具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

以下将通过实施例对本发明进行详细说明。

本发明的核心是提供一种利用海上风机塔筒海水压缩空气储能系统及方法。

实施例1：

请参考图1，图1为本发明所提供的海水压缩空气储能系统示意图。

包括海上风力发电机、输电线路，其特征在于，还包括：依次连接的海水抽吸管道、高压水泵、注水管道、塔筒内海水储能单元、塔筒内压缩空气储能单元、泄水管道、水轮发电机、海上排放管道；所述高压水泵驱动电源来自风力发电机发电出线或电网连接接线；所述水轮发电机出线连接电网。

本实施例中，所述塔筒内海水储能单元和塔筒内压缩空气储能单元利用海上风机塔筒作为密闭容器，利用压缩空气和海水高差势能及压力能实现风力发电的储能。

本实施例中，所述高压水泵利用强风天气下海上风电发电量富余时无法上网的电力驱动海水和压缩空气储能。

本实施例中，所述水轮发电机在弱风或无风天气下利用塔筒内海水储能单元和压缩空气储能单元蓄积的压力能和势能驱动发电上网。

本实施例中，所述高压水泵消耗的电量或水轮发电机所发电量响应海上风电的电网调峰需求。

本实施例中，所述高压水泵消耗的电量或水轮发电机所发电量响应海上风电的电网调频需求。

本实施例中，所述高压水泵与所述水轮发电机结合为一体机，即抽水时利用风电或电网电力抽取海水储能，发电时利用水轮带动发电机发电。

本实施例中，所述高压水泵电动机或水轮发电机的电机为异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、同步磁阻电机、“写极”电机中的任意一种或组合。

本实施例中，所述压缩空气储能单元包括塔筒空气压缩室、压缩空气超压排放保险阀、压缩空气参数运行监视模块。

本实施例中，所述压缩空气储能单元在塔筒内设置排气管路、排气室、叶片排气室和叶片末端排气喷嘴，利用压缩空气排气喷嘴推动叶片在低风速下持续利用风力发电机进行发电。

由于海上风场的装机数量较大，而且单台海上风力发电机的塔筒高度超过120米，底部直径超过8米，上部直径也可达4米，这样计算单台风机塔筒内的容积计算公式为：

即单台海上风机的塔筒内容积可达3518立方米，如果海上风电厂按100台风机计算，此风场总的塔筒内的容积达351800立方米，储存压缩空气和海上假如各按一半计算，即压缩空气可以储存176000立方米，海水可储存176000立方米，因此，总的风场的海水压缩空气储能体积和储能量将十分可观。

实施例2

参照图2和图3所示，本实施例整体系统与实施例1类似，但高压水泵叶轮和水轮机叶轮采用一体化设计，即叶轮同轴左右两侧分别连接发电机(14)和电动机(15)，中间用离合器(16)连接。

通过优化设计的的水泵叶轮与水轮机叶轮用相同的一套叶轮装置，在叶轮同轴连接发电机时，可以实现利用海水压力和动能驱动发电机进行发电，实现风电机组总体升负荷或补充风电发电不足的工况；

在叶轮同轴连接电动机时，可以实现利用风电或电网富余电力驱动电动机，从而抽取海水实现海水压缩空气储能的储能模式运行。

整个系统海水压缩空气储能的储能或发电模式及储能或发电量，及响应电网调峰调频的负荷量，根据本发明的调峰调频方法步骤操作。

实施例3

参照图4所示的方法步骤操作流程图。本实施例公开了一种利用上述海上风机塔筒海水压缩空气储能系统的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

S1：根据设计的海上风力发电厂的风机分布情况及塔筒直径尺寸，选择匹配的高压水泵及水轮发电机单台容量及尺寸及配置台数；

S2：联合风机制造商优化塔筒壁厚及内部结构，设置内部超压保护系统和泄压安全阀；

S3：设计选型高压水泵、水轮发电机及相关管道阀门等部件，所有设备及部件采用防海水腐蚀的材料；

S4：设计配置高压水泵及水轮发电机的电气输电线路及充放电控制柜；

S5:设计储能系统配合风机的调峰调频控制策略；

S6：完成现场储能装置及控制系统的安装及调试；

S7：控制系统协调储能装置及风力发电机开展调峰调频储能运行。

S8：当电网需要风机减少上网电量时，即降负荷调峰调频时，利用风机发出的电力驱动高压水泵抽取海水，对塔筒内的空气进行压缩，同时提升塔筒内的海水高度，实现海水压缩空气储能；

S9：当电网需要风机增加上网电量时，即升负荷调峰调频时，利用塔筒内储存的海水压缩空气储能蓄积的高压海水驱动水轮发电机发电，满足电网升负荷调峰调频的负荷需求。

S10：维持上网电量基本不变时，根据风机实际发电量，自动控

制海水压缩空气储能系统蓄电模式或发电模式的投入量。

实施例4

本实施例中，相当于在实施例1的基础上，去掉了压缩空气储能单元，即储能完全依靠高压水泵抽取海水储存在塔筒内的空间，利用储存海水的物理势能和压力能，依靠水轮发电机进行发电，而不包含压缩空气储能。

此时，可以将水轮发电机布置在海上风电平台下部，接近海平面的位置，这样能够尽量多的利用高差实现更多的海水储能量。

由于没有压缩空气储能单元，系统相对简单，塔筒顶部机舱下部，可设置溢流管路、溢流阀门，保证塔筒内的海水压力不致过大，威胁塔筒安全。

实施例5

本实施例中，可以将海水压缩空气储能与电池储能或飞轮储能进行耦合，这样可以保证某一单一储能系统出现故障时，随时切换到另外一种储能方式。而且，电池储能或飞轮储能响应速率快，但储能量有限，而且储能成本高于海上压缩空气储能系统，因此，可以设置电网要求单台风机调频负荷需求范围内容量的电池或飞轮储能容量，利用这种可快速响应的储能形式满足电网调频的需求，同时设置海上压缩空气储能作为单台风机调峰负荷需求范围内容量的深度调峰储能容量，满足电网对风机深度调峰的负荷需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种利用海上风机塔筒海水压缩空气储能系统及调峰调频方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。