專利名稱：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、抽水蓄能技術(shù)、海水 淡化技術(shù)、高效智能控制技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電互補(bǔ)與抽水 蓄能結(jié)合的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
在我國很多偏遠(yuǎn)海島，電網(wǎng)很難到達(dá)，大部分地區(qū)采用柴油機(jī)發(fā)電，隨著石油的短 缺和油價(jià)的上漲，發(fā)電成本飛速上漲，電能的緊缺嚴(yán)重制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)開發(fā)和居民 或駐軍的日常生活。而這些地區(qū)，往往有豐富的可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等，為解決偏遠(yuǎn) 地區(qū)用電提供了良好的先天條件。針對(duì)這些情況，現(xiàn)在的海島多采用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行供 H1^ ο風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、 交流直流負(fù)載等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見附圖1。①風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換 為機(jī)械能，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過控制器對(duì)蓄電池充電，經(jīng)過逆變器 對(duì)負(fù)載供電；②光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)蓄 電池充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；③逆變系統(tǒng)由一臺(tái)或幾臺(tái) 逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使 用。同時(shí)還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；④控制部分根據(jù)日 照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)一方面把調(diào) 整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量 不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和 穩(wěn)定性；⑤蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大 作用。它將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，以備供電不 足時(shí)使用。在目前的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中，一般采用蓄電池蓄能，但蓄電池壽命短、成本高、有污 染，且不能大量儲(chǔ)存電能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種 能永久儲(chǔ)存更大能量的且無污染的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能裝置。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電 儲(chǔ)能裝置，包括風(fēng)力機(jī)，光伏列陣、控制器以及蓄電池，所述的風(fēng)力機(jī)、光伏列陣以及蓄電池 均與所述的控制器連接，其特征在于在所述的控制器上還連接有一抽水蓄能發(fā)電裝置，該 抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下水庫的管路，在該管路上設(shè) 置有可逆式水泵水輪機(jī)，該可逆式水泵水輪機(jī)具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水 庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。在所述的控制器上還連接有海水淡化裝置，該海水淡化裝置包括取水箱、給水泵、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱和管道，取水箱、多介質(zhì)過 濾器、保安過濾器、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱通過所述的管道依次串聯(lián)，所述的給水泵一端 與取水箱連接，另一端與所述的多介質(zhì)過濾器連接，所述的高壓泵設(shè)置在所述的反滲透膜 組件的海水側(cè)。本發(fā)明抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)能夠大量儲(chǔ)存電能，且啟動(dòng)迅速、爬坡卸荷速度快、運(yùn)行 靈活可靠，既能削峰又可填谷，其快速轉(zhuǎn)變的靈活性可彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的隨機(jī) 性和不均勻性，為系統(tǒng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源等，同時(shí) 具有能量生產(chǎn)可靠和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明巧妙地將抽水蓄能與風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)合，一 方面可以代替蓄電池對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)能，另一方面也提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)中 仍配備了小容量的蓄電池，用來承擔(dān)瞬時(shí)峰荷，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，針對(duì)海島中缺 乏淡水的問題，該系統(tǒng)結(jié)合了海水淡化裝置，作為該系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷，有效地解決了海島用 淡水的問題。本發(fā)明有效地將風(fēng)能和太陽能進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，彌補(bǔ)了風(fēng)能和太陽能的間歇性和不 穩(wěn)定性。同時(shí)，將抽水蓄能電站與風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電相結(jié)合，在系統(tǒng)中的風(fēng)電和太陽能 發(fā)電供給負(fù)荷有多余電能時(shí)，利用可逆式水泵水輪機(jī)的水泵工況進(jìn)行抽水，將下水庫的水 抽到上水庫，將多余的電能變成水能儲(chǔ)存起來；在風(fēng)電和太陽能發(fā)電供給負(fù)荷電能不足時(shí)， 利用可逆式水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工況進(jìn)行發(fā)電，將水能變成電能，供給負(fù)荷用電，將風(fēng)力發(fā) 電和太陽能發(fā)電與抽水蓄能電站結(jié)合起來，不僅能夠大量儲(chǔ)存電能，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。將海水淡化裝置作為系統(tǒng)負(fù)載的一部分，可以給居民提供淡水。有益效果針對(duì)偏遠(yuǎn)海島常規(guī)能源匱乏、缺乏電能和淡水等問題，利用本發(fā)明裝 置，不僅能有效利用當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)能和太陽能資源，解決當(dāng)?shù)仉娔芫o缺的問題，而且能夠?yàn)?當(dāng)?shù)鼐用裉峁┑?。本系統(tǒng)穩(wěn)定、環(huán)保，運(yùn)行成本低。


圖1是現(xiàn)有風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明抽水蓄能裝置示意圖。圖3是本發(fā)明海水淡化裝置圖。圖4是本發(fā)明裝置連接圖。
具體實(shí)施例方式抽水蓄能電站包括可逆式水泵水輪機(jī)(有兩個(gè)工況，水泵工況和水輪機(jī)工況)、上 水庫、下水庫，其示意圖如附圖2所示。在負(fù)荷低谷期，可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水泵工況， 利用多余的電能將下水庫的水抽到上水庫，將電能變成水能儲(chǔ)存起來；在負(fù)荷高峰期，可逆 式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水輪機(jī)工況，利用上下水庫的水位差發(fā)電，將水能變成電能。海水淡化采用反滲透膜法，其裝置圖如附圖3所示。裝置由取水系統(tǒng)、給水泵、多 介質(zhì)過濾器、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、能量回收裝置、產(chǎn)水水箱和管道組成。利 用取水系統(tǒng)提取海水，利用給水泵將海水送至過濾器，經(jīng)多介質(zhì)過濾器和保安過濾器過濾 之后，給反滲透膜組件，利用高壓泵增加海水側(cè)的壓力，把海水中的水分子壓到滲透膜的另 一側(cè)，產(chǎn)生淡水，送至產(chǎn)水水箱，其中，能量回收裝置可有效回收海水淡化過程中的能量，達(dá)到節(jié)能效果。利用本裝置可將海水變成淡水，可用于生活用水。工作原理本發(fā)明裝置如圖4所示。該裝置包括風(fēng)力機(jī)、太陽能光伏陣列、可逆式 水泵水輪機(jī)、上水庫、下水庫、海水淡化裝置、控制器、逆變器、交流負(fù)載、直流負(fù)載及上述設(shè) 備之間的連接裝置。風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能變成電能。太陽能光伏陣列將太陽能變成電能?？赡媸?水泵水輪機(jī)有兩個(gè)工況，水輪機(jī)工況和水泵工況運(yùn)行在水輪機(jī)工況可利用上下水庫的水 位差進(jìn)行發(fā)電，將水能變成電能；運(yùn)行在水泵工況可進(jìn)行抽水，將下水庫的水抽到上水庫， 將電能變成水能蓄起來，可以通過控制器進(jìn)行工況之間的轉(zhuǎn)換。海水淡化裝置可以將海水 變成淡水。逆變器將直流電變成交流電，供給交流負(fù)荷。控制器可對(duì)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、太 陽能光伏陣列的傾角、蓄電池的充放電、可逆式水泵水輪機(jī)的工況、海水淡化裝置的狀態(tài)進(jìn) 行控制。交流負(fù)載和直流負(fù)載可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置，如電燈、電視、音響、冰箱、熱水器 等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行采集，給調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)?？刂破鞲鶕?jù)風(fēng)速和太陽輻射控制風(fēng)力機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和光伏陣列的傾角，將電能供給 直流負(fù)載，通過逆變器將直流電變成交流電供給交流負(fù)載，同時(shí)供給海水淡化裝置用電。控 制器根據(jù)風(fēng)力發(fā)電量和太陽能發(fā)電量之和與負(fù)荷(包括直流負(fù)載、交流負(fù)載和海水淡化裝 置)之間的比較，判斷電量是否能滿足負(fù)荷需要，如果滿足且有多余電能，則控制器判斷蓄 電池的狀態(tài)，如果蓄電池處于欠壓狀態(tài)，則給蓄電池充電，如果當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)，風(fēng)力機(jī) 和光伏陣列發(fā)的電能仍有剩余，則控制抽水蓄能電站的可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水泵工況 進(jìn)行抽水，將下水庫的水抽到上水庫；如果風(fēng)力發(fā)電量和太陽能發(fā)電量不能滿足負(fù)荷需要， 則控制抽水蓄能電站的可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行在水輪機(jī)工況進(jìn)行發(fā)電，供給負(fù)荷。本發(fā)明采用抽水蓄能裝置的三大優(yōu)勢(shì)一是儲(chǔ)能，即將風(fēng)電和太陽能發(fā)電的多余 電能儲(chǔ)存起來；二是調(diào)峰，即根據(jù)負(fù)荷變化情況，預(yù)先調(diào)整水電機(jī)組頻率，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰； 三是調(diào)頻，即根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化，在系統(tǒng)頻率超出規(guī)定的正常范圍時(shí)，增加或減小水電機(jī) 組的出力，從而達(dá)到新的平衡，將系統(tǒng)的頻率變化限制在一定的范圍內(nèi)，從而維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn) 定。儲(chǔ)能的功能能夠充分利用風(fēng)能資源和太陽能資源；調(diào)峰和調(diào)頻利用了水電機(jī)組啟停迅 速的特點(diǎn)。本發(fā)明在原有風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，用抽水蓄能電站代替蓄電池，一 方面增加了蓄電能力，另一方面也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在系統(tǒng)中配置海水淡化裝置，使系 統(tǒng)不僅能滿足海島居民用電，而且能夠提供淡水；同時(shí)，本發(fā)明能夠利用海島豐富的風(fēng)能和 太陽能這兩種可再生能源和清潔能源，不僅節(jié)約了常規(guī)能源，而且更換保。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能裝置，包括風(fēng)力機(jī)，光伏列陣、控制器以及蓄電池，所述的風(fēng) 力機(jī)、光伏列陣以及蓄電池均與所述的控制器連接，其特征在于在所述的控制器上還連接 有一抽水蓄能發(fā)電裝置，該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下 水庫的管路，在該管路上設(shè)置有可逆式水泵水輪機(jī)，該可逆式水泵水輪機(jī)具有將所述的下 水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā) 電的第二工況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能裝置，其特征在于在所述的控制器上還 連接有海水淡化裝置，該海水淡化裝置包括取水箱、給水泵、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、 高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱和管道，取水箱、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、反滲透膜組 件、產(chǎn)水水箱通過所述的管道依次串聯(lián)，所述的給水泵一端與取水箱連接，另一端與所述的 多介質(zhì)過濾器連接，所述的高壓泵設(shè)置在所述的反滲透膜組件的海水側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能裝置，包括風(fēng)力機(jī)，光伏列陣、控制器以及蓄電池，所述的風(fēng)力機(jī)、光伏列陣以及蓄電池均與所述的控制器連接，在所述的控制器上還連接有一抽水蓄能發(fā)電裝置，該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水庫、上水庫以及連接該上水庫和下水庫的管路，在該管路上設(shè)置有可逆式水泵水輪機(jī)，該可逆式水泵水輪機(jī)具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況以及將所述上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用抽水蓄能代替部分蓄電池進(jìn)行蓄能，克服了蓄電池壽命短、成本高、有污染等缺點(diǎn)，同時(shí)能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并且環(huán)保。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102116244SQ20111004842
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者任巖, 李延頻, 李正勇, 鄭源, 陳德新 申請(qǐng)人:河海大學(xué)