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CN116608091B - 一种陆上风力发电机组及储能系统 - Google Patents

一种陆上风力发电机组及储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风电储能技术领域，公开了一种陆上风力发电机组及储能系统。陆上风力发电机组包括设于风电机舱内的风电机组、空气压缩机组、空气膨胀机组、电动发电机，以及设于风电机舱外的联合储气装置；电动发电机具有第一输入轴和第一输出轴，第一输入轴通过第一离合器和风电机组连接，第一输出轴和空气压缩机组连接；联合储气装置包括设于塔筒内的第一储气装置和设于地下的第二储气装置，第一储气装置和第二储气装置的内腔连通。本发明将压缩空气储能系统机电设备集成于陆上风电机舱内，直接与风电机组耦合，结构紧凑、建设成本低；采用联合储气装置的储气成本低。

Description

一种陆上风力发电机组及储能系统
技术领域
本发明涉及风电储能技术领域，具体涉及一种陆上风力发电机组及储能系统。
背景技术
大规模压缩空气储能技术是解决弃风、弃光问题，显著提高新能源消纳水平，推动主体能源由化石能源向可再生能源更替，实现分布式能源系统、区域级智能微电网、友好性源网荷储的关键技术。
陆上风机间接耦合压缩空气储能系统来调节响应电网“削峰填谷”，风电场和压缩空气储能系统分别与电网连接，“源-网-荷-储”连接方式均只靠“网”相连，系统结构不紧凑且效率不高，空间利用率低，陆上风电子系统、储能子系统和源网荷储大系统的建设成本居高不下。
目前陆上风力发电机组间接耦合压缩空气储能系统的储气装置成本较高且能量容量和密度均较低，包括地下洞穴和地面储气装置。这类储气方式需要远距离输配电，建设成本和输配电成本高，且，其中地下洞穴包括盐穴、地下含水层、硬岩层洞穴、天然盐岩洞、废弃天然气或石油储气室，受地理条件限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种陆上风力发电机组及储能系统，以解决以下技术问题中的至少一个：陆上风机间接耦合压缩空气储能系统，结构不紧凑、建设成本高；压缩空气储能系统储气装置成本高。
第一方面，本发明提供了一种陆上风力发电机组，包括设于风电机舱内的风电机组、空气压缩机组、空气膨胀机组、电动发电机，以及设于风电机舱外的联合储气装置；电动发电机具有第一输入轴和第一输出轴，第一输入轴通过第一离合器和风电机组连接，第一输出轴和空气压缩机组连接；联合储气装置包括设于塔筒内的第一储气装置和设于地下的第二储气装置，第一储气装置和第二储气装置的内腔连通；联合储气装置的输入端和空气压缩机组连接，联合储气装置的输出端和空气膨胀机组连接。
利用本发明实施例提供的陆上风力发电机组，具有以下优点：
1、将压缩空气储能系统的空气压缩机组和空气膨胀机组直接嵌入陆上风力发电机组的风电机舱内，使得陆上风力发电机组和压缩空气储能系统直接耦合，结构紧凑，占用空间小，降低陆上风力发电机组和压缩空气储能系统的建设成本。
2、通过电动发电机、第一离合器将空气压缩机组和风电机组耦合，电动发电机的电源可以是电网电源，也可以是风电机组的电源，使得“源-网-荷-储”连接方式不只靠“网”相连，压缩空气储能系统可以直接和源侧风电场电源直接就近耦合，能够实现分布式储能和区域性微电网，靠近负荷中心，降低输配电成本。空气压缩机组由电动发电机驱动，电动发电机由电网电源供电或风电场电源供电，取决于电网需求，通过控制第一离合器的通断来实现。
3、压缩空气储能系统中，通过联合储气，即利用塔筒自身类管线钢储罐结构提供第一储气装置，在陆上设置第二储气装置，第一储气装置结合第二储气装置，耦合后提高储能容量和密度，相比于传统的利用地下洞穴，不受地理条件限制，缩短输电距离，降低建设成本和输电成本。可根据不同储能需求，合理配比第一储气装置和第二储气装置的储气容量。
作为一种可选的实施方式，塔筒包括沿轴向连接的多个塔筒节，第一储气装置设于至少一个塔筒节内，或，第一储气装置为至少一个塔筒节。
作为一种可选的实施方式，塔筒包括套装的外筒体和内筒体，第一储气装置设于外筒体和内筒体之间的空腔中，或外筒体和内筒体之间的空腔作为第一储气装置。
作为一种可选的实施方式，第二储气装置包括人造硐室，人造硐室和第一储气装置直接贯穿连通或通过管路连通。
作为一种可选的实施方式，人造硐室设有两个，两个人造硐室距离地面的深度不同。
作为一种可选的实施方式，两个人造硐室包括第一人造硐室以及设于第一人造硐室下方的第二人造硐室，第一人造硐室的容积大于第二人造硐室的容积；空气压缩机组和空气膨胀机组均包括第一压力侧和第二压力侧，第一压力侧的压力小于第二压力侧的压力；第一人造硐室与空气压缩机组的第一压力侧以及空气膨胀机组的第一压力侧连接；第二人造硐室与空气压缩机组的第二压力侧以及空气膨胀机组的第二压力侧连接。
作为一种可选的实施方式，空气压缩机组和空气膨胀机组之间通过三合一电机同轴连接；三合一电机包括第二输出轴和第二输入轴，第二输出轴通过第二离合器和空气压缩机组连接，第二输入轴通过第三离合器和空气膨胀机组连接。
作为一种可选的实施方式，风电机舱内还设有缓冲罐，缓冲罐适于存储液态或超/跨临界状态的空气；缓冲罐和联合储气装置连通，缓冲罐的输入端和空气压缩机组连接，缓冲罐的输出端和空气膨胀机组连接。
第二方面，本发明还提供了一种储能系统，包括电网以及以上技术方案中任一项的陆上风力发电机组，电动发电机与电网可控地电连接，空气压缩机组和联合储气装置的输入端之间通过储能管路连接，空气膨胀机组和联合储气装置的输出端之间通过释能管路连接。
储能时，利用电网负荷低谷多余电能转化为机械能，进而转为空气的压力势能和热能分别存储于储气装置和储热子系统中；释能时，高压高温空气的势能和内能转化为机械能，进而转为电能对外输出削峰。
作为一种可选的实施方式，空气压缩机组和空气膨胀机组之间设有公共换热装置，公共换热装置包括用于流通压缩空气的第一换热通道、用于流通膨胀空气的第二换热通道以及用于流通换热工质的第三换热通道，第一换热通道连接于储能管路中，第二换热通道连接于释能管路中。
作为一种可选的实施方式，陆上风力发电机组设有多个，第二储气装置设有多个，任意数量的第一储气装置和任意数量的第二储气装置连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种包含陆上风力发电机组的储能系统的结构示意图；
图2为图1中的第一种联合储气装置的结构示意图；
图3为图1中的第二种联合储气装置的结构示意图；
图4为图1中的第三种联合储气装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的储能系统中空气压缩机组和空气膨胀机组与公共换热装置连接的第一种结构示意图；
图6为本发明实施例的储能系统中空气压缩机组和空气膨胀机组与公共换热装置连接的第二种结构示意图；
图7为本发明实施例的储能系统中空气压缩机组和空气膨胀机组与公共换热装置连接的第三种结构示意图。
附图标记说明：
1、风电机组；101、主轴；102、齿轮箱；2、空气压缩机组；3、空气膨胀机组；4、电动发电机；5、三合一电机；6、联合储气装置；601、第一储气装置；602、第二储气装置；6021、人造硐室；60211、第一人造硐室；60212、第二人造硐室；7、第一离合器；8、第二离合器；9、第三离合器；10、塔筒；1001、塔筒节；1002、外筒体；1003、内筒体；20、连接管；30、缓冲罐；40、公共换热装置；50、集热装置；60、蓄冷装置；70、蓄冷换热器；80、降压装置；90、升压装置；100、风电机舱；110、叶片；120、地面；130、深层地下；140、冷却器；150再热器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图7，描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例，提供了一种陆上风力发电机组，将风电机组1和压缩空气储能系统中部分机电设备集成于风电机舱100内，具体地，包括设于风电机舱100内的风电机组1、空气压缩机组2、空气膨胀机组3、电动发电机4，以及设于风电机舱100外的联合储气装置6；电动发电机4具有第一输入轴和第一输出轴，第一输入轴通过第一离合器7和风电机组1连接，第一输出轴和空气压缩机组2连接；联合储气装置6包括设于塔筒10内的第一储气装置601和设于地下的第二储气装置602，第一储气装置601和第二储气装置602的内腔连通；联合储气装置6的输入端和空气压缩机组2连接，联合储气装置6的输出端和空气膨胀机组3连接。
利用本发明实施例提供的陆上风力发电机组，具有以下优点：
1、将压缩空气储能系统的空气压缩机组2和空气膨胀机组3直接嵌入陆上风力发电机组的风电机舱100内，使得陆上风力发电机组和压缩空气储能系统直接耦合，结构紧凑，占用空间小，降低陆上风力发电机组和压缩空气储能系统的建设成本。通过优化风电机舱100内的空间，可将紧凑式微型压缩空气储能系统的机电设备内嵌至风电机舱100中。不同容量的陆上风力发电机组可按储能比例适配内嵌至风电机舱100内的紧凑式微型压缩空气储能系统。紧凑式微型压缩空气储能系统直接嵌入陆上风电机组机舱，就地解决陆上风电并网的间歇不可控性，实现可再生能源分布式储能和区域性智能微电网，降低远距离输配电成本和压缩空气储能系统建设成本。
2、通过电动发电机4、第一离合器7将空气压缩机组2和风电机组耦合，电动发电机4的电源可以是电网电源，也可以是风电机组1的电源，使得“源-网-荷-储”连接方式不只靠“网”相连，压缩空气储能系统可以直接和源侧风电场电源直接就近耦合，能够实现分布式储能和区域性微电网，降低输配电成本。空气压缩机组2由电动发电机4驱动，电动发电机4由电网电源供电或风电场电源供电，取决于电网需求，通过控制第一离合器7的通断来实现。
3、压缩空气储能系统中，通过联合储气，即利用塔筒10自身类管线钢储罐结构提供第一储气装置601，在地下设置第二储气装置602，第一储气装置601结合第二储气装置602，耦合后能够提高储能容量和密度，相比于传统的利用地下洞穴，不受地理条件限制，缩短输电距离，降低建设成本和输电成本。可根据不同储能需求，合理配比第一储气装置601和第二储气装置602的储气容量。
具体的，参照图1，风电机组包括主轴101和齿轮箱102。主轴101的一端连接叶片110，主轴101的另一端连接齿轮箱102，齿轮箱102的输入轴通过第一离合器7连接电动发电机4。具体的，当第一离合器7处于连接状态时，电动发电机4和齿轮箱102连接，风电机组1发出的电源直接驱动电动发电机4转动，从而带动空气压缩机组2运行。当第一离合器7处于断开状态时，电动发电机4和齿轮箱102断开连接，电动发电机4由电网的电源驱动，从而带动空气压缩机组2运行。
具体的，风电机组1还包括电控系统。空气压缩机组2和空气膨胀机组3中的电气控制设备和风电机组1的电控系统电连接。
具体的，空气压缩机组2包括多级空气压缩机，空气膨胀机组3包括多级空气膨胀机。
作为一种可选的实施方式，参照图2，塔筒10包括沿轴向连接的多个塔筒节1001，第一储气装置601设于至少一个塔筒节1001内，或，第一储气装置601为至少一个塔筒节1001。
因塔筒10为类管线钢储罐结构，可通过对塔筒10内部空间的优化，将一个或多个塔筒节1001用作储气罐，直接作为第一储气装置601，即，塔筒10的外壁即为第一储气装置601的壳体，塔筒节1001的内腔即为第一储气装置601的储气腔。当然，第一储气装置601也可以采用其他形式的结构置于塔筒节1001的内腔中。比如，第一储气装置601包括储气桶，储气桶设于塔筒节1001内进行储气。
作为一种可选的实施方式，在一个实施例中，塔筒10包括套装的外筒体1002和内筒体1003，第一储气装置601设于外筒体1002和内筒体1003之间的空腔中，或外筒体1002和内筒体1003之间的空腔作为第一储气装置601。即，参照图3和图4，塔筒10的外筒体1002和内筒体1003的侧壁为第一储气装置601的壳体，外筒体1002和内筒体1003之间的空腔为第一储气装置601的储气腔。当然，第一储气装置601还可以采用其他结构，比如第一储气装置601为储气桶，则储气桶设于外筒体1002和内筒体1003之间。第一储气装置601的储气容量根据塔筒10结构的不同而适应性调整。
作为一种可选的实施方式，第二储气装置602包括人造硐室6021，人造硐室6021和第一储气装置601直接贯穿连通或通过管路连通。
具体的，人造硐室6021包括人工衬砌洞穴或混凝土储气室。
相比于地下洞穴，采用人造硐室6021，储气压力较高，且不受地理条件的限制，不依赖地理条件，运行安全、稳定性高且成本相对较低。人工衬砌洞穴的质量优于天然盐穴或硬岩层洞穴，相比于地下洞穴中的盐穴，采用人造硐室6021具有以下优点：选址更加的灵活，基于人造硐室6021储气，使得压缩空气储能项目在选址上摆脱了以往盐穴类项目对盐穴的依赖，极大程度的降低了项目选址的限制因素，可将大规模储能与风光资源形成有效联动。此外，人造硐室6021还具有压力上限更高、波动可利用范围更大、系统转换效率更高、埋深更浅，易于检修等优点。
作为一种可选的实施方式，人造硐室6021设有两个，两个人造硐室6021距离地面120的深度不同。具体的，参照图2至图4，三种不同的塔筒10结构分别和两个人造硐室6021通过连接管20连接。
由于地表以下存在地温梯度，沿地下等温面的法线向地心的方向上，单位距离温度的增量为25-40℃/km，地热能丰富地区地表以下不同埋深的温度差异更加明显。因此，设置两种不同深度的人造硐室6021，能够利用地热，提高能源利用率。耦合考虑地温梯度的人造硐室6021，即双地下储气可大比例提高压缩空气储能容量和密度。
作为一种可选的实施方式，两个人造硐室6021包括第一人造硐室60211以及设于第一人造硐室60211下方的第二人造硐室60212，第一人造硐室60211的容积大于第二人造硐室60212的容积；空气压缩机组2和空气膨胀机组3均包括第一压力侧和第二压力侧，第一压力侧的压力小于第二压力侧的压力；第一人造硐室60211与空气压缩机组2的第一压力侧以及空气膨胀机组3的第一压力侧连接；第二人造硐室60212与空气压缩机组2的第二压力侧以及空气膨胀机组3的第二压力侧连接。具体的，第一人造硐室60211位于地面120以下，第二人造硐室60212位于深层地下130。第二储气装置602中远离地面120的第二人造硐室60212的空间较小且压力较高、可吸收地热能多且温度较高，以存储压缩机组富余排气，在释能时联合推动透平做功。第二储气装置602中靠近地面120的第一人造硐室60211的空间较大且压力较低、可吸收地热能少且温度较低，以存储空气膨胀机组的富余排气，在储能时联合作为空气压缩机组的供气。
采用联合储气装置6，联合储气配比灵活，能根据选址风场、地质条件、风电机组1的容量和压缩空气储能所需储气空间合理分配第一储气装置601和第二储气装置602的储气比例。
作为一种可选的实施方式，空气压缩机组2和空气膨胀机组3之间通过三合一电机5同轴连接；三合一电机5包括第二输出轴和第二输入轴，第二输出轴通过第二离合器8和空气压缩机组2连接，第二输入轴通过第三离合器9和空气膨胀机组3连接。
这样设置，一方面能够减少多轴连接带来的机电转化损耗，提高能量转化效率，另一方面，有利于提高系统集成水平和空间利用率，节约建设和运维成本，达到降本增效的效果。三合一电机5通过第二离合器8和空气压缩机组2连接，可作为电动机驱动空气压缩机组2压缩空气；或通过第三离合器9和空气膨胀机组3连接，用作发电机，带动空气膨胀机组3膨胀发电；或作为调相机，在电网电压下降时增加无功输出，在电网电压上升时吸收无功功率，维持电网电压，提高系统稳定性，改善系统供电质量。通过将发电机、电动机和调相机三机合一配合离合器使用，能大幅降低机械设备和电气设备的成本。具体的同轴紧凑式布置方式灵活，能根据空气压缩机组2和空气膨胀机组3的各段功率和转速来决定共用机械设备和电气设备位置和数量。
关于三合一电机5的运行，具体的，当第二离合器8处于连接状态、第三离合器9处于断开状态时，三合一电机5的第二输出轴和空气压缩机组2连接，能够驱动空气压缩机组2运行，此时进行空气压缩储能过程。当第二离合器8处于断开状态、第三离合器9处于连接状态时，三合一电机5的第二输入轴和空气膨胀机组3连接，能够驱动空气膨胀机组3运行发电，此时进行空气膨胀释能发电过程。
作为一种可选的实施方式，风电机舱100内还设有缓冲罐30，缓冲罐30适于存储液态或超/跨临界状态的空气；缓冲罐30和联合储气装置6连通，缓冲罐30的输入端和空气压缩机组2连接，缓冲罐30的输出端和空气膨胀机组3连接。
设置缓冲罐30能够用于对空气进行液态压缩或超/跨临界状态存储。通过将压缩空气进行液态或超/跨临界状态储能可显著提高系统效率；可根据风电场或低谷电所需存储电能的功率和时长，来灵活选择储能系统的具体储气状态。
在一个实施例中，参照图1，缓冲罐30集成于风电机舱100内。这样设置，能够充分利用风电机舱100内的空间，将压缩空气储能系统中更多的机电设备集成在风电机舱100内，减少机电设备占用的空间。
根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种储能系统，包括电网以及以上技术方案中任一项的陆上风力发电机组，电动发电机4与电网可控地电连接，空气压缩机组2和联合储气装置6的输入端之间通过储能管路连接，空气膨胀机组3和联合储气装置6的输出端之间通过释能管路连接。
可选的，三合一电机5与电网可控地电连接。
具体的，储能时，利用陆上风电场富余电能或电网电能驱动空气压缩机组2运行，根据存储电能的功率和时长将低压空气压缩至液态或超/跨临界状态，储存在联合储气装置6中，即储存在第一储气装置601和/或第二储气装置602中。
释能时，联合储气装置6中的压缩空气输出至空气膨胀机组3进行膨胀做功发电。
作为一种可选的实施方式，空气压缩机组2和空气膨胀机组3之间设有公共换热装置40，公共换热装置40包括用于流通压缩空气的第一换热通道、用于流通膨胀空气的第二换热通道以及用于流通换热工质的第三换热通道，第一换热通道连接于储能管路中，第二换热通道连接于释能管路中。
具体的，将储能管路上和释能管路上的温差和压差较小的换热装置进行共用以减少储换热子系统的成本。不同应用场景下空气压缩机组2和空气膨胀机组3的配置不同，可根据配套的换热器温差和压差来布局公共换热装置的位置和数量。
具体的，空气压缩机组2和空气膨胀机组3均包括第一压力侧和第二压力侧，第一压力侧的压力低于第二压力侧的压力，即第一压力侧为低压侧，第二压力侧为高压侧。作为其中一种实施例，第一压力侧和第二压力侧的空气压缩机组2和空气膨胀机组3均连接公共换热装置40，即无论低压侧还是高压侧，空气压缩机组2和空气膨胀机组3均共用换热装置，如图5所示。具体的，该实施例中，包括两个公共换热装置40，分别设于第一压力侧和第二压力侧，即，低压侧的空气压缩机、低压侧的空气膨胀机和第一压力侧的公共换热装置40换热连接，高压侧的空气压缩机、高压侧的空气膨胀机和第二压力侧的公共换热装置40换热连接。当然，公共换热装置40也可以设置多个，对应连接不同压力层级的空气压缩机和空气膨胀机。通过空气压缩机组2和空气膨胀机组3共用公共换热装置40，减少了换热系统的投资建设成本。
在一些实施例中，参照图6，公共换热装置40仅设置在第一压力侧。即低压侧的空气压缩机和低压侧的空气膨胀机共用公共换热装置40。低压侧的公共换热装置40的温度参数相近，由于压力相差小，共用公共换热装置40后，能够减少换热设备的数量及吨位。
在一些实施例中，参照图7，公共换热装置40仅设置在第二压力侧。即高压侧的空气压缩机和高压侧的空气膨胀机共用公共换热装置40。高压侧的公共换热装置40的温度参数相近，由于压力相差大，在第一换热通道和第二换热通道切换运行时，需要考虑压力变化，共用公共换热装置40后，能够明显减少换热设备的数量及吨位。
在一些实施例中，参照图6或图7，相邻的空气压缩机之间连接冷却器140，相邻的空气膨胀机之间连接再热器150。当空气压缩机和空气膨胀机共用公共换热装置40时，则省略对应层级的冷却器140和再热器150。在储能过程中，由公共换热装置40对空气进行冷却，在释能过程中，由公共换热装置40对空气进行加热。
在一些实施例中，参照图6或图7，在冷却器140和再热器150之间连接有集热装置50和蓄冷装置60。冷却器140用于在储能过程中将空气冷却，置换的热量存储于集热装置50中，可用于在释能过程中对空气进行加热。再热器150用于在释能过程中将空气加热，置换的冷量存储于蓄冷装置60中，可用于在储能过程中对空气进行降温，从而实现热量的循环利用。
在一些实施例中，参照图6或图7，空气压缩机组2的输出端和缓冲罐30的输入端之间连接有降压装置80，在储能过程中，用于对压缩空气进行降压，并经缓冲罐30存储于联合储气装置6中。具体的，降压装置80包括液体膨胀机或节流阀。
在一些实施例中，参照图6或图7，空气膨胀机组3的输入端和缓冲罐30的输出端之间连接有升压装置90，在释能过程中，存储于联合储气装置6中的压缩空气输出至缓冲罐30，经升压装置90加压后输入至空气膨胀机组3内。具体的，升压装置90包括加压泵，具体为低温泵。
在一些实施例中，参照图1、图6或图7，压缩空气储能系统中还包括蓄冷换热器70，蓄冷换热器70包括用于储能过程中流通压缩空气的第一通道、用于释能过程中流通膨胀空气的第二通道以及用于流通换热介质的第三通道。在储能过程中，利用蓄冷换热器70中存储的冷能将压缩空气等压冷却液化，经降压装置80降压后常压存储于联合储气装置6中。在释能过程中，蓄冷换热器70用于将空气加热至常温。
工作原理：
一、储能时，利用陆上风电场富余电能或电网电能驱动多级空气压缩机，根据存储电能的功率和时长，将低压空气压缩至液态或超/跨临界状态，并经公共换热装置40冷却至常温后，利用蓄冷换热器70中存储的冷能将其等压冷却液化，经降压装置80降压后常压存储于联合储气装置6中。第二储气装置602中远离地面120的第二人造硐室60212的空间较小且压力较高、可吸收地热能多且温度较高，以存储压缩机组富余排气，在释能时联合推动透平做功。
二、释能时，联合储气装置6中的液态或超/跨临界状态空气经加压后，经蓄冷换热器70加热至常温，吸收公共换热装置40中的压缩热，最后经多级空气膨胀机膨胀做功对外输出。第二储气装置602中靠近地面120的第一人造硐室60211的空间较大且压力较低、可吸收地热能少且温度较低，以存储空气膨胀机组3的富余排气，在储能时联合作为空气压缩机组2的供气。
作为一种可选的实施方式，陆上风力发电机组设有多个，第二储气装置602设有多个，任意数量的第一储气装置601和任意数量的第二储气装置602连接。即，可以是一个第一储气装置601连接多个第二储气装置602，也可以是多个第一储气装置601连接一个第二储气装置602，也可以是多个第一储气装置601和多个第二储气装置602一一对应连接。
本发明提供的储能系统，通过天然地热能补热来提高压缩空气能量密度，适配陆上风机容量的压缩空气储能系统的低成本储气装置采用联合配比方法、机械设备和电气设备采用同轴紧凑布置方法、低成本换热系统采用换热器共用方法、直接嵌入陆上风电机组机舱以耦合源侧风电场。
另外，本发明无需单独的过滤器，节约风电机舱100内设备空间，空气工质可实现内循环，有效避免了“沙戈荒”应用场景下沙尘颗粒物影响。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种陆上风力发电机组，其特征在于，包括设于风电机舱(100)内的风电机组(1)、空气压缩机组(2)、空气膨胀机组(3)、电动发电机(4)，以及设于风电机舱(100)外的联合储气装置(6)；
所述电动发电机(4)具有第一输入轴和第一输出轴，所述第一输入轴通过第一离合器(7)和所述风电机组(1)连接，所述第一输出轴和所述空气压缩机组(2)连接；
所述联合储气装置(6)包括设于塔筒(10)内的第一储气装置(601)和设于地下的第二储气装置(602)，所述第一储气装置(601)和所述第二储气装置(602)的内腔连通；所述联合储气装置(6)的输入端和所述空气压缩机组(2)连接，所述联合储气装置(6)的输出端和所述空气膨胀机组(3)连接；
所述第二储气装置(602)包括人造硐室(6021)，所述人造硐室(6021)和所述第一储气装置(601)直接贯穿连通或通过管路连通；
所述人造硐室(6021)设有两个，两个所述人造硐室(6021)距离地面(120)的深度不同。
2.根据权利要求1所述的陆上风力发电机组，其特征在于，所述塔筒(10)包括沿轴向连接的多个塔筒节(1001)，所述第一储气装置(601)设于至少一个所述塔筒节(1001)内，或，所述第一储气装置(601)为至少一个所述塔筒节(1001)；
或，所述塔筒(10)包括套装的外筒体(1002)和内筒体(1003)，所述第一储气装置(601)设于所述外筒体(1002)和所述内筒体(1003)之间的空腔中，或所述外筒体(1002)和所述内筒体(1003)之间的空腔作为所述第一储气装置(601)。
3.根据权利要求1所述的陆上风力发电机组，其特征在于，两个所述人造硐室(6021)包括第一人造硐室(60211)以及设于第一人造硐室(60211)下方的第二人造硐室(60212)，所述第一人造硐室(60211)的容积大于第二人造硐室(60212)的容积；所述空气压缩机组(2)和空气膨胀机组(3)均包括第一压力侧和第二压力侧，所述第一压力侧的压力小于所述第二压力侧的压力；所述第一人造硐室(60211)与所述空气压缩机组(2)的第一压力侧以及所述空气膨胀机组(3)的第一压力侧连接；所述第二人造硐室(60212)与所述空气压缩机组(2)的第二压力侧以及所述空气膨胀机组(3)的第二压力侧连接。
4.根据权利要求1或2所述的陆上风力发电机组，其特征在于，所述空气压缩机组(2)和所述空气膨胀机组(3)之间通过三合一电机(5)同轴连接；所述三合一电机(5)包括第二输出轴和第二输入轴，所述第二输出轴通过第二离合器(8)和所述空气压缩机组(2)连接，所述第二输入轴通过第三离合器(9)和所述空气膨胀机组(3)连接；所述三合一电机(5)为发电机、电动机和调相机三机合一。
5.根据权利要求1或2所述的陆上风力发电机组，其特征在于，所述风电机舱(100)内还设有缓冲罐(30)，所述缓冲罐(30)适于存储液态或超/跨临界状态的空气；所述缓冲罐(30)和所述联合储气装置(6)连通，所述缓冲罐(30)的输入端和所述空气压缩机组(2)连接，所述缓冲罐(30)的输出端和所述空气膨胀机组(3)连接。
6.一种储能系统，其特征在于，包括电网以及权利要求1至5中任一项所述的陆上风力发电机组，所述电动发电机(4)与所述电网可控地电连接，所述空气压缩机组(2)和所述联合储气装置(6)的输入端之间通过储能管路连接，所述空气膨胀机组(3)和所述联合储气装置(6)的输出端之间通过释能管路连接。
7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩机组(2)和所述空气膨胀机组(3)之间设有公共换热装置(40)，所述公共换热装置(40)包括用于流通压缩空气的第一换热通道、用于流通膨胀空气的第二换热通道以及用于流通换热工质的第三换热通道，所述第一换热通道连接于所述储能管路中，所述第二换热通道连接于所述释能管路中。
8.根据权利要求6或7所述的储能系统，其特征在于，所述陆上风力发电机组设有多个，第二储气装置(602)设有多个，任意数量的第一储气装置(601)和任意数量的第二储气装置(602)连接。
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