风力发电储能系统和风力发电储能方法与流程

1.本发明涉及发电储能技术领域，尤其涉及一种风力发电储能系统和风力发电储能方法。


背景技术：

2.风力发电是当今比较普遍的发电方式。但由于风电输出具有间歇性、随机性和年度周期性，因此是对电网的重大考验。由于风功率预测准确性不高，在风季时发电过剩，多余能源无法保存，产生风资源浪费；在风力较弱时，产生的电量可能太少。
3.现有的储存电能的方式多为蓄电池储能，但蓄电池的安全性和耐久性需要更深入研究，蓄电池的生产可能对环境产生较大影响，同时蓄电池易损耗，使用成本较高。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：风力发电的电能除了可以通过蓄电池储存外还可以通过转化为其他势能的方式储存，例如重力势能。
5.本技术发明人发现，油田开采完后需要及时处理，以减少对生态环境的影响。但是荒废油田的处理成本高，因此造成所荒废的油田所占用的土地难以得到合理利用。通常，油井深度可达数百米，甚至数千米，因此可提供重力势能转化的空间，若将荒废的油井用于储能则既可以解决荒废油井的处置问题，又可以解决储能问题。
6.因此，本技术的主要目的包括：在废弃油田的钻井建设风机，利用重物储能技术，将风电能量储存起来。改造废弃油田，变废为宝。实现风电储能，提高风电稳定性和利用效率，提高电网稳定性。
7.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种风力发电储能系统，包括：
8.发电系统，所述发电系统包括：塔基础、安装于所述塔基础上的塔筒、安装于所述塔筒上的风电机组以及安装于所述风电机组的叶片；
9.储能系统，所述储能系统包括：起重电机、配重、钻井孔道以及发电设备，所述配重设置于所述钻井孔道内，并能够在所述钻井孔道内上下移动，所述起重电机和所述发电设备均连接所述配重，所述起重电机与所述风电机组电连接，以利用所述风电机组产生的电能驱动所述配重在所述钻井孔道内上升，所述发电设备连接有输电线，所述配重在所述钻井孔道内下降时驱动所述发电设备发电，并通过所述输电线将电能输出。
10.本发明实施例的风力发电储能系统，能够将风电机组发出的电能转化为配重的重力势能得以储存，并在风力较弱时，将配重的重力势能转化为电能并入电网，从而使得风力发电的供电更加稳定，风电机组的发电利用率提高。而且这种能量储存方式成本低，设备损耗小。
11.可选地，所述钻井孔道为废弃油田钻井。
12.可选地，所述塔基础内具有容纳腔，所述起重电机设置于所述容纳腔内。
13.可选地，所述配重采用金属材质、砖石或混凝土材质。
14.可选地，所述风电机组通过电缆与所述起重电机电连接。
15.可选地，所述起重电机通过吊索悬吊连接所述配重。
16.可选地，所述发电设备和所述起重电机一体式装配或者所述发电设备和所述起重电机分别单独装配。
17.可选地，所述起重电机配置有可调减速箱。
18.可选地，所述塔基础和/或所述塔筒均为钢筋混凝土材质。
19.本发明实施例还提供一种风力发电储能方法，包括：
20.s1，挖掘钻井孔道或者获取弃油田钻井作为钻井孔道；
21.s2，在所述钻井孔道内设置配重，并将所述配重连接起重电机和发电设备；
22.s3，搭建发电系统，所述发电系统包括：塔基础、安装于所述塔基础上的塔筒、安装于所述塔筒上的风电机组以及安装于所述风电机组的叶片；
23.s4，将所述风电机组与所述起重电机电连接；
24.所述起重电机利用所述风电机组产生的电能驱动所述配重在所述钻井孔道内上升，以将所述风电机组产生的电能转化为所述配重的位置势能储存，所述配重在所述钻井孔道内下降时驱动所述发电设备发电，并通过输电线将电能输出。
25.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
27.图1是本发明一实施例的风力发电储能系统的示意图。
28.附图标记：
29.10-发电系统；11-塔基础；111-容纳腔；12-塔筒；13-风电机组；14-叶片；
30.20-储能系统；21-起重电机；22-配重；23-钻井孔道。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.本实施方式提供一种风力发电储能系统，主要包括发电系统10和储能系统20两部分。
33.其中，发电系统10包括：塔基础11、安装于塔基础11上的塔筒12、安装于塔筒12上的风电机组13以及安装于风电机组13的叶片14；叶片14在风的吹动下旋转，从而使风电机组13发电，发出的电可并入电网。塔基础11和塔筒12为风电机组13和叶片14提供支撑。
34.储能系统20包括：起重电机21、配重22、钻井孔道23以及发电设备，配重22设置于钻井孔道23内，并能够在钻井孔道23内上下移动，起重电机21和发电设备均连接配重22，可以是直接连接，也可是通过其他部件间接连接，起重电机21连接配重22的目的是驱动在配重22在钻井孔道23内上升，发电设备连接配重22的目的是配重22在钻井孔道23内下降驱动
发电设备发电。
35.起重电机21与风电机组13电连接，以利用风电机组13产生的电能驱动配重22在钻井孔道23内上升，这个过程中，将风电机组13产生的电能转化为配重22的重力势能。
36.发电设备连接有输电线，配重22在钻井孔道23内下降时驱动发电设备发电，并通过输电线将电能输出。
37.由此，上述风力发电储能系统在风力大的时候可以将部分电能转化为配重22的重力势能储存起来，当风力减弱的时候，可以控制配重22下降，以带动发电设备发电，并将电能通过输电线输出，起重电机21的输电线可以与并入电网。这种电能储存方式灵活性大，只要风电机组13产生的电能超多预设标准即可控制将多余的电能转化为配重22的重力势能，储能系统20的设置成本低。
38.在一些实施例中，钻井孔道23为废弃油田钻井。也就是说，钻井孔道23可以是主动开挖的，也可以利用现有的钻井，从而进一步节省施工成本。而且，若将废弃的油田钻井作为钻井孔道23使用还可以大大降低处置废弃的油田钻井的成本，从而不仅解决了废弃油田的处理问题，还降低了风力发电储能系统的施工成本。
39.钻井孔道23也可以采用其他现有的得不到利用的竖井，只要是具有一定的深度，具有配重22可上下移动的高度空间即可。
40.在一些实施例中，发电设备和起重电机21一体式装配，也就是说发电设备和起重电机21为一个整体，直接安装即可，两者可以按照需求互不影响的工作。这种结构能够提高安装效率。
41.当然，发电设备和起重电机21也可以分别单独装配，可在现场进行分别安装，然后调试各自的位置和相关需求功能，这种方式灵活性更大，能够满足更多的安装需求和安装环境。
42.钻井孔道23的深度可达数百米，甚至数千米，钻井孔道23的深度越深，则电能转化为配重22的重力势能的转化总量越大，则储存的能量越大。
43.在一些实施例中，塔基础11内具有容纳腔111，起重电机21设置于容纳腔111内。容纳腔111与钻井孔道23连通，并位于钻井孔道23的上方。容纳腔111，除了可以设置起重电机21还可以根据需求设置其他装置。
44.在一些实施例中，配重22采用金属材质、砖石或混凝土材质。较佳地，配重22优选密度较大的材质，从而可以在有限的空间内储存更多的重力势能。
45.配重22的形状可以是圆柱状，其最大外径小于钻井孔道23的内径，以使配重22在钻井孔道23内上下移动的时候不会碰到钻井孔道23的内壁。
46.在一些实施例中，风电机组13通过电缆与起重电机21电连接，电缆线能够保证风电机组13所产生的电能稳定且低损耗地传输至起重电机21，减少能量损耗。
47.在一些实施例中，起重电机21通过吊索悬吊连接配重22。吊索具有足够的强度，能够保证配重22的稳定悬吊。
48.在一些实施例中，起重电机21设置有转向控制装置，转向控制装置用于控制起重电机21的可旋转方向。在风电机组13产生的电能较多时，转向控制装置控制起重电机21按第一旋转方向旋转，起重电机21按第一旋转方向旋转可将配重22向上拉起，当配重22达到顶端时，将起重电机21锁定，不再进行电能向重力势能的转化，当风力减弱，需要补充电能
时，转向控制装置控制起重电机21按第二旋转方向旋转，第一旋转方向和第二旋转方向的转向相反。起重电机21按第二旋转方向旋转，将配重22从高位置向下下降，从而配重22的重力势能带动发电设备发电，发电设备将发出的电能并入电网。
49.在一些实施例中，起重电机21配置有可调减速箱。减速箱可以调节起重电机21的转速，发电设备也可以配置可调减速箱，从而调节配重22的下降速度，配重22的重力势能可以不一次用完，而是根据需要控制配重22下降的距离。
50.可以理解的是，配重22从最高位置到最低位置将全部重力势能转化为电能。而储能系统20的利用可以是在配重22在除最高位置外的任何位置上升储能，也可以是在除最低位置的任何位置下降发电。
51.配重22上升储能可以是直接上升到最高位置，也可以是上升到非最高位置，具体可根据风电机组13产生的电能的多少来确定，多产生的电能较多则可以直接上升到最高位置。配重22下降发电可以是直接下降到最低位置，也可以是下降到非最低位置，若风电机组13产生的电能较少，则可以完全下降到最低位置，以将全部重力势能转化为电能并入电网。
52.在一些实施例中，塔基础11和/或塔筒12均为钢筋混凝土材质。塔基础11和塔筒12可通过预应力索连接紧固。塔筒12可以全部采用钢筋混凝土材质，也可以底部采用钢筋混凝土材质，上部采用钢结构。
53.本实施方式还提供一种风力发电储能方法，包括：
54.s1，挖掘钻井孔道23或者获取弃油田钻井作为钻井孔道23；钻井孔道23的深度可决定储能量的大小，钻井孔道23的深度越深，则配重22的上下移动空间越大，重力势能的转化量越大，从而储存的能量越大。
55.s2，在钻井孔道23内设置配重22，并将配重22连接起重电机21和发电设备；
56.s3，搭建发电系统10，发电系统10包括：塔基础11、安装于塔基础11上的塔筒12、安装于塔筒12上的风电机组13以及安装于风电机组13的叶片14；
57.s4，将风电机组13与起重电机21电连接；
58.上述4个步骤实施的时间没有前后顺序，本领域技术人员可以根据各个步骤实施的需要同时实施，以加快实施的进度。
59.起重电机21利用风电机组13产生的电能驱动配重22在钻井孔道23内上升，以将风电机组13产生的电能转化为配重22的位置势能储存，配重22在钻井孔道23内下降时驱动发电设备发电，并通过输电线将电能输出。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
64.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
65.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种风力发电储能系统，其特征在于，包括：发电系统(10)，所述发电系统(10)包括：塔基础(11)、安装于所述塔基础(11)上的塔筒(12)、安装于所述塔筒(12)上的风电机组(13)以及安装于所述风电机组(13)的叶片(14)；储能系统(20)，所述储能系统(20)包括：起重电机(21)、配重(22)、钻井孔道(23)以及发电设备，所述配重(22)设置于所述钻井孔道(23)内，并能够在所述钻井孔道(23)内上下移动，所述起重电机(21)和所述发电设备均连接所述配重(22)，所述起重电机(21)与所述风电机组(13)电连接，以利用所述风电机组(13)产生的电能驱动所述配重(22)在所述钻井孔道(23)内上升，所述发电设备连接有输电线，所述配重(22)在所述钻井孔道(23)内下降时驱动所述发电设备发电，并通过所述输电线将电能输出。2.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述钻井孔道(23)为废弃油田钻井。3.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述塔基础(11)内具有容纳腔(111)，所述起重电机(21)设置于所述容纳腔(111)内。4.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述配重(22)采用金属材质、砖石或混凝土材质。5.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述风电机组(13)通过电缆与所述起重电机(21)电连接。6.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述起重电机(21)通过吊索悬吊连接所述配重(22)。7.根据权利要求6所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述发电设备和所述起重电机(21)一体式装配或者所述发电设备和所述起重电机(21)分别单独装配。8.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述起重电机(21)配置有可调减速箱。9.根据权利要求1所述的风力发电储能系统，其特征在于，所述塔基础(11)和/或所述塔筒(12)均为钢筋混凝土材质。10.一种风力发电储能方法，其特征在于，包括：s1，挖掘钻井孔道(23)或者获取弃油田钻井作为钻井孔道(23)；s2，在所述钻井孔道(23)内设置配重(22)，并将所述配重(22)连接起重电机(21)和发电设备；s3，搭建发电系统(10)，所述发电系统(10)包括：塔基础(11)、安装于所述塔基础(11)上的塔筒(12)、安装于所述塔筒(12)上的风电机组(13)以及安装于所述风电机组(13)的叶片(14)；s4，将所述风电机组(13)与所述起重电机(21)电连接；所述起重电机(21)利用所述风电机组(13)产生的电能驱动所述配重(22)在所述钻井孔道(23)内上升，以将所述风电机组(13)产生的电能转化为所述配重(22)的位置势能储存，所述配重(22)在所述钻井孔道(23)内下降时驱动所述发电设备发电，并通过输电线将电能输出。

技术总结
本发明提供一种风力发电储能系统和风力发电储能方法，风力发电储能系统包括发电系统(10)和储能系统(20)，发电系统(10)包括塔基础(11)、塔筒(12)、风电机组(13)以及叶片(14)；储能系统(20)包括起重电机(21)、配重(22)、钻井孔道(23)以及发电设备，配重(22)设置于钻井孔道(23)内，起重电机(21)利用风电机组(13)产生的电能驱动配重(22)在钻井孔道(23)内上升，配重(22)在钻井孔道(23)内下降时驱动发电设备发电，并通过输电线将电能输出。本发明的风力发电储能系统供电更加稳定，风电机组的发电利用率提高，而且能量储存方式成本低，设备损耗小。小。小。


技术研发人员：方建成 李梦媛 申超 张冰
受保护的技术使用者：上海风领新能源有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/3/7