一种光伏发电与压缩空气储能混合集成系统的制作方法

本实用新型属太阳能利用、能量储存、节能技术领域，涉及一种光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，该系统可将太阳能光伏发电的电能直接转换成压缩空气储能系统中的压力能，节约了光伏直流电到交流电的转换过程的损失以及转换装置的投资，减少了光伏电能上网对电网的冲击，也可以容纳更多的风能和其他形式太阳能等可再生能源的上网空间。同时，增加的储能设备可以在用电高峰期向用户供电，给电网系统起到削峰填谷的作用。

背景技术：

太阳能光伏发电技术现今已经发展为一项成熟的技术，可以并网发电。然而光伏发出的电能是直流电，如果直接上网则需要直流-交流转换装置，需要再对发电系统进行投资，并且直流-交流转换装置会有约2％的能量损耗。太阳能发电进入电网也会对电力系统的调控造成一定困难。压缩空气储能能够实现大容量和长时间电能储存，对电网实现削峰填谷的作用，且其可以采用直流发电机，直接利用太阳能光伏板发出的电。然而光伏发电板发电受到自身功率特性曲线的限制，压缩空气储能也受到运行工况范围的限制。如果能采取合适的控制策略将太阳能光伏发出的电能储存在压缩空气储能系统中，则会同时起到增加太阳能发电效率和电能削峰填谷的作用。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺点和不足，本实用新型旨在提供一种光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，该系统可将太阳能光伏发电的电能直接转换成压缩空气储能系统中的压力能，节约了光伏直流电到交流电的转换过程的损失以及转换装置的投资，减少了光伏电能上网对电网的冲击，也可以容纳更多的风能和其他形式太阳能等可再生能源的上网空间。同时，增加的储能设备可以在用电高峰期向用户供电，给电网系统起到削峰填谷的作用。

本实用新型为实现其技术目的所采取的技术方案为：

一种光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，包括光伏发电系统、压缩空气储能系统和控制单元，其特征在于：

--所述光伏发电系统，包括至少一组光伏发电板；

--所述压缩空气储能系统，包括至少三组压缩空气储能单元、至少一膨胀机和至少一发电机，所述膨胀机驱动连接所述发电机，所述发电机用以向电网供电，每组所述压缩空气储能单元包括一压缩机、一储气罐，其中，

所述压缩机的进气口与大气连通，排气口通过管线与所述储气罐的进气口连通，所述储气罐的出气口与所述膨胀机的进气口连通，所述膨胀机的排气口与大气连通，且所述储气罐的进气口和出气口处均设置有阀门；

每一所述压缩空气储能单元中的压缩机均包括一光伏供电线路和一电网供电线路，所述光伏供电线路的供电端与所述光伏发电板连接，所述电网供电线路的供电端与电网连接，且所述光伏供电线路和电网供电线路上均设有断路器；

--所述控制系统，包括光照强度探测器和供电控制模块，所述光照强度探测器及每一所述断路器均与所述供电控制模块通信连接，所述光照强度探测器用以探测太阳辐射强度并将探测到的太阳辐射强度信息反馈至所述供电控制模块，所述供电控制模块根据太阳辐射强度而控制各所述断路器的通断。

优选地，当所述光照强度探测器探测到的太阳辐射强度处于极低辐射强度区间时，所述供电控制模块断开所有光伏供电线路上的断路器；当所述光照强度探测器探测到的太阳辐射强度处于低辐射强度区间时，所述供电控制模块连通其中任一组压缩空气储能单元中压缩机的光伏供电线路上的断路器，并打开该组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，其余各组压缩空气储能单元不工作；当所述光照强度探测器探测到的太阳辐射强度处于中辐射强度区间时，所述供电控制模块连通其中任两组压缩空气储能单元中压缩机的光伏供电线路上的断路器，并打开该两组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，其余各组压缩空气储能单元不工作；当所述光照强度探测器探测到的太阳辐射强度处于高辐射强度区间时，所述供电控制模块连通所有光伏供电线路上的断路器，并打开各组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，各组压缩空气储能单元均工作。

优选地，在用电高峰期，打开各所述储气罐出气口处的阀门，关闭其进气口处的阀门，所述储气罐中的压缩空气进入所述膨胀机中，所述膨胀机带动所述发电机做功发电，发出的电能进入到电网中。

优选地，每一所述压缩机均由一直流电动机驱动，且每一所述直流电动机均与一所述光伏供电线路和一所述电网供电线路连接。所述直流电动机供电主要由光伏发电供给，当光伏发电不稳时由电网补充。

优选地，各所述储气罐的容量相同或不同。

同现有技术相比，本实用新型的光伏发电与压缩空气储能混合集成系统的优点和有益效果为：①节约了光伏直流电到交流电的转换过程的损失以及转换装置的投资，②减少了光伏电能上网对电网的冲击，③也可以容纳更多的风能和其他形式太阳能等可再生能源的上网空间。④同时，增加的储能设备可以在用电高峰期向用户供电，给电网系统起到削峰填谷的作用。

附图说明

图1为本实用新型的光伏发电与压缩空气储能混合集成系统示意图；

图2为系统运行策略示意图，其中(a)为系统中设置一个、两个或者三个压缩空气储能系统时的功率随时间的变化曲线示意图；(b)为光伏发电系统的输出曲线最大限度的接近太阳辐射变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型的光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，包括光伏发电系统、压缩空气储能系统和控制单元。其中，所述光伏发电系统包括至少一组光伏发电板1。所述压缩空气储能系统包括至少三组压缩空气储能单元、至少一膨胀机21和至少一发电机22，所述膨胀机21驱动连接所述发电机22，所述发电机22用以向电网供电，每组所述压缩空气储能单元包括一压缩机9、10、11，一储气罐15、16、17，所述压缩机9、10、11的进气口与大气连通，排气口通过管线与所述储气罐15、16、17的进气口连通，所述储气罐15、16、17的出气口与所述膨胀机21的进气口连通，所述膨胀机21的排气口与大气连通，且所述储气罐15、16、17的进气口处设置有阀门12、13、14，出气口处设置有阀门18、19、20。所述控制单元2包括光照强度探测器31和供电控制模块32，所述光照强度探测器31与供电控制模块32通信连接，所述光照强度探测器31用以探测太阳辐射强度并将探测到的太阳辐射强度信息反馈至所述供电控制模块32。

每一所述压缩空气储能单元中的压缩机9、10、11均包括一光伏供电线路和一电网供电线路，所述光伏供电线路的供电端与所述光伏发电板1连接，所述电网供电线路的供电端与电网连接，且所述光伏供电线路和电网供电线路上均设有断路器3～8，每一所述断路器3～8均与所述供电控制模块32通信连接，所述供电控制模块32用以根据太阳辐射强度而控制各所述断路器3～8的通断。

由于在不同的太阳辐射强度下，光伏发电板的发电能力不同，在太阳辐射强度较低时，光伏发电板的发电能力较低，在太阳辐射强度较强时，光伏发电板的发电能力也随之较强。考虑到上述因素而将太阳辐射强度划分为至少四个区间，分别为极低辐射强度区间、低辐射强度区间、中辐射强度区间、高辐射强度区间，当太阳辐射强度处于极低辐射强度区间时，光伏发电板的发电能力不足以带动一组压缩空气储能单元的压缩机；当太阳辐射强度处于低辐射强度区间时，光伏发电板的发电能力可带动一组压缩空气储能单元的压缩机，但不足以带动两组压缩空气储能单元的压缩机；当太阳辐射强度处于中辐射强度区间时，光伏发电板的发电能力可带动两组压缩空气储能单元的压缩机，但不足以带动三组压缩空气储能单元的压缩机；当太阳辐射强度处于高辐射强度区间时，光伏发电板的发电能力可带动至少三组压缩空气储能单元的压缩机。

当所述光照强度探测器31探测到的太阳辐射强度处于极低辐射强度区间时，所述供电控制模块32断开所有光伏供电线路上的断路器3～5；当所述光照强度探测器31探测到的太阳辐射强度处于低辐射强度区间时，所述供电控制模块32连通其中任一组压缩空气储能单元中压缩机的光伏供电线路上的断路器3～5，并打开该组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，其余各组压缩空气储能单元不工作；当所述光照强度探测器31探测到的太阳辐射强度处于中辐射强度区间时，所述供电控制模块32连通其中任两组压缩空气储能单元中压缩机的光伏供电线路上的断路器3～5，并打开该两组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，其余各组压缩空气储能单元不工作；当所述光照强度探测器31探测到的太阳辐射强度处于高辐射强度区间时，所述供电控制模块32连通所有光伏供电线路上的断路器3～5，并打开各组压缩空气储能单元中储气罐进气口处的阀门，关闭出气口处的阀门，各组压缩空气储能单元均工作。

本实用新型的光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，其工作原理为：

在白天有日照时，光伏发电系统工作。光照强度探测器31检测到太阳辐射强度较小时，将断路器3连通。阀门12打开，阀门18关闭，此时光伏发电系统的发电只供给压缩机9。压缩机9将空气压缩，进入储气罐15中储存起来。当光照强度探测器31检测到太阳辐射强度中等时，断路器3和断路器4都闭合，阀门12和阀门13打开，阀门18和阀门19关闭，压缩机9和压缩机10将空气压缩，压缩之后的空气分别进入储气罐15和储气罐16中储存起来。当光照强度探测器31检测到太阳辐射强度较强时，断路器2、断路器3和断路器4都闭合，阀门12、阀门13和阀门14打开，阀门18、阀门19和阀门20关闭，压缩机9、压缩机10和压缩机11将空气压缩，压缩之后的空气分别进入储气罐15、储气罐16和储气罐17中储存起来。

当光照强度探测器31检测到由于天气的变化(如云层遮挡)导致太阳辐射量发生短时间的波动时，控制系统将控制断路器6、断路器7和断路器8，使其适时地进行断开或者闭合，从而补充短时的电能变化，达到在天气的变化前后压缩机输入电功率保持不变。

当在傍晚时刻附近，光照强度探测器31检测到辐射量小于某一值时，光伏发电系统停止工作，控制系统将断路器3、断路器4、断路器5、断路器6、断路器7、断路器8断开。阀门12、阀门13和阀门14关闭。

在晚上的用电高峰期，阀门18、阀门19和阀门20打开，储气罐15，储气罐16和储气罐17中的气体进入膨胀机21中，膨胀机21带动发电机22做功发电，发出的电能进入到电网中。

本实用新型的光伏发电与压缩空气储能混合集成系统，其控制策略如图2所示。控制系统可以自动计算假设系统中设置一个、两个或者三个压缩空气储能系统时的功率随时间的变化曲线，如图2(a)中的曲线1、曲线2和曲线3。继而控制系统可以在曲线的交点处通过控制断路器3、断路器4或者断路器5来控制系统的输出功率，使系统的输出功最大。具体实施方案为：在a点之前，断路器3闭合，断路器4和断路器5断开；在a点时闭合断路器4；在b点时闭合断路器5；在c点时断开断路器5；在d点时断开断路器4。通过这样的控制策略可以使得光伏系统的输出曲线最大限度的接近太阳辐射变化曲线，如图2(b)。

通过上述实施例，完全有效地实现了本实用新型的目的。该领域的技术人员可以理解本实用新型包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本实用新型就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本实用新型并不限于所公开的实施例，任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。