一种可再生能源离网发电储能及其调控系统及调控方法

技术领域

本发明属于离网发电系统技术领域，尤其涉及一种可再生能源离网发电储能及其调控系统及调控方法。

背景技术

离网发电系统——系指采用区域独立发电、分户独立发电的离网供电模式。

风/光等发电，由于受气候、季节以及早晚等因素影响，发电稳定性较差，不适宜直接并网或并网代价较高且对电网影响较大；离网发电供至用户端时，存在峰/谷等不稳定情况(即发电高峰期，电能过多，用户消纳不掉；发电低谷期，电能较少，无法满足用户需求)，而用户端要得到稳定电能，须解决电能削峰填谷问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可再生能源离网发电储能及其调控系统及调控方法，以解决现有离网发电系统难以输出稳定电能的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种可再生能源离网发电储能及其调控系统，包括：

可再生能源发电装置，所述可再生能源发电装置包括第一电能输出端、第二电能输出端和第三电能输出端；

短时储能装置，所述短时储能装置的输入端与所述第二电能输出端电连接，所述短时储能装置的输出端为第四电能输出端；

电能转化装置，所述电能转化装置的输入端与所述第三电能输出端电连接，用于接收并转化电能为第一燃烧介质或第二燃烧介质，所述第二燃烧介质的稳定性高于所述第一燃烧介质；

中时储能装置，所述中时储能装置的输入端与所述电能转化装置的第一燃烧介质输出端连通，用于暂存所述第一燃烧介质；

长时储能装置，所述长时储能装置的输入端与所述电能转化装置的第二燃烧介质输出端连通，用于暂存所述第二燃烧介质；

燃气轮机发电系统，所述燃气轮机发电装置的燃料输入端分别与所述中时储能装置的输出端和所述长时储能装置的输出端连通，所述燃气轮机发电装置的输出端为第五电能输出端；

需求端用电量监测及反馈系统，用于输出用电量监测及反馈信息；

电能调控系统，所述电能调控系统的输入端分别与所述第一电能输出端、所述第二电能输出端、所述第三电能输出端、所述第四电能输出端、所述第五电能输出端、所述需求端用电量监测及反馈系统和所述可再生能源发电装置信号连接，用于接收所述用电量监测及反馈信息和所述可再生能源发电装置的发电监测及预测信息，调控所述第一电能输出端、所述第四电能输出端和所述第五电能输出端匹配电能输出，以及调控所述第二电能输出端和所述第三电能输出端进行短时储能和/或中时储能和/或长时储能。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述可再生能源发电装置为风力发电装置和/或太阳能发电装置和/或光伏发电装置和/或潮汐能发电装置。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述短时储能装置为电池储能装置。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述电能转化装置包括电解水制氢装置和制氨装置，所述电解水制氢装置的电能输入端与所述第三电能输出端电连接，所述电解水制氢装置的第一氢气输出端与所述中时储能装置的输入端连通；所述制氨装置的氢气输入端与所述电解水制氢装置的第二氢气输出端连通，所述制氨装置的氨气输出端与所述长时储能装置的输入端连通。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述第一燃烧介质为氢气，所述中时储能装置包括氢气压缩机和氢气储罐；

所述氢气压缩机的输入端与所述电能转化装置的第一燃烧介质输出端连通，所述氢气压缩机的输出端与所述氢气储罐的输入端连通，所述氢气储罐的输出端与所述燃气轮机发电装置的燃料输入端连通；

其中，所述氢气储罐与所述电能调控系统信号连接，用于输出氢气储量监测信息。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述第二燃烧介质为氨气，所述长时储能装置为液氨储罐和液氨汽化器，所述液氨储罐的输入端与所述电能转化装置的第二燃烧介质输出端连通，所述液氨储罐的输出端与所述液氨汽化器的液氨输入端连通，所述液氨汽化器的氨气输出端与所述燃气轮机发电装置的燃料输入端连通。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述长时储能装置还包括换热部，所述换热部包括中间介质管路、中间介质循环泵和中间介质换热器；

所述中间介质管路分别连通至所述中间介质换热器内的中间介质通路和所述液氨汽化器内的中间介质通路并形成中间介质循环管路；所述中间介质循环泵设于所述中间介质循环管路上；所述中间介质换热器的热源输入端与所述燃气轮机发电系统的燃机排气输出端连通。

本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统，所述燃气轮机发电系统包括燃烧器以及同轴传动连接的发电机、压气机和透平；

所述燃烧器的空气输入端与所述压气机的输出端连通，所述燃烧器的燃料输入端分别与所述中时储能装置的输出端和所述长时储能装置的输出端连通，所述燃烧器的输出端与所述透平的输入端连通。

本发明的一种调控方法，应用于上述任意一项所述的可再生能源离网发电储能及其调控系统，如下：

1)储能状态，所述发电监测及预测信息中的发电量大于所述用电量监测及反馈信息中的需求端用电量时：

所述电能调控系统调控多余的发电量通过所述第二电能输出端输出至所述短时储能装置，或者，通过所述第三电能输出端输出至所述电能转化装置制备第一燃烧介质并储存至所述中时储能装置或制备第二燃烧介质并储存至所述长时储能装置；

2)补能状态，所述发电监测及预测信息中的发电量小于于所述用电量监测及反馈信息中的需求端用电量时：

所述电能调控系统调控所述短时储能装置通过所述第四电能输出端输出电能填补需求端用电量，和/或，调控所述燃气轮机发电系统燃烧所述第一燃烧介质发电并通过所述第五电能输出端输出电能填补需求端用电量，和/或，调控所述燃气轮机发电系统燃烧所述第二燃烧介质发电并通过所述第五电能输出端输出电能填补需求端用电量。

本发明的调控方法，在所述补能状态中，所述电能调控系统根据发电监测及预测信息中的发电量预测信息；

若所述发电量预测信息显示将发生短时发电低谷，则调控所述短时储能装置通过所述第四电能输出端输出电能；

若所述发电量预测信息显示将发生中时发电低谷，则调控所述短时储能装置通过所述第四电能输出端输出电能，以及，调控所述燃气轮机发电系统燃烧所述第一燃烧介质发电并通过所述第五电能输出端输出电能填补需求端用电量；

若所述发电量预测信息显示将发生长时发电低谷，则调控所述短时储能装置通过所述第四电能输出端输出电能，以及，调控所述燃气轮机发电系统燃烧所述第一燃烧介质/第二燃烧介质发电并通过所述第五电能输出端输出电能填补需求端用电量。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例通过将可再生能源发电装置在满足需求端用电量后多余的电量输出至短时储能装置和/或输出至电能转化装置转化为对应中时储能装置/长时储能装置的燃烧介质；当可再生能源发电装置无法满足需求端用电量时，可通过控制短时储能装置内储存的电能和/或通过燃气轮机发电系统燃烧对应储能的燃烧介质进行发电，对可再生能源发电装置输出的电能进行填补，从而使得整个离网发电系统实现稳定供能；基于可再生能源发电，用户可通过短时、中、长时储能方式实现稳定电能供应，且通过储能的合理利用，实现最经济的稳定供能方案。

附图说明

图1为本发明的可再生能源离网发电储能及其调控系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种可再生能源离网发电储能及其调控系统及调控方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1，在一个实施例中，一种可再生能源离网发电储能及其调控系统，包括可再生能源发电装置、短时储能装置、电能转化装置、中时储能装置、长时储能装置、燃气轮机发电系统、需求端用电量监测及反馈系统、电能调控系统。

可再生能源发电装置包括第一电能输出端、第二电能输出端和第三电能输出端。

短时储能装置的输入端与第二电能输出端电连接，短时储能装置的输出端为第四电能输出端。

电能转化装置的输入端与第三电能输出端电连接，用于接收并转化电能为第一燃烧介质或第二燃烧介质，第二燃烧介质的稳定性高于第一燃烧介质。中时储能装置的输入端与电能转化装置的第一燃烧介质输出端连通，用于暂存第一燃烧介质。长时储能装置的输入端与电能转化装置的第二燃烧介质输出端连通，用于暂存第二燃烧介质。

燃气轮机发电装置的燃料输入端分别与中时储能装置的输出端和长时储能装置的输出端连通，燃气轮机发电装置的输出端为第五电能输出端。

需求端用电量监测及反馈系统用于输出用电量监测及反馈信息。

其中，电能调控系统的输入端分别与第一电能输出端、第二电能输出端、第三电能输出端、第四电能输出端、第五电能输出端、需求端用电量监测及反馈系统和可再生能源发电装置信号连接，用于接收用电量监测及反馈信息和可再生能源发电装置的发电监测及预测信息，调控第一电能输出端、第四电能输出端和第五电能输出端匹配电能输出，以及调控第二电能输出端和第三电能输出端进行短时储能和/或中时储能和/或长时储能，即通过实时发电监测以及短、长时发电预测，结合用户用电需求，灵活调控电能输出。

本实施例通过将可再生能源发电装置在满足需求端用电量后多余的电量输出至短时储能装置和/或输出至电能转化装置转化为对应中时储能装置/长时储能装置的燃烧介质。当可再生能源发电装置无法满足需求端用电量时，可通过控制短时储能装置内储存的电能和/或通过燃气轮机发电系统燃烧对应储能的燃烧介质进行发电，对可再生能源发电装置输出的电能进行填补，从而使得整个离网发电系统实现稳定供能。基于可再生能源发电，用户可通过短时、中、长时储能方式实现稳定电能供应，且通过储能的合理利用，实现最经济的稳定供能方案。

下面对本实施例的可再生能源离网发电储能及其调控系统进行进一步说明：

在本实施例中，可再生能源发电装置具体可为风力发电装置和/或太阳能发电装置和/或光伏发电装置和/或潮汐能发电装置。

在本实施例中，短时储能装置为电池储能装置。

(短时储能：可再生能源发电峰时将富余的电能给储能电池充电，发电低估时，电池放电补充用户用能需求；电池储能基于目前技术以及其他因素，一般为2小时，而更长时间的电池储能面临成本和产品安全等方面诸多挑战，故将电池方案作为短时储能方案。)

在本实施例中，上述的电能转化装置包括电解水制氢装置和制氨装置。电解水制氢装置的电能输入端与第三电能输出端电连接，电解水制氢装置的第一氢气输出端与中时储能装置的输入端连通(即将电能转化为氢的化学能进行储存)。

制氨装置的氢气输入端与电解水制氢装置的第二氢气输出端连通，用于接收电解产生的氢气并合成氨进行储能(即将电能转化为氨的化学能进行储存)，制氨装置的氨气输出端与长时储能装置的输入端连通。

进一步地，由于第一燃烧介质为氢气，中时储能装置则可包括氢气压缩机和氢气储罐。

氢气压缩机的输入端与电能转化装置的第一燃烧介质输出端连通，氢气压缩机的输出端与氢气储罐的输入端连通，氢气储罐的输出端与燃气轮机发电装置的燃料输入端连通(即先对电解产生的氢气进行压缩，再输入至氢气储罐以一定压力进行储存，加压的目的是增大氢气的单位密度，从而实现氢气储罐储量的增大，但氢气的性质相对稳定性较差，故将其作为中时储能方案)。

(中时储能：可再生能源发电高峰期，将富余的电通过电解水工艺制氢，并将氢气储存；发电低估期，利用氢气作为燃料，通过燃气轮机或燃气-蒸汽循环发电，输出稳定的电能，以补充用户的稳定电能需求)

由于第二燃烧介质为氨气，长时储能装置为液氨储罐和液氨汽化器，液氨储罐的输入端与电能转化装置的第二燃烧介质输出端连通，液氨储罐的输出端与液氨汽化器的液氨输入端连通，液氨汽化器的氨气输出端与燃气轮机发电装置的燃料输入端连通(氨在常温下即可以液态进行储存，且性质稳定，适宜长时间储存，故将其作为长时储能方案)。

进一步地，液氨储罐上还可设置外部液氨输入端口，即可配合外部氨供应存储，作为备用燃料。

(长时储能：可再生能源发电产生的电能，可通过电解水制氢并合成氨，配合外部氨供应存储，作为备用燃料；在风/光发电低估期，当存储的氢气不足以支持超长期稳定用电需求时，可通过氨燃料燃气轮机或燃气-蒸汽循环发电，补充用户的超长期稳定电能需求)

进一步地，氢气储罐与电能调控系统信号连接，用于输出氢气储量监测信息，当氢气储量到达极限后即可将电解产生的氢气输出至制氨装置进行氨气的制备，而当氢气储量低至最低后，即可控制液氨储罐输出氨气至燃气轮机进行燃氨发电。

在本实施例中，为了提高能量利用率，本实施例的长时储能装置还可包括换热部，该换热部包括中间介质管路、中间介质循环泵和中间介质换热器。

中间介质管路分别连通至中间介质换热器内的中间介质通路和液氨汽化器内的中间介质通路并形成中间介质循环管路。中间介质循环泵设于中间介质循环管路上。中间介质换热器的热源输入端与燃气轮机发电系统的燃机排气输出端连通，即利用燃气排气的热量对流经中间介质换热器内的中间介质进行加热，加热后的中间介质即可在液氨汽化器内对流经的液氨进行加热汽化。

进一步地，中间介质换热器输出端与液氨汽化器输入端之间的中间介质管路上可设置热态中间介质箱对燃机排气加热的中间介质进行短时储存，从而实现短时储热，中间介质循环泵对应设置在热态中间介质箱与液氨汽化器之间的中间介质管路上。而中间介质换热器输入端与液氨汽化器输出端之间的中间介质管路上可设置对应的冷态中间介质箱，冷态中间介质箱与中间介质换热器之间的中间介质管路上也可设置中间介质循环泵。其中，中间介质可为如水、导热油等。

在本实施例中，燃气轮机发电系统包括燃烧器以及同轴传动连接的发电机、压气机和透平。

燃烧器的空气输入端与压气机的输出端连通，燃烧器的燃料输入端分别与中时储能装置的输出端和长时储能装置的输出端连通，燃烧器的输出端与透平的输入端连通。发电机的电能输出端即为上述的第五电能输出端。

其中，燃气轮机采用特有的燃烧器及其燃烧喷嘴，可以在不更换零件的情况下，满足燃烧氢气或氨燃料。燃烧器以氨燃料为基本负荷燃料，兼顾考虑天然气、氢气、氨气裂解气等多种零碳燃料，燃料和助燃空气经燃烧喷嘴供入到火焰筒，在火焰筒内实现充分燃烧。由于氨气反应特性较弱，因此燃烧喷嘴可设计为两级旋流，分别供入燃料和空气，在内喷嘴形成富燃火焰，在外喷嘴形成贫燃火焰，从而实现氨的稳定燃烧。

进一步地，燃气轮机发电系统还可包括余热锅炉及蒸汽轮机发电机组。其中，余热锅炉用于接收透平输出的燃机排气，并形成高温水蒸气输出至蒸汽轮机发电机组进行进一步发电，以提高能量利用率。

本实施例的可再生能源离网发电系统，通过智能化电能调控系统，可优化电能分配和利用，创造更好的经济价值并提供给用户稳定的高品质电能。

实施例二

本实施例提供一种调控方法，应用于上述实施例一的可再生能源离网发电储能及其调控系统，方法如下：

1)储能状态，发电监测及预测信息中的发电量大于用电量监测及反馈信息中的需求端用电量时：

电能调控系统调控多余的发电量通过第二电能输出端输出至短时储能装置，或者，通过第三电能输出端输出至电能转化装置制备第一燃烧介质并储存至中时储能装置或制备第二燃烧介质并储存至长时储能装置。

进一步地，根据发电监测及预测信息：若发电预测之后会出现风/光发电不足的情况(发电低谷)，则根据预测时间进行电能储能，确保电池储能满足短时发电“填谷”，其余时间多余的发电进行电解水制氢，进行储氢；

根据风/光发电预测：若储氢的中时储能达到极限，则进行电解水制氢，并输出进行储氨。

2)补能状态，发电监测及预测信息中的发电量小于于用电量监测及反馈信息中的需求端用电量时：

电能调控系统调控短时储能装置通过第四电能输出端输出电能填补需求端用电量，和/或，调控燃气轮机发电系统燃烧第一燃烧介质发电并通过第五电能输出端输出电能填补需求端用电量，和/或，调控燃气轮机发电系统燃烧第二燃烧介质发电并通过第五电能输出端输出电能填补需求端用电量。

进一步地，在补能状态中，电能调控系统根据发电监测及预测信息中的发电量预测信息。

若发电量预测信息显示将发生短时发电低谷，则调控电池储能装置通过第四电能输出端输出电能。

若发电量预测信息显示将发生中时发电低谷，则调控电池储能装置通过第四电能输出端输出电能，以及，调控燃气轮机发电系统燃烧第一燃烧介质(氢气)发电并通过第五电能输出端输出电能填补需求端用电量。

若发电量预测信息显示将发生长时发电低谷，则调控短时储能装置通过第四电能输出端输出电能，以及，调控燃气轮机发电系统燃烧第一燃烧介质(氢气)/第二燃烧介质(氨气)发电并通过第五电能输出端输出电能填补需求端用电量。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。