本發(fā)明涉及抽水儲(chǔ)能電站的，具體涉及一種風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)是出力的隨機(jī)波動(dòng)特性，這種隨機(jī)波動(dòng)既是氣候條件等各種外部條件影響的結(jié)果，也會(huì)造成電力系統(tǒng)供需關(guān)系不穩(wěn)定的后果。對(duì)于離網(wǎng)制氫系統(tǒng)而言，一方面，新能源出力的波動(dòng)將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有負(fù)面影響；另一方面，當(dāng)遇到電力過剩時(shí)，新能源往往不能被合理利用，從而又造成了新能源電力的損失。若想徹底解決新能源隨機(jī)波動(dòng)帶來的影響，就需要采用合適的儲(chǔ)能技術(shù)相配套。

2、氫能作為一種清潔、高效、安全的二次能源，是現(xiàn)有能源形式的有益補(bǔ)充。目前電網(wǎng)薄弱或電網(wǎng)網(wǎng)架延伸不到的區(qū)域，常采用離網(wǎng)型新能源電解水制氫，主要表現(xiàn)為風(fēng)電電解水制氫和光伏電解水制氫兩種。但上述單獨(dú)新能源制氫方式存在受限于時(shí)節(jié)、天氣等自然條件，如光伏發(fā)電晚上或陽光較弱時(shí)無法制氫，形成制氫設(shè)備年應(yīng)用率較低，影響產(chǎn)氫量，進(jìn)步了每立方氫氣的本錢，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益；此外，新能源電源出力存在動(dòng)搖性，其出力曲線無法與電解設(shè)備負(fù)荷曲線匹配，容易形成母線電壓及頻率動(dòng)搖，從而降低電解槽運(yùn)用壽命，影響整體制氫效率。因此需要配置一定時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能裝置，以穩(wěn)定新能源出力，保障制氫電解槽的運(yùn)行。

3、例如，根據(jù)2022年版內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)光制氫一體化示范項(xiàng)目實(shí)施細(xì)則中提到：離網(wǎng)型示范項(xiàng)目，按照制氫所需電量確定新能源規(guī)模，新能源綜合利用率不低于90％。風(fēng)光制氫項(xiàng)目需配置電儲(chǔ)能，調(diào)峰能力原則上不低于新能源規(guī)模的15％，時(shí)長(zhǎng)不低于4小時(shí)。儲(chǔ)氫設(shè)施容量大于4小時(shí)制氫能力的，可根據(jù)需要相應(yīng)降低電儲(chǔ)能配置要求。

4、近些年，我國(guó)三北地區(qū)的離網(wǎng)型光伏制氫系統(tǒng)得到了較大發(fā)展。光伏制氫系統(tǒng)由四個(gè)主要部分組成，即光伏方陣、功率調(diào)節(jié)單元、電動(dòng)機(jī)和水泵。若能對(duì)光伏制氫系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，使其除了具備提水?chǔ)水的能力以外，還具備儲(chǔ)能發(fā)電的能力，將較大程度地提高我國(guó)三北地區(qū)的供電可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有為離網(wǎng)制氫系統(tǒng)供電和儲(chǔ)能服務(wù)，同時(shí)還可以解決離網(wǎng)制氫區(qū)生活供水和制氫用水的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括上水庫(kù)、下水庫(kù)、地面光伏電站以及抽水蓄能電站，所述上水庫(kù)設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)，所述上水庫(kù)包括用于儲(chǔ)水蓄能的水塔；

3、所述抽水蓄能電站的上游與上水庫(kù)的一端相連，所述抽水蓄能電站的下游與下水庫(kù)相連；所述上水庫(kù)的另一端依次與設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)的水質(zhì)凈化裝置和電解制氫裝置相連；所述地面光伏電站設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)的空地或荒地；

4、當(dāng)光伏發(fā)電富裕時(shí)，從下水庫(kù)提水至離網(wǎng)制氫區(qū)，同時(shí)上水庫(kù)的水塔儲(chǔ)水蓄能；當(dāng)光伏發(fā)電不足時(shí)，上水庫(kù)的水塔放水發(fā)電，同時(shí)放水至電解制氫裝置。

5、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述下水庫(kù)設(shè)置有水面漂浮式光伏方陣。

6、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述地面光伏電站、水面漂浮式光伏方陣分別通過輸電線路向水質(zhì)凈化裝置和/或電解制氫裝置供電。

7、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述下水庫(kù)采用水源地天然河流、水池、湖泊、海洋或儲(chǔ)水罐。

8、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述抽水蓄能電站內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)組、水泵機(jī)組以及水輪機(jī)。

9、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述發(fā)電機(jī)組和水泵機(jī)組均采用雙饋型異步電機(jī)；每個(gè)雙饋型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子接線端分別與一組背靠背式的變流器組連接，兩個(gè)雙饋型異步電機(jī)的定子共用一臺(tái)機(jī)組變壓器與微電網(wǎng)相連。

10、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述變流器組包括機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器；所述雙饋型異步電機(jī)與機(jī)側(cè)變流器電連接，所述機(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器電連接，所述網(wǎng)側(cè)變流器與電網(wǎng)連接。

11、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述地面光伏電站、水面漂浮式光伏方陣分別通過光伏逆變器和箱變與電網(wǎng)連接。

12、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述電解制氫裝置采用電解槽；所述水質(zhì)凈化裝置的出水口與電解制氫裝置的進(jìn)水口連接，所述電解制氫裝置的循環(huán)水出口與水質(zhì)凈化裝置的循環(huán)水進(jìn)口連接。

13、作為優(yōu)選實(shí)施方式地，所述電解制氫裝置的氫氣出口與儲(chǔ)氫裝置的氫氣進(jìn)口相連。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

15、其一，本發(fā)明的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)儲(chǔ)能容量增設(shè)水塔儲(chǔ)水，水源地天然河流、水池、湖泊、海洋或儲(chǔ)水罐為下水庫(kù)的布置型式。同時(shí)，在離網(wǎng)制氫區(qū)空地或荒地建設(shè)地面光伏電站，在水源地下水庫(kù)建設(shè)水面漂浮式光伏方陣。本發(fā)明風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅具有為離網(wǎng)制氫系統(tǒng)供電和儲(chǔ)能服務(wù)，同時(shí)還可以解決離網(wǎng)制氫區(qū)生活供水和制氫用水的問題。

16、其二，本發(fā)明的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)以抽蓄系統(tǒng)為基礎(chǔ)的離網(wǎng)光伏制氫系統(tǒng)，在光伏出力過剩時(shí)，離網(wǎng)制氫區(qū)地面光伏電站提供離網(wǎng)制氫區(qū)用電負(fù)荷，同時(shí)，離網(wǎng)制氫區(qū)地面光伏電站和水源地下水庫(kù)的水面漂浮式光伏方陣的剩余出力可以提供電能用以驅(qū)動(dòng)水泵，提水至離網(wǎng)制氫區(qū)循環(huán)用水系統(tǒng)中，用以制氫用水、生活用水、光伏組件清洗等用水負(fù)荷。在光伏出力不足時(shí)，水塔中的水放水發(fā)電，用以補(bǔ)償離網(wǎng)制氫區(qū)的供電。

17、其三，本發(fā)明的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)在抽水蓄能的水庫(kù)選擇方面，上水庫(kù)以制氫設(shè)備給水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，選擇離網(wǎng)制氫區(qū)循環(huán)用水系統(tǒng)為上水庫(kù)，既可以節(jié)約建造成本，又可以物盡其用，發(fā)揮最大功能；同時(shí)，抽水蓄能的下水庫(kù)選擇水源地天然河流、水池、湖泊、海洋或儲(chǔ)水罐。

18、其四，本發(fā)明針對(duì)工程所在地的自然地理情況，包括附近存在天然湖泊、河流、海洋或者附近無天然水源地，本發(fā)明的離網(wǎng)制氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能方案均可適用，僅設(shè)備配置和布局略有調(diào)整，改造工程小，適用范圍廣。

19、其五，本發(fā)明在抽水蓄能系統(tǒng)的機(jī)組選型方面，選擇一管兩機(jī)式方案，并列布置一臺(tái)發(fā)電機(jī)和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，這種方案不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)和采購(gòu)可逆式機(jī)組，節(jié)約了成本；同時(shí)，兩機(jī)式方案可以改善抽水蓄能電站在配合光伏使用時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)均選擇可變速機(jī)組，相比于固定速抽蓄機(jī)組，可變速機(jī)組在快速平抑光伏出力方面的優(yōu)勢(shì)對(duì)于在離網(wǎng)制氫系統(tǒng)中接入不穩(wěn)定的光伏出力非常重要。

技術(shù)特征：

1.一種風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：包括上水庫(kù)(1)、下水庫(kù)(2)、地面光伏電站(3)以及抽水蓄能電站(4)，所述上水庫(kù)(1)設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)，所述上水庫(kù)(1)包括用于儲(chǔ)水蓄能的水塔(5)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述下水庫(kù)(2)設(shè)置有水面漂浮式光伏方陣(8)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述地面光伏電站(3)、水面漂浮式光伏方陣(8)分別通過輸電線路向水質(zhì)凈化裝置(6)和/或電解制氫裝置(7)供電。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述下水庫(kù)(2)采用水源地天然河流、水池、湖泊、海洋或儲(chǔ)水罐。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述抽水蓄能電站(4)內(nèi)設(shè)置有可變速機(jī)組和及水輪機(jī)(11)，所述可變速機(jī)組包括發(fā)電機(jī)組(9)和水泵機(jī)組(10)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)電機(jī)組(9)和水泵機(jī)組(10)均采用雙饋型異步電機(jī)；每個(gè)雙饋型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子接線端分別與一組背靠背式的變流器組(12)連接，兩個(gè)雙饋型異步電機(jī)的定子共用一臺(tái)機(jī)組變壓器(13)與微電網(wǎng)相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述變流器組(12)包括機(jī)側(cè)變流器(121)和網(wǎng)側(cè)變流器(122)；所述雙饋型異步電機(jī)與機(jī)側(cè)變流器(121)電連接，所述機(jī)側(cè)變流器(121)與網(wǎng)側(cè)變流器(122)電連接，所述網(wǎng)側(cè)變流器(122)與電網(wǎng)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述地面光伏電站(3)、水面漂浮式光伏方陣(8)分別通過光伏逆變器(14)和箱變(15)與電網(wǎng)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述電解制氫裝置(7)采用電解槽；所述水質(zhì)凈化裝置(6)的出水口與電解制氫裝置(7)的進(jìn)水口連接，所述電解制氫裝置(7)的循環(huán)水出口與水質(zhì)凈化裝置(6)的循環(huán)水進(jìn)口連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述電解制氫裝置(7)的氫氣出口與儲(chǔ)氫裝置(16)的氫氣進(jìn)口相連。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上水庫(kù)、下水庫(kù)、地面光伏電站以及抽水蓄能電站，所述上水庫(kù)設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)，上水庫(kù)包括用于儲(chǔ)水蓄能的水塔；所述抽水蓄能電站的上游與上水庫(kù)的一端相連，所述抽水蓄能電站的下游與下水庫(kù)相連；上水庫(kù)的另一端依次與設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)的水質(zhì)凈化裝置和電解制氫裝置相連；地面光伏電站設(shè)置在離網(wǎng)制氫區(qū)的空地或荒地；當(dāng)光伏發(fā)電富裕時(shí)，從下水庫(kù)提水至離網(wǎng)制氫區(qū)，同時(shí)上水庫(kù)的水塔儲(chǔ)水蓄能；當(dāng)光伏發(fā)電不足時(shí)，上水庫(kù)的水塔放水發(fā)電，同時(shí)放水至電解制氫裝置。本發(fā)明的風(fēng)光氫抽蓄調(diào)水儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅具有為離網(wǎng)制氫系統(tǒng)供電和儲(chǔ)能服務(wù)，同時(shí)還可以解決離網(wǎng)制氫區(qū)生活供水和制氫用水的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳昕,陶鐵鈴,何杰,張鵬,張旭,李興強(qiáng),陳沖,劉智超,胡昱,張?zhí)鹛?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10