一种用于风力发电过程的储能系统及其方法

本发明涉及能源利用领域，具体涉及一种用于风力发电过程的储能系统，用于回收风电变流器的余热资源，实现风电变流器的冷却、电能储存以及提供高温热功能。

背景技术：

0、技术背景

1、风能是可再生、清洁无污染的能源，风力发电是我国新能源产业的重要组成部分。由于风电具有间歇性和不稳定性特点，需要结合储电装置才能实现风电的安全、高效利用。目前最常用的风力发电储电技术为电池储能，该技术储电效率高，但设备成本较高，电池的运行寿命较短。

2、风力发电机组均需配备一套风电变流器，其功能是根据风速大小适应发电机转速，使风机实现最佳风能捕获，将风机在自然风作用下发出的电压频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定、符合电网要求的电能后并入电网。风电变流器运行过程中会产生能量损失，约5％-10％的电能会在变流环节转化为热能，如15mw的风力发电机组会产生750kw热能(以5％计)，这部分热能会升高风电变流柜的运行温度。目前风电变流器多采用通风冷却的方式将余热排入环境，造成一定的能量损失，并且在实际运行过程会出现通风冷却效果不佳导致风电变流器超温，此时系统被迫停机。

3、综上所述，风力发电发展过程有两个亟待解决的问题：(1)降低系统的储能成本，提高风力发电系统经济性。(2)对风电变流器实施高效冷却，从而保证系统的安全运行，提高系统的能量转换效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种风力发电过程回收风电变流器余热的的储能系统及其方法，能够解决变流器运行散热问题，提高能源利用效率。同时，系统具备储电和供高温热功能。储电功能可提高风电系统的储能功率，供热功能可提供高温蒸汽，尤其适用于海洋风电项目中的海水淡化，为风电机组轴承冷却或附近居民提供淡水。

2、为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

3、一种风电储能海水淡化系统，包括风电变流器冷却子系统，热泵储能子系统，高温供热子系统，其特征在于，

4、所述风电变流器冷却子系统，包括风电变流器、热泵蒸发器，所述风电变流器与热泵蒸发器连接形成循环回路，热泵蒸发器吸收风电变流器产生的余热，将风电变流器产生的热量作为热泵储能系统的热源。

5、所述热泵储能子系统，包括储能部分和释能部分，其中，

6、所述储能部分，包括电动机、压缩机、热泵蒸发器、储热器，所述电动机与压缩机转动连接，所述压缩机的出口与储热器的入口连通，所述储热器的出口经管路通过热泵蒸发器与压缩机的入口连通。当系统处于储能状态时，形成热泵循环，所述储热器与所述热泵蒸发器进行换热循环，电动机带动压缩机转动，将热泵蒸发器产生的低温热能转化为高温热能并储存在储热器中，实现热量存储；所述释能部分，包括膨胀机、发电机、储热器、有机朗肯循环冷凝器，所述膨胀机与发电机转动连接，所述膨胀机的出口经管路通过有机朗肯循环冷凝器与储热器的入口连通，所述储热器的出口与膨胀机的入口连通。当系统处于释能状态时，形成有机朗肯发电循环，所述储热器与所述有机朗肯循环冷凝器进行换热循环，并且通过膨胀机带动发电机发电，将高温热能转化为电能。

7、所述高温供热子系统，包括储热器和用热设备，所述储热器与用热设备连接形成回路，将储热器中的热量提供给用热设备。

8、优选地，所述用热设备可用于向附近居民供热或工业供热，尤其适用于海洋风电项目中的海水淡化，可为风电机组轴承冷却或附近居民提供淡水。优选地，所述热泵蒸发器的入口管路上设置有冷却液循环泵，所述风电变流器的入口管路上设置有冷却液供给装置。

9、优选地，所述电动机的电力来自风电产生电力，所述发电机的电力供给电网或风电站。

10、优选地，所述储热器与热泵蒸发器相连的管路上设置有节流阀，所述储热器与有机朗肯循环冷凝器相连的管路上设置有工质泵。

11、优选地，所述储热器的入口管路上依次设置有储液罐和循环水泵。

12、进一步地，所述电动机、压缩机、膨胀机、发电机也可改为使用可逆压缩膨胀一体机，所述可逆压缩膨胀一体机包括压缩膨胀机和电动发电一体机，所述压缩膨胀机和所述电动发电一体机通过联轴器相连接。用电状态时，所述电动发电一体机用于驱动所述的压缩膨胀机工作，发电状态时，所述的电动发电一体机将压缩膨胀机输出的热能转化为电能输出。

13、进一步地，所述可逆压缩膨胀一体机的一端与储热器连通，所述可逆压缩膨胀一体机的另一端通过三通阀分别连接热泵蒸发器的出口和有机朗肯循环冷凝器的入口。

14、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

15、(1)本发明通过冷却供给装置供给冷却液，再通过热泵蒸发器对从风电变流器中流出的冷却液进行热交换，实现风电变流器的强制冷却，与通风冷却相比此方案冷却效率高，冷却参数可控，延长了风电变流器使用寿命。

16、(2)本发明可向附近居民或工业供热，尤其适用于海洋风电项目中的海水淡化，为风电机组轴承冷却或附近居民提供淡水，增强了其他用热设备和热泵储能机组的耦合性，免于引入外界热源，从而减少能源供应相应设备。

17、(3)本发明可将压缩机和膨胀机进行集成设计，利用可逆压缩膨胀一体机实现压缩过程和膨胀过程，从而降低系统复杂度和成本。

18、(4)本发明兼顾了变流器冷却、能量的储存利用与转化，实现了各工作均稳定运行的效果，可以灵活调节工作过程，能量循环利用率高。

技术特征：

1.一种用于风力发电过程的储能系统，包括风电变流器冷却子系统，热泵储能子系统，高温供热子系统，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，用热设备可用于向附近居民供热或工业供热，尤其适用于海洋风电项目中的海水淡化，可为风电机组轴承冷却或附近居民提供淡水。

3.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述电动机(5)的电力来自风电产生电力。

4.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述发电机(10)的电力供给电网或风电站。

5.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述储热器(7)与热泵蒸发器(3)相连的管路上设置有节流阀(8)。

6.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述储热器(7)与有机朗肯循环冷凝器(11)相连的管路上设置有工质泵(12)。

7.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述电动机(5)、压缩机(6)、膨胀机(9)、发电机(10)也可改为使用可逆压缩膨胀一体机(15)，所述可逆压缩膨胀一体机(15)包括压缩膨胀机(15.1)和电动发电一体机(15.2)，所述压缩膨胀机(15.1)和所述电动发电一体机(15.2)通过联轴器(15.3)相连接。用电状态时，所述电动发电一体机(15.2)用于驱动所述的压缩膨胀机(15.1)工作，发电状态时，所述的电动发电一体机(15.2)将压缩膨胀机(15.1)输出的热能转化为电能输出。

8.根据权利要求1所述的一种用于风力发电过程的储能系统，其特征在于，所述可逆压缩膨胀一体机(15)的一端与储热器(7)连通，所述可逆压缩膨胀一体机(15)的另一端通过三通阀(14)分别连接热泵蒸发器(3)的出口和有机朗肯循环冷凝器的入口(11)。

技术总结本发明公开了一种用于风力发电过程的储能系统，用于回收风电变流器的余热资源，实现风电变流器的冷却、风电电能储存以及提供高温热功能。该系统包括风电变流器冷却子系统，热泵储能子系统，高温供热子系统，其中热泵储能子系统又分为充电循环管路和放电循环管路。本发明具备以下功能：(1)对风电变流器进行强制冷却，解决其运行散热问题；(2)具备储电功能，提高风力发电过程能源利用效率；(3)可提供高温热能，供给附近居民或工业用热设施，尤其适用于海洋风电项目中的海水淡化，为风电机组轴承冷却或附近居民提供淡水。技术研发人员：贺中禄,王旭受保护的技术使用者：天津城建大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17