一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站的制作方法

本发明涉及海水抽水蓄能电站的，具体涉及一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站。

背景技术：

1、海水抽水蓄能电站可建在火电、核电、海上风电等基荷电源附近或在电力需求相对较大的沿海负荷中心附近，有利于整个电力系统的运行及输电成本的降低；也可建在远离大陆的海岛上，与风电、光伏、甚至移动式核电一起形成微网，提供充足稳定的电能，有利于海岛的建设和发展，有利于海洋资源的开发。

2、由于海洋的特殊性，建设海水抽水蓄能电站面临着环境影响和机组制造难度大等方面的挑战。亟待研究的关键技术众多，如沿海地区海水抽水蓄能资源评估及选址原则及技术分析；库盆和输水系统海水渗漏控制技术；海水抽水蓄能电站环境影响评估与生态修复；水工建筑物、输水系统及金属结构防腐、防海洋生物附着的技术及材料选型；防腐蚀、抗空蚀、防海洋生物条件下可变速海水抽水蓄能机组的关键技术；海水抽水蓄能与可再生能源联合运行技术等。

3、海水抽水蓄能电站在未来能源体系建设中其优势十分显著。目前，业界对于海水抽水蓄能电站通常以大海作为下水库，在地理位置和地形合理的海岸山地上或海岛上修建上水库，这种型式适合于建设在海岸附近，同时这种海水抽水蓄能电站建设规模较大，建设成本较高。然而，目前的海上风电和海上光伏有着向远海发展的趋势，在远离海岸的情况下，常规的海水抽水蓄能电站并不能很好的匹配。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，该可变速抽水蓄能电站以大海作为上水库，以海底压力罐下水库作为下水库；并且该可变速抽水蓄能电站还具有可扩展性，同时可以在不影响海洋正常生产、航运等活动的情况下提供巨大的存储容量。

2、为实现上述目的，本发明所设计的一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，包括至少一个可充水的压力罐，所述压力罐包括壳体，所述壳体内设置有储水舱、电气设备舱以及配重储水箱；

3、所述电气设备舱内设置有水轮机、可变速发电电动机、变流器组，所述储水舱和配重储水箱通过水轮机向其内部充水或者放水；所述可变速发电电动机的转子接线端通过变流器组与电网相连，所述可变速发电电动机的定子接线端通过机组变压器与电网相连。

4、作为优选实施方式地，所述压力罐具有海水出入口，所述海水出入口上设置有阀门。

5、作为优选实施方式地，所述压力罐内还设置有导流管，所述导流管的进水口与水轮机的出水口相连；所述导流管的出水口设置有第一支管和第二支管，所述第一支管与储水舱相连通，所述第二支管与配重储水箱相连通。

6、作为优选实施方式地，所述导流管的出水口设置有三向阀门。

7、作为优选实施方式地，所述压力罐通过锚栓与海上光伏组件和/或海上风电机组相连。

8、作为优选实施方式地，当压力罐与海上光伏组件和/或海上风电机组为两组以上时通过水库环管相互连接形成储能矩阵。

9、作为优选实施方式地，所述可变速发电电动机采用双馈型异步发电机或者可调速异步电动机，所述变流器组采用背靠背式变流器。

10、作为优选实施方式地，当所述可变速发电电动机采用双馈型异步发电机时，所述双馈型异步发电机的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，背靠背式变流器采用功率半导体技术控制，双馈型异步发电机的定子接线端经机组变压器与电网相连，设计发电工况的功率解耦控制，实现有功功率和无功功率精确调控。

11、作为优选实施方式地，所述变流器组包括机侧变流器和网侧变流器；所述可变速发电电动机与机侧变流器电连接，所述机侧变流器与网侧变流器电连接，所述网侧变流器与电网连接。

12、作为优选实施方式地，所述压力罐为钢筋混凝土或金属材料制成的圆锥形或环状管形结构。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

14、其一，本发明的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站为水下抽水蓄能电站，将海洋作为上水库，海底压力罐作为下水库。电能的储存是通过将水从压力箱的内部抽出来对抗海底的静水压力来实现的。采用压力罐作为具有较低势能的下水库，压力罐被放置在海底深处，压力罐具有抗压设计，因此当泵出时，它在所需深度的静水压力下保持尺寸稳定。上水库是由压力水箱周围的海洋形成的，具有较高的势能。当允许水流入位于特定水深的压力罐中时，释放出与海洋表面高度差对应的势能，即水深。用于海上新能源电站的电能储存和释放，可以配合海水风力发电站或海上光伏发电电站使用。

15、其二，本发明的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站具有可扩展性，利用海水下抽水蓄能电站，可以提供一个储能矩阵：例如有多个海上光伏方阵、或多个海上风电机组时，海水抽水蓄能可以灵活地设置下水库环管，形成发电厂和储能电站相互连接的电力存储矩阵。在发电站产生能量过剩的时期，这些发电站产生的电能可以双向地储存，在电能需求旺盛的时期，这些电能可以被回收，回收的电能可以被输送到负荷。

16、其三，本发明的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站的可变速发电机组采用双馈型异步发电机，双馈发电机组的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，变流器采用功率半导体技术控制，双馈机组的定子经机组变压器与电网相连，设计发电工况的功率解耦控制，实现有功功率和无功功率精确调控。

17、其四，本发明的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站的可变速发电机组采用可调速异步电动机，针对水泵工况，设计变速驱动单位采用直接转矩控制技术，从而实现直接控制电机的机械扭矩。首先，可变速机组可有效解决负荷突变所引发的无功功率过剩等系统安全运行隐患，满足微电网快速准确进行频率调节的要求；其次，使用了可调转速发电电动机组以后可以有效地延伸水轮机和水泵的工作范围，扩大最优效率区域，同时可改善偏离高效率区的水流条件，减轻水力机械振动。

技术特征：

1.一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：包括至少一个可充水的压力罐(1)，所述压力罐(1)包括壳体(101)，所述壳体(101)内设置有储水舱(102)、电气设备舱(103)以及配重储水箱(104)；

2.根据权利要求1所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述压力罐(1)具有海水出入口(105)，所述海水出入口(105)上设置有阀门(6)。

3.根据权利要求1所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述压力罐(1)内还设置有导流管(7)，所述导流管(7)的进水口与水轮机(2)的出水口相连；所述导流管(7)的出水口设置有第一支管(701)和第二支管(702)，所述第一支管(701)与储水舱(102)相连通，所述第二支管(702)与配重储水箱(104)相连通。

4.根据权利要求3所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述导流管(7)的出水口设置有三向阀门(8)。

5.根据权利要求1～4任一项所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述压力罐(1)通过锚栓与海上光伏组件(9)和/或海上风电机组(10)相连。

6.根据权利要求5所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：当压力罐(1)与海上光伏组件(9)和/或海上风电机组(10)为两组以上时通过水库环管(11)相互连接形成储能矩阵。

7.根据权利要求1～4任一项所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述可变速发电电动机(3)采用双馈型异步发电机或者可调速异步电动机，所述变流器组(4)采用背靠背式变流器。

8.根据权利要求7所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：当所述可变速发电电动机(3)采用双馈型异步发电机时，所述双馈型异步发电机的转子接线端连接到一组背靠背式变流器，背靠背式变流器采用功率半导体技术控制，双馈型异步发电机的定子接线端经机组变压器与电网相连，设计发电工况的功率解耦控制，实现有功功率和无功功率精确调控。

9.根据权利要求8所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述变流器组(4)包括机侧变流器(401)和网侧变流器(402)；所述可变速发电电动机(3)与机侧变流器(401)电连接，所述机侧变流器(401)与网侧变流器(402)电连接，所述网侧变流器(402)与电网连接。

10.根据权利要求1～4任一项所述的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，其特征在于：所述压力罐(1)为钢筋混凝土或金属材料制成的圆锥形或环状管形结构。

技术总结本发明公开了一种海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站，该可变速抽水蓄能电站包括至少一个可充水的压力罐，所述压力罐包括壳体，所述壳体内设置有储水舱、电气设备舱以及配重储水箱；所述电气设备舱内设置有水轮机、可变速发电电动机、变流器组，所述储水舱和配重储水箱通过水轮机向其内部充水或者放水；所述可变速发电电动机的转子接线端通过变流器组与电网相连，所述可变速发电电动机的定子接线端通过机组变压器与电网相连。本发明的海底压力罐下水库式可变速抽水蓄能电站以大海作为上水库，以海底压力罐下水库作为下水库；并且该可变速抽水蓄能电站还具有可扩展性，同时可以在不影响海洋正常生产、航运等活动的情况下提供巨大的存储容量。技术研发人员：陈昕,刘海波,何杰,张鹏,张旭,刘智超,张甜甜,陈冲,李兴强,胡昱受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10