一种基于压缩空气储能的海上风电系统及调峰控制方法与流程

1.本发明涉及海上风力发电储能并网调峰技术领域，具体涉及一种基于压缩空气储能的海上风电系统及调峰控制方法。


背景技术：

2.海上风电因不占用土地资源，接近沿海用电负荷中心，可以避免远距离输电造成的资源浪费，成为新能源开发的热门方向；同时，我国沿海地区还分布有大量的海洋潮汐和海洋波浪资源，如何利用好这部分自然资源，也成为了新能源开发的热门方向。
3.公布号为cn110206679a的专利文献公开了一种利用潮汐、波浪和风能的储能综合发电系统，该系统通过海水的水位变化驱动空气压缩发电机，实现了潮汐能和波浪能的利用，但在实际生产活动中，该系统依旧存在以下不足之处：海上风力发电的输出功率受海上风速大小影响，很不稳定，需要在并网前进行调峰。
4.储水罐位于海平面以上，遭遇台风等极端天气时，容易发生安全事故。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于压缩空气储能的海上风电系统，以解决现有海上风力发电并网调峰的技术问题。
6.本发明所采用的技术方案为：一种基于压缩空气储能的海上风电系统，包括：风力发电模块，所述风力发电模块包括风力发电机和导管架基础，所述风力发电机设置在导管架基础的上方；潮汐能收集模块，所述潮汐能收集模块与导管架基础固定连接，且所述潮汐能收集模块包括多个内腔能够与外界连通的储能气罐；波浪能收集模块，所述波浪能收集模块与导管架基础固定连接，且所述波浪能收集模块包括多个能够弹性变形的集能气囊，所述集能气囊通过空气输入管路与储能气罐连通，且所述空气输入管路上设有允许集能气囊内空气流向储能气罐的第一进气单向阀；汽轮机模块，所述汽轮机模块包括与风力发电机低压侧电连接的汽轮发电机，所述汽轮发电机通过空气输出管路与设置在集能气囊的下方的储能气罐连通，且所述空气输出管路上设有允许储能气罐内压缩空气流向汽轮发电机并驱动汽轮机模块的第一出气单向阀；电能转化模块，所述电能转化模块与风力发电机电连接，且所述电能转化模块包括空气压缩机，所述空气压缩机通过空气输入管路与储能气罐连通并能够向储能气罐输出压缩空气。
7.优选的，所述海上风电系统还包括抽真空模块，所述抽真空模块包括抽真空机、抽真空管路和抽真空阀，所述抽真空管路的一端与空气输入管路连通，所述抽真空机和抽真空阀顺次设置在抽真空管路上并能够对集能气囊进行抽真空，且所述空气输出管路上设有
用于将储能气罐内压缩空气外排的泄压阀。
8.优选的，所述海上风电系统还包括电化学储能模块，所述电化学储能模块与风力发电模块电连接。
9.优选的，所述潮汐能收集模块还包括压力表、液位计、给排水管路、给排水阀和海水过滤器，所述液位计设置在储能气罐内部并能够检测储能气罐内的液位信息；所述压力表设置在储能气罐上并能够检测储能气罐内部气压信息；所述给排水管路与储能气罐底部连通，且所述给排水阀和海水过滤器设置在给排水管路上。
10.优选的，所述波浪能收集模块还包括第一进气支管、第一空气过滤器、第一进气控制阀和第二进气单向阀，所述第一进气支管的一端与集能气囊的进气口连通，所述第一进气控制阀、第一空气过滤器和第二进气单向阀顺次设置在第一进气支管上，且多个所述集能气囊并联设置。
11.优选的，所述空气输入管路靠近储能气罐的一端设有第一进气单向阀，所述空气输入管路靠近集能气囊的一端连通有多个空气输入支路，且所述空气输入支路的另一端与集能气囊的出气口连通并设有第二出气单向阀。
12.优选的，所述电能转化模块还包括第二进气支管、第二空气过滤器和第二进气控制阀，所述第二进气支管的一端与空气输入管路连通，所述第二空气过滤器、空气压缩机和第二进气控制阀顺次设置在第二进气支管上。
13.本发明的第二目的在于提供一种基于压缩空气储能的海上风电系统调峰控制方法，所述方法包括如下步骤：s10：获取风力发电模块的实时发电功率p0和风力发电模块所在海域的水位信息h0，并比较所述实时发电功率p0与电网接纳功率p1的大小、以及所述水位信息h0与预设水位信息h1的大小；若p0﹥p1且h0﹤h1，则执行s20；若p0﹥p1且h0﹥h1，则执行s30；若p0﹤p1且h0﹤h1，则执行s40；若p0﹤p1且h0﹥h1，则执行s50；s20：比较实时发电功率p0和电网接纳功率p1的差值p2与电能转化模块的耗电功率p3的大小；若p2﹥p3，则通过电能转化模块将风力发电模块的部分富余功率转化为压缩空气的内能进行储能，同时通过电化学储能模块将风力发电模块的剩余富余功率转化为化学能进行储能；若p2≤p3，则通过电能转化模块将风力发电模块的全部富余功率转化为压缩空气的内能进行储能；s30：通过电化学储能模块将风力发电模块的富余功率转化为化学能进行储能；s40：通过释放电化学储能模块的化学能，提高风力发电模块的发电功率p0；s50：先通过释放潮汐能收集模块的压缩空气的内能，提高风力发电模块的发电功率p0；再通过释放电化学储能模块的化学能，提高风力发电模块的发电功率p0。
14.本发明的有益效果：本发明在海上风电模块的导管架基础上固定安装有多个储能气罐和多个集能气囊，并通过空气输入管路将储能气罐和集能气囊连通；当海上波浪冲击集能气囊时，可通过集能气囊的弹性变形将波浪能转化为空气内能并储存于储能气罐中；同时储能气罐设置在集能气囊的下方，在涨潮时，可通过储能气罐内外的水位变化，将海水的潮汐能转化为压缩空气的内能并储存在储能气罐中。本发明将汽轮发电机与风力发电机电连接，并将风力发电机与空气压缩机电连接，当风力发电机的功率较大时，可通过消耗风力发电机的电能驱
动空气压缩机并将压缩空气输入储能气罐，从而将风力发电机的富余电能转化为压缩空气的内能进行存储；当风力发电机的功率较小时，可通过释放储能气罐内的压缩空气驱动汽轮发电机转动，进而增大风力发电机的输出功率，实现海上风力发电的并网调峰。
15.本发明在空气输入管路的一端连接有抽真空机，并在空气输出管路上安装有泄压阀，当遭遇台风天气时，可通过抽真空机将空气输入管路和集能气囊中抽真空，防止集能气囊向储能气罐输送空气；同时通过打开泄压阀，可以使海水进入储能气罐并将压缩空气全部外排，从而增大海上风电系统的重量，提高海上风电系统的抗风浪能力。
附图说明
16.图1为本发明的基于压缩空气储能的海上风电系统的结构示意图；图2为本发明的基于压缩空气储能的海上风电系统的三维仿真图；图3为本发明的基于压缩空气储能的海上风电系统的原理示意图；图4为本发明的基于压缩空气储能的海上风电系统的电气接线图；图5为储能气罐的结构示意图；图6为集能气囊的立体示意图。
17.图中附图标记说明：10、海上升压站；100、风力发电模块；110、风力发电机；120、导管架基础；130、风机升压设备；200、潮汐能收集模块；210、储能气罐；220、压力表；230、液位计；240、给排水管路；250、给排水阀；260、海水过滤器；300、波浪能收集模块；310、集能气囊；320、第一进气支管；330、第一空气过滤器；340、第一进气控制阀；350、第二进气单向阀；311、安装部；312、波纹气囊；313、复位弹簧；400、汽轮机模块；410、汽轮发电机；500、电能转化模块；510、空气压缩机；520、第二进气支管；530、第二空气过滤器；540、第二进气控制阀；600、空气输入管路；610、第一进气单向阀；620、第二出气单向阀；700、空气输出管路；710、第一出气单向阀；720、泄压阀；730、输气控制阀；800、抽真空模块；810、抽真空机；820、抽真空管路；830、抽真空阀；900、电化学储能模块。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。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。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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。
21.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.实施例，如图1-图6所示，一种基于压缩空气储能的海上风电系统，该系统包括：风力发电模块100，该风力发电模块100包括风力发电机110和导管架基础120，且风力发电机110安装在导管架基础120的上方并与导管架基础120固定连接。
23.潮汐能收集模块200，该潮汐能收集模块200与导管架基础120固定连接，潮汐能收集模块200包括多个储能气罐210，且每个储能气罐210的内腔能够与外界连通。
24.波浪能收集模块300，该波浪能收集模块300与导管架基础120固定连接，且波浪能收集模块300包括多个能够弹性变形的集能气囊310；该集能气囊310的出气口通过空气输入管路600与储能气罐210的进气口连通，并且在空气输入管路600上设有允许集能气囊310内空气流向储能气罐210的第一进气单向阀610。
25.汽轮机模块400，该汽轮机模块400包括与风力发电机110低压侧电连接的汽轮发电机410，且该汽轮发电机410的进气口通过空气输出管路700与储能气罐210的出气口连通，该储能气罐210设置在集能气囊310的下方，且空气输出管路700上设有允许储能气罐210内压缩空气流向汽轮发电机410并驱动汽轮机模块400向风力发电模块100补充电力的第一出气单向阀710。
26.电能转化模块500，该电能转化模块500与风力发电机110电连接，且电能转化模块500包括空气压缩机510，该空气压缩机510的出气口通过空气输入管路600与储能气罐210的进气口连通并能够向储能气罐210输出压缩空气。
27.本技术在导管架基础120上固定安装有多个储能气罐210和多个集能气囊310，并通过空气输入管路600将储能气罐210和集能气囊310连通，当海上波浪冲击集能气囊310时，可通过集能气囊310的弹性变形将波浪能转化为空气内能并储存于储能气罐210中；同时储能气罐210设置在集能气囊310的下方，在涨潮过程中，可通过储能气罐210内外的水位变化，将海水的潮汐能转化为空气内能并储存在储能气罐210中。本发明将汽轮发电机410与风力发电机110电连接，并将风力发电机110与空气压缩机510电连接，当风力发电机110的功率较大时，可通过消耗风力发电机110的电能驱动空气压缩机510并将压缩空气输入储
能气罐210，从而将风力发电机110的富余电能转化为压缩空气的内能进行存储；当风力发电机110的功率较小时，可通过储能气罐210内压缩空气驱动汽轮发电机410转动，进而增大风力发电机110的输出功率，实现海上风力发电的并网调峰。
28.在一具体实施例中，如图1、图3所示，该海上风电系统还包括抽真空模块800，该抽真空模块800包括抽真空机810、抽真空管路820和抽真空阀830；其中，该抽真空管路820的一端与空气输入管路600的进气端连通，另一端与大气连通；该抽真空机810和抽真空阀830顺次设置在抽真空管路820上，且抽真空机810能够对集能气囊310进行抽真空，使得集能气囊310处于收缩状态，以防止集能气囊310向储能气罐210输送空气；同时在空气输出管路700上设有用于将储能气罐210内压缩空气外排的泄压阀720，用于将储能气罐210内的压缩空气部分或全部外排，以使海水流入储能气罐210，从而增大储能气罐210对导管架基础120的重力作用，进而增大海上发电系统的稳定性。
29.如此设置，是因为：在遭遇台风等极端天气时，海上风电系统容易因稳定性不足而倾倒损坏。在本实施例中，将抽真空模块800的抽真空管路820与集能气囊310和储能气罐210之间的空气输入管路600连通后，通过抽真空机810可以将集能气囊310和空气输入管路600内的空气全部抽出，阻止集能气囊310向储能气罐210输送空气；同时通过打开空气输出管路700上的泄压阀720，可以将储能气罐210内的压缩空气全部外排，并使海水进入储能气罐210，从而增大海上风电系统的重力，进而提高海上风电系统的稳定性，并提高海上风电系统的抗风暴能力。
30.在一具体实施例中，如图3所示，该海上风电系统还包括电化学储能模块900；该电化学储能模块900与风力发电模块100电连接，并用于对风力发电模块100输出的富余电力进行电化学存储，同时在风力发电模块100输出电力不足时，该电化学储能模块900能够向风力发电模块100输出电能，以稳定风力发电模块100的发电功率，实现风力发电模块100的并网调峰。
31.需要说的是：风力发电模块100包括风力发电机110和风机升压设备130，该汽轮机模块400和电化学储能模块900分别与风力发电机110的低压侧电连接，也就是汽轮机模块400和电化学储能模块900分别与风机升压设备130的上游电连接，该风机升压设备130用于对风力发电机110、汽轮机模块400和电化学储能模块900输出的电力进行提高电压。
32.在一具体实施例中，如图1、图5所示，该潮汐能收集模块200还包括压力表220、液位计230、给排水管路240、给排水阀250和海水过滤器260；其中，该液位计230设置在储能气罐210内部，且液位计230能够检测储能气罐210内的液位信息；该压力表220设置在储能气罐210上，且压力表220能够检测储能气罐210内部的气压信息；该给排水管路240与储能气罐210底部的进出水口连通，且给排水阀250和海水过滤器260设置在给排水管路240上，用于控制海水进出储能气罐210。
33.如此设置，是因为：将给排水管路240与储能气罐210底部的进出水口连通，可通过给排水管路240使储能气罐210内腔与外部空间连通，从而在储能气罐210内外形成连通器，进而保持储能气罐210对外输出的压缩空气的压力稳定。在储能气罐210内设置液位计230，可通过液位计230获取储能气罐210内的实时液位信息；在储能气罐210上设置压力表220，可通过压力表220获取储能气罐210内部压缩空气的实时压力信息，防止压缩空气压力过高。
34.在一具体实施例中，如图1所示，该波浪能收集模块300还包括第一进气支管320、第一空气过滤器330、第一进气控制阀340和第二进气单向阀350；其中，该第一进气支管320的一端与集能气囊310的进气口连通，另一端与大气连通；该第一进气控制阀340、第一空气过滤器330和第二进气单向阀350沿空气流动方向顺次设置在第一进气支管320上；多个集能气囊310并联设置在第一进气支管320和空气输入管路600之间，且每个集能气囊310固定安装在导管架基础120的顶部。
35.优选的，该空气输入管路600靠近储能气罐210的一端设有第一进气单向阀610，也就是该空气输入管路600的出气端设有第一进气单向阀610；该空气输入管路600靠近集能气囊310的一端连通有多个空气输入支路，也就是空气输入管路600的进气端连通有多个并联的空气输入支路，且每个空气输入支路的另一端均与一个集能气囊310的出气口连通，并且在每个空气输入支路上均设有第二出气单向阀620，以防止空气在集能气囊310之间流动。
36.更优选的，为了使波浪能转化为流入储能气罐210的压缩空气的内能，该集能气囊310包括安装部311、波纹气囊312和复位弹簧313；其中，安装部311能够与导管架基础120固定连接，并设有进气口和出气口；该波纹气囊312的开口端与安装部311固定连接，复位弹簧313同轴固定安装在波纹气囊312内部，且复位弹簧313的两端分别与波纹气囊312和安装部311抵接，以使集能气囊310能够轴向压缩并轴向复位。
37.在一具体实施例中，如图1所示，该电能转化模块500还包括第二进气支管520、第二空气过滤器530和第二进气控制阀540；其中，该第二进气支管520的一端与空气输入管路600的进气端连通，另一端与大气连通；且第二空气过滤器530、空气压缩机510和第二进气控制阀540沿压缩空气流动方向顺次设置在第二进气支管520上。
38.如此设置，是因为：当风力发电模块100的输出功率大于电网的并网功率时，可利用风力发电模块100的富余功率驱动空气压缩机510压缩空气，以将风力发电模块100的富余电能转化为压缩空气的内能，并将压缩空气输送至储能气罐210中进行存储。
39.实施例，一种基于压缩空气储能的海上风电系统调峰控制方法，该方法包括如下步骤：s10：获取风力发电模块100的实时发电功率p0和风力发电模块100所在海域的水位信息h0，并比较实时发电功率p0与电网接纳功率p1的大小、以及水位信息h0与预设水位信息h1的大小；若p0﹥p1且h0﹤h1，则执行s20；若p0﹥p1且h0﹥h1，则执行s30；若p0﹤p1且h0﹤h1，则执行s40；若p0﹤p1且h0﹥h1，则执行s50。
40.s20：比较实时发电功率p0和电网接纳功率p1的差值p2与电能转化模块500的耗电功率p3的大小；若p2﹥p3，则通过电能转化模块500将风力发电模块100的部分富余功率转化为压缩空气的内能并在储能气罐210中进行储能，同时通过电化学储能模块900将风力发电模块100的剩余富余功率转化为化学能进行储能；若p2≤p3，则通过电能转化模块500将风力发电模块100的全部富余功率转化为压缩空气的内能并在储能气罐210中进行储能。
41.s30：通过电化学储能模块900将风力发电模块100的富余功率转化为化学能进行储能。
42.s40：通过释放电化学储能模块900的化学能，提高风力发电模块100的发电功率p0。
43.s50：先通过释放潮汐能收集模块200的压缩空气的内能，提高风力发电模块100的发电功率p0；再通过释放电化学储能模块900的化学能，提高风力发电模块100的发电功率p0。
44.本技术的海上风电系统的工作原理如下：潮汐能的利用：储能气罐210内的气压会随潮位涨落升高或降低，通过低潮位充气和高潮位放气的方式实现潮汐能的利用；其中，部分海域的潮差可达水深的20%～30%，可利用潮汐能与储能容量成正比，因此具有较高利用价值。
45.通过低潮位输入压缩空气和高潮位释放压缩空气实现潮汐能利用，具体实施时可通过压力表220判断当前水位，并结合具体储能状态进行系统控制。
46.风力发电模块100所在海域的水位信息为h0，预设水位信息h1为平均海平面；风力发电模块100的实时发电功率为p0，且电网的接纳功率为p1。
47.当水位较低（h0﹤h1）并需要储能（p0﹥p1）时，优先采用压缩空气储能。
48.具体为：当调峰功率p2（风力发电机110的发电功率与电网所能接纳的功率之差）大于空气压缩机510功率时，额外功率临时采用化学电池储能；当调峰功率小于空气压缩机510功率时，使用化学电池对空气压缩机510进行能量补充。
49.当水位较低（h0﹤h1）并需要放电（p0﹤p1）时，优先采用化学电池放电，其次采用压缩空气放电，也即是先通过释放电化学储能模块900的化学能，提高风力发电模块100的发电功率p0，再通过释放潮汐能收集模块200的压缩空气的内能，提高风力发电模块100的发电功率p0。当水位较高（h0﹥h1）并需要放电（p0﹤p1）时，优先采用压缩空气释放能量，获取额外潮汐能，也就是先通过释放潮汐能收集模块200的压缩空气的内能，提高风力发电模块100的发电功率p0，再通过释放电化学储能模块900的化学能，提高风力发电模块100的发电功率p0。
50.当水位较高（h0﹥h1）并需要储能（p0﹥p1）时，优先采用电化学储能；也就是通过电化学储能模块900将风力发电模块100的富余功率转化为化学能进行储能。
51.其中，本技术中的水位较高优选为天文潮高潮位时间前后2～3小时，水位较低优选为天文潮低潮位时间前后2～3小时。
52.波浪能利用：集能气囊310可由波浪驱动，当波峰经过海上风电系统时，较大的波浪冲击力将集能气囊310内的空气经过第二出气单向阀620压缩进空气输入管路600内；波谷经过海上风电系统时，集能气囊310受到的压力较小，在复位弹簧313的弹性力作用下集能气囊310复位，同时将空气经过第二进气单向阀350吸入集能气囊310内，由此利用波浪能压缩空气，实现波浪能的储存。波浪能收集模块应根据具体风电场场区水位变化区域均匀布置。
53.风能利用：本系统以成熟的海上风电平台作为结构基础，风能为主要发电手段，风力发电的调峰功率采用压缩空气和化学电池进行储存。
54.压缩空气储能状态：在充气状态时，第一进气支管320上的第一进气控制阀340处于打开状态，波浪能收集模块的集能气囊310利用波浪的循环压力将空气从第二进气单向阀350吸进集能气囊310中，并通过第二出气单向阀620压缩进空气输入管路600中，最后压缩空气通过第一进气单向阀610储存到储能气罐210中。
55.同时，在风机发电无法满功率接入电网时，可通过打开第二进气支管520上的第二
进气控制阀540和空气压缩机510，将空气压缩进储能气罐210中，且与储能气罐210连通的给排水管路240上的给排水阀250处于打开状态，用于将储能气罐210中的海水外排；当压力表监测到储能气罐210内的压力过大时，可以打开空气输出管路700上的泄压阀720，以保证储能气罐210内压力稳定，进而保证海上风电系统的安全。
56.压缩空气放电状态：当要利用压缩空气发电时，打开空气输出管路700上的输气控制阀730，使储能气罐210内的压缩空气从第一出气单向阀710经过空气输出管路700带动汽轮发电机410转动，从而带动汽轮机模块400发电，增大风力发电机110的输出功率。储能气罐210利用了海底的水压力，因此可以保证压缩空气处于一个较为稳定的压力范围内。当液位计230监测到储能气罐210内的水位过高时，关闭空气输出管路700上的输气控制阀730和给排水管路240上的给排水阀250，停止发电。
57.风暴自存状态：当风暴来袭或波浪较大时，关闭第一进气支管320上的第一进气控制阀340和第二进气支管520上的第二进气控制阀540，然后打开抽真空管路820上的抽真空阀830，并让抽真空机810工作，从而将空气输入管路600和集能气囊310中的空气排出，使得集能气囊310处于收缩关闭状态，以确保该装置不被风暴所破坏。同时将空气输出管路700上的泄压阀720打开，以使储能气罐210中的压缩空气在海水压力的作用下全部外排，海水注入储能气罐210并形成压载水，提高结构整体抗倾覆性。
58.相较于现有技术，本技术至少具有以下有益技术效果：本技术基于现有成熟的海上风电导管架基础结构作为结构平台，实现了波浪能、潮汐能和风能的综合利用和存储，并具有能量转化步骤少、发电储能相关设备通用性强的优点，潮汐能、波浪能和储能设备共用一套汽轮发电机。
59.本技术采用深海储能气罐以恒压常温的低压压缩空气为储能媒介，深海位置水压即为压缩空气的气压，并通过低潮位充气和高潮位放气的方式实现潮汐能利用。
60.本技术通过波浪能推动集能气囊压缩，实现波浪能转化为压缩空气的形式进行储存，并将风力发电机产生的无法并网的余电通过空气压缩机转换为压缩空气的内能储存或直接采用化学电池储存；且整个系统的控制系统与风机控制系统整合，电力接入风机低压端再经风机升压变端和风电场集电线路接入海上升压站。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，包括：风力发电模块（100），所述风力发电模块（100）包括风力发电机（110）和导管架基础（120），所述风力发电机（110）设置在导管架基础（120）的上方；潮汐能收集模块（200），所述潮汐能收集模块（200）与导管架基础（120）固定连接，且所述潮汐能收集模块（200）包括多个内腔能够与外界连通的储能气罐（210）；波浪能收集模块（300），所述波浪能收集模块（300）与导管架基础（120）固定连接，且所述波浪能收集模块（300）包括多个能够弹性变形的集能气囊（310），所述集能气囊（310）通过空气输入管路（600）与储能气罐（210）连通，且所述空气输入管路（600）上设有允许集能气囊（310）内空气流向储能气罐（210）的第一进气单向阀（610）；汽轮机模块（400），所述汽轮机模块（400）包括与风力发电机（110）电连接的汽轮发电机（410），所述汽轮发电机（410）通过空气输出管路（700）与设置在集能气囊（310）下方的储能气罐（210）连通，且所述空气输出管路（700）上设有允许储能气罐（210）内压缩空气流向汽轮发电机（410）第一出气单向阀（710）；电能转化模块（500），所述电能转化模块（500）与风力发电机（110）电连接，且所述电能转化模块（500）包括空气压缩机（510），所述空气压缩机（510）通过空气输入管路（600）与储能气罐（210）连通并能够向储能气罐（210）输出压缩空气。2.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述海上风电系统还包括抽真空模块（800），所述抽真空模块（800）包括抽真空机（810）、抽真空管路（820）和抽真空阀（830），所述抽真空管路（820）的一端与空气输入管路（600）连通，所述抽真空机（810）和抽真空阀（830）顺次设置在抽真空管路（820）上并能够对集能气囊（310）进行抽真空，且所述空气输出管路（700）上设有用于将储能气罐（210）内压缩空气外排的泄压阀（720）。3.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述海上风电系统还包括电化学储能模块（900），所述电化学储能模块（900）与风力发电模块（100）电连接。4.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述潮汐能收集模块（200）还包括压力表（220）、液位计（230）、给排水管路（240）、给排水阀（250）和海水过滤器（260），所述液位计（230）设置在储能气罐（210）内部并能够检测储能气罐（210）内的液位信息；所述压力表（220）设置在储能气罐（210）上并能够检测储能气罐（210）内部气压信息；所述给排水管路（240）与储能气罐（210）底部连通，且所述给排水阀（250）和海水过滤器（260）设置在给排水管路（240）上。5.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述波浪能收集模块（300）还包括第一进气支管（320）、第一空气过滤器（330）、第一进气控制阀（340）和第二进气单向阀（350），所述第一进气支管（320）的一端与集能气囊（310）的进气口连通，所述第一进气控制阀（340）、第一空气过滤器（330）和第二进气单向阀（350）顺次设置在第一进气支管（320）上，且多个所述集能气囊（310）并联设置。6.根据权利要求5所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述空气输入管路（600）靠近储能气罐（210）的一端设有第一进气单向阀（610），所述空气输入管路（600）靠近集能气囊（310）的一端连通有多个空气输入支路，且所述空气输入支路的另一
端与集能气囊（310）的出气口连通并设有第二出气单向阀（620）。7.根据权利要求1所述的一种基于压缩空气储能的海上风电系统，其特征在于，所述电能转化模块（500）还包括第二进气支管（520）、第二空气过滤器（530）和第二进气控制阀（540），所述第二进气支管（520）的一端与空气输入管路（600）连通，所述第二空气过滤器（530）、空气压缩机（510）和第二进气控制阀（540）顺次设置在第二进气支管（520）上。8.一种基于压缩空气储能的海上风电系统调峰控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s10：获取风力发电模块（100）的实时发电功率p0和风力发电模块（100）所在海域的水位信息h0，并比较所述实时发电功率p0与电网接纳功率p1的大小、以及所述水位信息h0与预设水位信息h1的大小；若p0﹥p1且h0﹤h1，则执行s20；若p0﹥p1且h0﹥h1，则执行s30；若p0﹤p1且h0﹤h1，则执行s40；若p0﹤p1且h0﹥h1，则执行s50；s20：比较实时发电功率p0和电网接纳功率p1的差值p2与电能转化模块（500）的耗电功率p3的大小；若p2﹥p3，则通过电能转化模块（500）将风力发电模块（100）的部分富余功率转化为压缩空气的内能进行储能，同时通过电化学储能模块（900）将风力发电模块（100）的剩余富余功率转化为化学能进行储能；若p2≤p3，则通过电能转化模块（500）将风力发电模块（100）的全部富余功率转化为压缩空气的内能进行储能；s30：通过电化学储能模块（900）将风力发电模块（100）的富余功率转化为化学能进行储能；s40：通过释放电化学储能模块（900）的化学能，提高风力发电模块（100）的发电功率p0；s50：先通过释放潮汐能收集模块（200）的压缩空气的内能，提高风力发电模块（100）的发电功率p0；再通过释放电化学储能模块（900）的化学能，提高风力发电模块（100）的发电功率p0。

技术总结
本发明公开了海上风力发电储能并网调峰技术领域的一种基于压缩空气储能的海上风电系统及调峰控制方法，包括具有风力发电机和导管架基础的风力发电模块；包括多个内腔能够与外界连通的储能气罐的潮汐能收集模块；包括多个能够弹性变形的集能气囊的波浪能收集模块，集能气囊通过空气输入管路与储能气罐连通；与风力发电机电连接的汽轮发电机，汽轮发电机通过空气输出管路与设置在集能气囊下方的储能气罐连通；与风力发电机电连接的空气压缩机，空气压缩机通过空气输入管路与储能气罐连通。本发明不仅实现了波浪能、潮汐能和风能的综合利用和存储，还提高了海上风电系统的安全性。还提高了海上风电系统的安全性。还提高了海上风电系统的安全性。


技术研发人员：柯逸思 程海锋 孙秋菊 乐治济 陈校锋
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/5/24