一种海洋发电站及发电方法与流程

1.本发明涉及一种海洋发电站及发电方法，属于可再生能源综合利用领域。


背景技术：

2.海洋能主要包括海上风能、海上太阳能、潮汐能、波浪能等，通过这些能源发电的装置为海洋不稳定电源，这些能源由于间接性不稳定性，未能大规模开发，而作为占地球表面71％的海洋，存在巨大的能源，因此将不稳定的电能转换成稳定电能是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种海洋发电站及发电方法，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种海洋发电站，包括蓄水体和控制装置；
6.蓄水体位于海下，蓄水体上设置有充水发电结构、排水结构和排气充气结构；
7.充水发电结构用以向蓄水体充水并利用充水水流发电，充水发电结构的输电端外接电网；
8.排水结构用以从蓄水体排水；
9.排气充气结构用以充水时排气，排水时充气；
10.控制装置外接海洋不稳定电源和电网调度系统，控制充水发电结构、排水结构和排气充气结构。
11.充水发电结构包括与蓄水体连通的进水通道，进水通道内设置有第一控制阀，第一控制阀连接控制装置，进水通道的出水端设置有外接电网的水力发电装置。
12.进水通道的出水端位于蓄水体的内腔顶部。
13.排水结构包括设置在蓄水体内的排水设备与排水设备连接的排水通道，排水设备连接控制装置，排水通道伸出蓄水体。
14.排水设备位于蓄水体的内腔底部。
15.排气充气结构包括与排气充气通道，排气充气通道的一端连通蓄水体，另一端高于海面，排气充气通道内设置有第二控制阀，第二控制阀连接控制装置。
16.与蓄水体连通的排气充气通道端部位于蓄水体的内腔顶部。
17.蓄水体内设置有连接控制装置的水位检测装置。
18.还包括备用稳定电源，控制装置连接备用稳定电源。
19.一种海洋发电站的发电方法，包括：
20.响应于电网没有供电需求、接收到不稳定电能、且蓄水体内的水位不小于最小水位阈值，控制排水结构排水，控制排气充气结构充气；
21.响应于接收到电网的供电需求、且蓄水体内的水位不大于最高水位阈值，控制充水发电结构充水并发电，控制排气充气结构排气。
22.本发明所达到的有益效果：本发明接收海洋不稳定电源的电能，利用不稳定电能通过排水结构对蓄水体排水，实现不稳定电能的存储，在电网有需要时，通过充水发电结构进行发电，向电网提供稳定电能，实现不稳定电能到稳定电能的转化。
附图说明
23.图1为海洋发电站的第一种结构示意图；
24.图2为进水通道和排气充气通道的排布图；
25.图3为海洋发电站的第二种结构示意图；
26.图4为海洋发电站的第三种结构示意图；
27.图5为充水发电工况示意图；
28.图6为排水储能工况示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
30.如图1所示，一种海洋发电站，包括蓄水体1和控制装置5；
31.蓄水体1位于海下，蓄水体1上安装有充水发电结构、排水结构和排气充气结构；
32.充水发电结构用以向蓄水体1充水并利用充水水流发电，充水发电结构的输电端外接电网；
33.排水结构用以从蓄水体1排水；
34.排气充气结构用以充水时排气，排水时充气；
35.控制装置5外接海洋不稳定电源和电网调度系统，控制充水发电结构、排水结构和排气充气结构。
36.上述发电站接收海洋不稳定电源的电能，不稳定电能给发电站用电设备供电，通过排水结构对蓄水体1排水，相当于将不稳定电能转换成海水势能，实现不稳定电能的存储，在电网有需要(增减负荷、调峰调频)时，通过充水发电结构进行发电，即利用势能进行发电，向电网提供稳定电能，实现不稳定电能到稳定电能的转化。
37.蓄水体1可以采用一个罐体，考虑到海水的腐蚀，该罐体应当使用耐腐蚀的金属材料，考虑到海中各种极端情况的压力，比如最高上升水面，罐内充满气体时内外最大压力差等，该罐体内部因布置相应的结构支撑来承载压力。蓄水体1也可以采用海底密闭空间，如密封处理后的海底溶洞等。
38.蓄水体1的体积v和所处水下深度h决定了储能大小，体积v与电站功率p、效率η、连续发电时间t的关系为：v＝p*t/(9.81h*η)。
39.假定电站功率为10000kw，水轮机效率0.93，连续发电时间2小时(7200s)，则根据上述关系公式，算出不同水深情况下的蓄水体1的体积，具体可见表1。
40.表1不同蓄水体1的体积
41.[0042][0043]
充水发电结构的数量可根据发电量的需求而定，充水发电结构包括与进水通道2和水力发电装置4。
[0044]
进水通道2的一端连通蓄水体1，另一端连通海洋，进水通道2采用耐腐蚀性好的金属制备，为金属管，该管竖向固定在蓄水体1的顶部，也就是说金属管的出水端位于蓄水体1的内腔顶部，金属管具体数量可根据实际情况而定。
[0045]
在进水通道2内安装第一控制阀3，第一控制阀3连接控制装置5，即受控制装置5控制，可选用常见的蝶阀、球阀等。
[0046]
水力发电装置4外接电网，水力发电装置4安装在进水通道2的出水端，采用常见的水轮机，水轮机利用水流发出稳定的电，并将所发的电传输至电网。
[0047]
排气充气结构的数量根据充水发电结构数量而定，充水发电结构多，那么就需要快速排气，相应的排气充气结构也要多。
[0048]
排气充气结构包括与排气充气通道6和安装在排气充气通道6内的第二控制阀7，第二控制阀7连接控制装置5，即受控制装置5控制，可选用常见的气阀，排气充气通道6的一端高于海面，另一端连通蓄水体1，连接处具体位于蓄水体1的内腔顶部，例如：如图2，蓄水体1的顶部设置四个进水通道2和一个排气充气通道6，排气充气通道6位于四个进水通道2中间。
[0049]
排气充气通道6的材质可根据所需长度而定。如图3所示，若所需长度小于20m，排气充气通道6可采用抗腐蚀的金属制备，为金属管，为延长寿命，可管道外围进一步包裹抗腐蚀材料；如图4所示，若所需长度不小于20m，排气充气通道6可采用软管，软管顶部固定浮子，通过浮子保证软管端口高于海面。
[0050]
排水结构的数量可根据实际情况而定，排水结构包括排水设备8和排水通道，排水设备8采用常见的水泵，安装在蓄水体1的内腔底部，保证排水稳定，排水设备8连接控制装
置5，受控制装置5控制，排水设备8的输水端连接排水通道，排水通道伸出蓄水体1，用以将内部的水排除。
[0051]
控制装置5包括密封的盒体以及安装在盒体内的控制板，该控制装置5一般直接固定在蓄水体1上，接收海洋不稳定电源的电能，如：潮汐能、波浪能、海上风能、海上太阳能转换而来的电能，控制上述充水发电结构、排水结构和排气充气结构。
[0052]
由于蓄水体1的充水和排水均需要有一个量，因此在蓄水体1内安装水位检测装置9，具体采用浮子式水位计，当检测到蓄水体1内的水位低于最小水位阈值，则停止排水，当检测到蓄水体1内的水位高于最大阈值，则停止充水。
[0053]
由于整个发电站采用不稳定电源，为了保证紧急情况下的供电，可在蓄水体1上固定备用电源，如密封的蓄电池等，备用电源连接控制装置5，在紧急情况下给控制装置5供电；例如：发电站内已经进行了发电站，当前电网有供电需要，但是海洋不稳定电源无法提供电能，此时通过备用电源供电，启动充水发电结构。
[0054]
上述发电站的工作过程如下：
[0055]
如图5所示，在充水发电工况下，打开第一控制阀3和第二控制阀7，使海水进入蓄水体1，通过水轮机，利用海水的势能进行发电，由于扬程稳定不变且流量可以通过第一控制阀3调节，因此所发出的电能稳定，功率可以调节，给电网供电同时也可以满足电网负荷的调整。
[0056]
如图6所示，在排水储能工况下，通过水泵将蓄水体1内的水排除到海洋中，通过排气充气通道6吸入空气补充蓄水体1的空间，此时即将不稳定电能转换成海水势能，实现不稳定电能的存储。
[0057]
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述海洋发电站的发电方法，包括：
[0058]
1)响应于电网没有供电需求、接收到不稳定电能、且蓄水体1内的水位不小于最小水位阈值，控制排水结构排水，控制排气充气结构充气。
[0059]
在电网没有供电需求的情况下，当接收到不稳定电能、且当前蓄水体1内的水位不小于最小水位阈值，即还存在电能存储空间，控制水泵排水，打开第二控制阀7充气，直到蓄水体1内的水位小于最小水位阈值。
[0060]
海洋不稳定电源进行不稳定供电，如8点到8点10分供电，8点10分到8点30不供电，8点30分到8点40供电，上述发电方法可以将供的不稳定点进行存储，即转换成海水势能。
[0061]
2)响应于接收到电网的供电需求、且蓄水体1内的水位不大于最高水位阈值，控制充水发电结构充水并发电，控制排气充气结构排气。
[0062]
在电网有供电需求时，若此时蓄水体1内的水位不大于最高水位阈值，即存有电能，那么打开第一控制阀3和第二控制阀7，向蓄水体1内充水，利用势能进行发电，向电网提供稳定电能；通过上述排水充水，实现不稳定电能到稳定电能的转化。
[0063]
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。