓器(213)、輸電線路(214)連接，將一部分電能由變壓器和輸電線路送入電網，另一路與功率控制器(202)連接，將其余電能送入功率控制器；功率控制器與電加熱器(206)相連，并控制流入電加熱器的電能；電加熱器分別與低溫儲熱罐(208)和高溫儲熱罐(207)連接，把來自低溫儲熱罐的儲熱介質加熱，送入到高溫儲熱罐；蒸汽發生器(209)分別與高溫儲熱罐和低溫儲熱罐連接，把來自高溫儲熱罐的儲熱介質冷卻，送回到低溫儲熱罐，蒸汽發生器同時加熱水，把水變為高溫高壓水蒸汽；蒸汽發生器與汽輪機(211)連接，高溫高壓水蒸汽進入汽輪機做功，推動汽輪機旋轉，帶動發電機(212)發電，將熱能轉化為電能，經過變壓器和輸電線路送入電網；做功后的水蒸汽被抽入冷卻器(215)，冷凝為水，經過除氧器(216)去氧和預加熱后，重新送入蒸汽發生器。根據本技術的一個實施例，所述風力發電機組依次與功率控制器、電加熱器連接，功率控制器實時控制輸入到電加熱器的電功率。根據本技術的一個實施例，所述功率控制器和電加熱器構成的支路與變壓器支路構成并聯結構，風電機組發出的電能可以全部輸送入電網，也可以全部用于儲能，也可以一部分輸送電網，其余用于儲能。 根據本技術的一個實施例，所述風電場熱儲能系統采用高溫儲熱罐和低溫儲熱罐2個儲熱容器，這2個儲熱罐內均配置預熱加熱器(217)，預熱加熱器的電能輸入端與功率控制器連接。根據本技術的一個實施例，所述電加熱器可以獨立設置，也可以內置在高溫儲熱罐內。根據本技術的一個實施例，所述功率控制器由交流功率控制器(203)和直流功率控制器(204)并聯構成，也可以由交流功率控制器或直流功率控制器單獨構成。根據本技術的一個實施例，所述交流功率控制器由反向并聯的電力電子開關元件(301)構成，也可由雙向電力電子開關元件構成；所述直流功率控制器由三相全橋全控換流器(401)連接直流電壓控制器(402)構成；該三相全橋全控換流器拓撲結構可以采用多重化和多電平技術實現抑制諧波并增加換流器容量。根據本技術的一個實施例，所述三相全橋全控換流器的直流側可以并聯電容器或電池儲能設備(205)，也可以不并聯電容器或電池儲能設備(205)。根據本技術的一個實施例，所述交流功率控制器(203)和直流功率控制器(204)由電力電子開關元件構成，這些開關元件可以是普通晶閘管SCR，可關斷晶閘管GT0，電力晶體管GTR，電力場效應晶體管P-M0SFET，絕緣門極晶體管IGBT，注入增強門極晶體管IEGT, MOS控制晶閘管MCT，集成門極換流晶閘管IGCT，靜電感應晶體管SIT，靜電感應晶閘管SITH組成。本技術還提供了一種所述交流功率控制器的控制系統，所述控制系統主要由測量模塊、控制模塊和執行模塊構成；所述測量模塊測量風力發電機組發出的電壓和電流；所述控制模塊對所述測量模塊的輸出信號進行分析處理，交流功率控制器運行在功率跟蹤模式，控制模塊發出控制信號，使流過交流功率控制器的電流隨風力發電機組發出的電流波動；執行模塊將控制信號轉換為控制電力電子開關元件導通或關斷的脈沖信號，并將脈沖信號發送到電力電子開關元件。本技術還提供了一種所述直流功率控制器的控制系統，所述控制系統主要由測量模塊、控制模塊和執行模塊構成；所述測量模塊測量風力發電機組發出的電壓，電流和三相全橋全控換流器直流側電壓；所述控制模塊對所述測量模塊的輸出信號進行分析處理，三相全橋全控換流器運行在有功功率跟蹤模式和無功控制模式，使流過直流功率控制器的電流隨風力發電機組發出的電流波動，并控制換流器向電網提供動態無功補償；直流電壓控制器運行在直流電壓模式，使直流電壓保持穩定；執行模塊將控制信號轉換為控制電力電子開關元件導通或關斷的脈沖信號，并將脈沖信號發送到電力電子開關元件。附圖說明圖I是公開號為US2008022683(A1)的美國專利的拓撲結構圖。圖2是風電場熱儲能發電系統的拓撲結構圖。圖3是交流功率控制器的拓撲結構圖。圖4是直流功率控制器的拓撲結構圖。圖5是交流功率控制器的控制系統模塊原理框圖。圖6是直流功率控制器的控制系統模塊原理框圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的風電場熱儲能發電系統作進一步說明。圖2是風電場熱儲能發電系統的拓撲結構圖，系統主要元件有風力發電機組(201)，變壓器(213)，輸電線路(214)，功率控制器(202)，電加熱器(206)，高溫儲熱罐(207)，低溫儲熱罐(208)，預熱加熱器(217)，蒸汽發生器(209)，汽輪機(211)，發電機(212)，冷卻器(215)，除氧器(216)以及泵(210)。風力發電機組(201)將風能轉化為電能，一部分電能通過變壓器(213)和輸電線路(214)送到電網，另一部分電能通過功率控制器(202)輸送到電加熱器(206)。功率控制器可以是交流功率控制器(203)，也可以是直流功率控制器(204)，也可以是二者的并聯。交流功率控制器主電路由反向并聯的電力電子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風電場熱儲能發電系統，其特征在于，所述風電場熱儲能發電系統主要包括風力發電機組(201)，變壓器(213)，輸電線路(214)，功率控制器(202)，電加熱器(206)，高溫儲熱罐(207)，低溫儲熱罐(208)，預熱加熱器(217)，蒸汽發生器(209)，汽輪機(211)，發電機(212)，冷卻器(215)，除氧器(216)以及泵(210)；所述風力發電機組(201)一路與變壓器(213)、輸電線路(214)連接，將一部分電能由變壓器和輸電線路送入電網，另一路與功率控制器(202)連接，將其余電能送入功率控制器；功率控制器與電加熱器(206)相連，并控制流入電加熱器的電能；電加熱器分別與低溫儲熱罐(208)和高溫儲熱罐(207)連接，把來自低溫儲熱罐的儲熱介質加熱，送入到高溫儲熱罐；蒸汽發生器(209)分別與高溫儲熱罐和低溫儲熱罐連接，把來自高溫儲熱罐的儲熱介質冷卻，送回到低溫儲熱罐，蒸汽發生器加熱水，把水變為高溫高壓水蒸汽；蒸汽發生器與汽輪機(211)連接，高溫高壓水蒸汽進入汽輪機做功，推動汽輪機旋轉，帶動發電機(212)發電，將熱能轉化為電能，經過變壓器和輸電線路送入電網；做功后的水蒸汽被抽入冷卻器(215)，冷凝為水，經過除氧器(216)去氧和預加熱后，重新送入蒸汽發生器。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張勇，
申請(專利權)人：張勇，
類型：實用新型
國別省市：