CN218216700U - 一种稳定的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种稳定的光伏发电系统，是在常规光伏水泵系统的泵房内，新增机房安装水轮机及发电机，将原来的提水管道两头出水端稍作改造就能满足发电使用。即将泵房水泵出水端做一个分支给水轮机，在白天通过光伏水泵将水提上高位水池；增加一个从水池底部排水管道连接到主管道，傍晚用电高峰时可以将原来光伏泵站的提水管道用来作为发电的下水管道，以获得稳定的发电并入电网。该系统将原来光伏泵站建设成为同时具有提水功能及抽水蓄能稳定发电功能的新型能源系统，是一种分布式的新型微小光伏抽水蓄能电站，能实现稳定的光伏水泵余电并网。

Description

一种稳定的光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用光伏水泵提水蓄能进行发电的系统，特别涉及一种稳定的光伏发电系统，该系统既能进行光伏水泵提水蓄能、又能合理利用蓄能进行水力发电并将余电进行并网。

背景技术

光伏水泵提水是一种逐步成熟的光伏技术，通常包含水源、高位水池、管道、光伏方阵、水泵及控制逆变系统。早期光伏水泵主要用于饮用水，几乎每天都需要使用，系统规模很小。

近年来光伏水泵提水开始广泛应用于缺水地区的灌溉提水，这些系统功率较大，绝大部分是独立系统，针对旱季需要灌溉需求配置系统容量，其它时段常处于发电大量剩余甚至闲置状态，为将光伏发电充分发挥作用，虽然可以将光伏发电系统直接并网发电，使用常规的光伏并网发电技术，但是随着全国光伏、风力发电装机容量迅速提升，很多县已经出现不能再增加这些不稳定电源的情况，因此常规的光伏直接并网发电越来越受到制约。

由于光伏发电是依靠太阳辐射进行发电，太阳辐射是波动的，无法控制的，因此绝大多数大型光伏电站也被要求强制配置储能，大部分要求配10％的功率2小时储能，基本用的是化学电源——蓄电池，这种储能配置存在成本高，配置比例小，储能时间短，目前普遍采用锂电池作为储能电池还存在易发火灾风险，实际运行的系统已经有多出起火烧毁。

传统的抽水蓄能电站是非常成熟的技术，但一般都是大型或特大型系统，它包含一个上水库，用于在非高峰时段利用剩余能量进行抽水储能，还包含一个下水库，在高峰时段进行排水发电，抽水蓄能方案可以作为大容量长时间存储应用，该系统的效率通常为70％至85％，是目前最经济的规模化储能方式。由于抽水蓄能电站需要建造两个水库，而且还要求两个水库之间形成地势高度差，这就造成了抽水蓄能电站的选址要求高，只有特殊的地形才能满足要求，造价较高。

实用新型内容

本实用新型专利的目的在于提供一种稳定的光伏发电系统，以解决上述背景技术中指出两种技术各自存在的不足，实现稳定的光伏发电并网。

光伏水泵提水系统本身就有水源、高位水池或蓄水系统、管道、水泵及绿色的光伏发电系统，也存在需要的地形高差，仅需要增加一个水力发电系统就能实现抽水蓄能(当然需要架设电网以保障向外输电，有电网也提高了泵站的可靠性，需要多用水时可以使用电网供电在阳光弱时和夜间来保障提水)，充分利用了非灌溉季节的光伏发电，且将不稳定的光伏发电转变成稳定的水电，从根本上改变了不稳定光伏发电的性质，解决了光伏发电只能保障电量不能保障电力的缺陷，也解决了不稳定电源在电网中只能接入一定比例的限制，提供了最廉价可靠的长时间储能，与小型光伏水泵系统结合是一种新型分布式抽水储能系统，与大型光伏电站或泵站结合就是一种大型的稳定光伏发电系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：在常规光伏水泵系统的泵房内，或新增机房安装水轮机及发电机，将原来的提水管道两头出水端稍作改造就能满足发电使用。即将泵房水泵出水端做一个分支给水轮机，在白天通过光伏水泵将水提上高位水池；增加一个从水池底部排水管道连接到主管道，傍晚用电高峰时可以将原来光伏泵站的提水管道用来作为发电的下水管道，以获得稳定的发电并入电网。另一种方案也可以重新增加一根下水管，这样就在任何时候均可以发电，更有利于电网调度，发电更方便，该系统也可作为大型光伏电站的稳定发电并网系统。

具体的，本实用新型包括：位于水源端并列设置的水泵和水轮发电机，位于水泵出口端的抽水电动闸阀，位于水轮发电机入口端的发电电动闸阀，所述抽水电动闸阀与电电动闸阀的一端通过三通管道连通，位于高位水池端的单向阀，位于三通管道与单向阀之间的共用道道，为水泵和电动闸阀供电的光伏发电入口和光伏水泵控制逆变器，将水轮发电机的发电并网入交流电网的并网同期并列控制系统。

本实用新型还可以这样实现：水泵出口管道的抽水电动闸阀换成了单向阀，增加一根下水管。也可以在高位水池底部出水管道上增加一个闸阀，以备维修管道时使用。

优选的，还包括将水轮发电机的发电并网入交流电网的并网同期并列控制系统，所述并网同期并列控制系统通过自动控制或由电网远程控制，用于自动并网以满足电网的调峰、调频要求。

优选的，水泵由电网供电在太阳能辐射弱时或夜间进行提水。

优选的，在雨季太阳能差的季节，所述高位水池用于收集并利用雨水来实现水力发电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

节约了抽水蓄能需要单独建设高位水池，且需要多余的电力才能进行提水，显著降低了常规抽水蓄能建设投资，充分发挥了灌溉光伏泵站在非灌溉季节光伏发电能力，解决了非灌溉季节光伏水泵系统不能发挥作用造成浪费的难题，将原来光伏泵站建设成为同时具有提水功能及抽水蓄能稳定发电功能的新型能源系统，是一种分布式的新型微小光伏抽水蓄能电站，能实现稳定的光伏水泵余电并网。同时电网的接通也有益于干旱季节利用电网电在阳光弱和夜间提水，显著增大提水能力，充分发挥设备的作用，解决应急用水需求。雨季太阳能不好，还可收集雨水来加大水力发电能力。做到旱季、雨季都能高效发挥设备的功能。也可作为大型与光伏电站相结合，平抑光伏发电波动的稳定并网发电系统，完全避免了目前传统光伏并网逆变器对电网的冲击和影响。

附图说明

图1为实施例1的发电管道共用提水管道系统的结构示意图。

图2为实施例2的单独建设发电输水管道系统的结构示意图。

图中：1-水泵，2-光伏发电入口，3-光伏水泵控制逆变器，41-抽水电动闸阀，42-发电电动闸阀，5-共用管道，6-单向阀，7-高位水池，8-低位水池或水源，9-并网同期并列控制系统，10-水轮发电机，11-交流电网，12-下水管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅是本实用新型专利的一些实施例，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。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：发电管道共用提水管道系统

图1示意了共用发电管道提水管道的新型光伏水泵抽水蓄能系统，包括：位于水源8端并列设置的水泵1和水轮发电机10，位于水泵1出口端的抽水电动闸阀41，位于水轮发电机10入口端的发电电动闸阀42，所述抽水电动闸阀41与电电动闸阀42的一端通过机房端三通管道连通，位于高位水池7上部的单向阀6和位于高位水池7底部的连通管，所述单向阀6与连通管通过水池端三通管道连通；将机房端三通管道与水池端三通管道连通的的共用管道5，为水泵1和电动闸阀4供电的光伏发电入口2和光伏水泵控制逆变器3，将水轮发电机10的发电并网入交流电网11的并网同期并列控制系统9。

提水时，水泵1侧的抽水电动闸阀41打开，水轮发电机10侧的发电电动闸阀42关闭；发电时相反，水泵1侧的抽水电动闸阀41关闭，水轮发电机10侧的发电电动闸阀42打开。所述共用道5是共用的，既是上水的提水管道，又是下水发电的输水管道。在高位水池7原从水池顶部进水管道增加一个从水池底部出水管道，并在顶部出水管安装一个单向阀6，在不提水时能关闭该阀，起到防止空气进入管道对水轮机叶轮的汽蚀。也可以在高位水池7底部出水管道上增加一个闸阀，以备维修管道时使用。一般光伏水泵系统规定高位水池容积应该满足三天的日提水量，一般光伏水泵按5小时左右满负荷提水设计，即使考虑有少量水面蒸发损失，一般的系统至少有12个小时的长时间储能(水轮发电机功率与水泵电机功率相同时)。所述并网同期并列控制系统9可以选用市售产品，这类市售产品可根据电网的要求进行远程控制、自动定时运行或手动控制运行，将余电并网。

该系统白天通过光伏发电直接驱动水泵提水，此时将抽水电动闸阀41打开，发电电动闸阀42关闭。夜间将发电电动闸阀42打开，抽水电动闸阀41关闭，水轮发电机10发电。两种设备都停止时，抽水电动闸阀41和发电电动闸阀42均关闭。

实施例2：提水和发电独立使用管道系统

图2示意了提水和发电独立使用管道的新型光伏水泵抽水蓄能系统，图中的符号表示基本与图1相同，只是水泵1出口管道的抽水电动闸阀41换成了单向阀，增加了一根下水管12。也可以在高位水池7底部出水管道上增加一个闸阀，以备维修管道时使用。

该系统白天通过光伏发电直接驱动水泵1提水。夜间或任何时候电网需要补充供电发电电动闸阀42打开，水轮发电机10即可发电，不会相互影响。水轮发电机10不发电时，发电电动闸阀42关闭。

Claims (5)

1.一种稳定的光伏发电系统，其特征在于，包括：位于水源(8)端并列设置的水泵(1)和水轮发电机(10)，位于水泵(1)出口端的抽水电动闸阀(41)，位于水轮发电机(10)入口端的发电电动闸阀(42)，所述抽水电动闸阀(41)与发电电动闸阀(42)的一端通过机房端三通管道连通；位于高位水池(7)上部的单向阀(6)和位于高位水池(7)底部的连通管，所述单向阀(6)与连通管通过水池端三通管道连通；将机房端三通管道与水池端三通管道连通的共用管道(5)，为水泵(1)、抽水电动闸阀(41)、发电电动闸阀(42)供电的光伏发电入口(2)和光伏水泵控制逆变器(3)。

2.一种稳定的光伏发电系统，其特征在于，包括：位于水源(8)端并列设置的水泵(1)和水轮发电机(10)，位于水泵(1)出口端的抽水电动闸阀(41)，位于水轮发电机(10)入口端的发电电动闸阀(42)，位于高位水池(7)端的单向阀(6)，位于发电电动闸阀(42)与单向阀(6)之间的共用管道(5)，一端位于高位水池(7)底部、另一端连接发电电动闸阀(42)的下水管(12)，为水泵(1)和发电电动闸阀(42)供电的光伏发电入口(2)和光伏水泵控制逆变器(3)。

3.根据权利要求1或2所述的稳定的光伏发电系统，其特征在于，还包括将水轮发电机(10)的发电并网入交流电网(11)的并网同期并列控制系统(9)，所述并网同期并列控制系统(9)通过自动控制或由电网远程控制，用于自动并网以满足电网的调峰、调频要求。

4.根据权利要求3所述的稳定的光伏发电系统，其特征在于，水泵(1)由电网供电在太阳能辐射弱时或夜间进行提水。

5.根据权利要求3所述的稳定的光伏发电系统，其特征在于，在雨季太阳能差的季节，所述高位水池(7)用于收集利用雨水来实现水力发电。

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