CN101302751B - 大功率水底恒压蓄能电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率水底恒压蓄能电站方案，它包括能源转换装置、发电控制装置、管道电缆和水底蓄能仓群体。能源转换装置在发电控制装置的自动控制下，把电能或可再生能源转化为压缩空气能，再通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存；或者是在发电控制装置的自动控制下，把已储存在水底蓄能仓群体内的压缩空气能转变为电能。本发明的特点：一是可大量长期储存深夜电网剩余电能和各种可再生能源，二是本发明输出气压恒定、能量利用完全；三是蓄能规模可大可小，适用水域广泛，不占土地，四是建设成本和维护成本低、建设周期短、使用寿命长；五是能自动浮升转移，在水底不受环境影响和人为破坏。

Description

大功率水底恒压蓄能电站

技术领域

本发明涉及一种蓄能电站，具体地说是一种大功率水底恒压蓄能电站。

背景技术

海上各种分散不稳定的可再生能源如何开发利用和电网蓄能调峰一直以来难以有效解决。现有电网蓄能调峰一种有效方法是建立抽水蓄能电站，但这种抽水蓄能电站存在的问题是场址选择困难，占地面积大，建设周期长，投资偏大。现有可再生能源开发利用和电网蓄能调峰的另一个方法是建设压气蓄能电站，而这种压气蓄能电站也存在如下的问题：一是由于其利用的是废弃的矿山洞库、或地下储水层，或埋于地下或水底的压力容器内，所以这种电站对地质构造、壳体的耐压性、密闭性有严格要求；二是由于压缩空气输出时气压为变量，压力随输出时间不断下降，下降到一定压力停止工作，所以存在发电的不稳定性和能量利用的不完全性；三是安全性低，矿山洞库、地下储水层、埋于地下和水底的压力容器都需要承受压缩空气的压力，且在陆地上，所以存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是设计出一种大功率水底恒压蓄能电站。

本发明要解决的是现有抽水蓄能电站存在的场址选择困难、建设周期长、投资偏大的问题；压气蓄能电站存在的对地质构造、壳体耐压性、密闭性要求严格，发电不稳定和能量利用不完全、安全性低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明包括能源转换装置、发电控制装置、管道电缆和水底蓄能仓群体，水底蓄能仓群体通过管道电缆和能源转换装置连接，发电控制装置控制水底蓄能仓群体和能源转换装置的动作；所述的能源转换装置的功能是在发电控制装置的自动控制下，把电能或可再生能源转化为压缩空气能，再通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存；或者是在发电控制装置的自动控制下，把已储存在水底蓄能仓群体内的压缩空气能转变为电能；水底蓄能仓群体的功能是大量贮存压缩空气能。

本发明由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：一是可在水底大量长期储存电网谷电剩余电能和各种可再生能源，包括风能、波浪能、潮汐能、太阳能等，本发明起动快速，便于电网调峰之用；二是本发明装置利用水底恒定静压压蓄能贮气胶袋输出压缩空气，输出时气压恒定、能量利用完全；三是适用范围广，凡是水深大于50米的海、江、河、湖和水电站库区均可建立水底恒压贮气蓄能电站，水深越大，蓄存能量越多，尤其是深海更适合建大型蓄能电站；四是水底蓄能仓群体模块化结构，蓄能电站规模可大可小，更有利于分散的海洋可再生能源的开发利用；五是水底蓄能仓群体为钢筋混凝土结构，内外压力相等，为非承压壳体，建设成本和维护成本低，建设周期短、使用寿命长，便于就地工业化生产；六是能自动浮升转移，在水底不受环境影响和人为破坏，不大量占用陆地资源，可以平战结合，即使压缩空气泄漏也不会影响生态环境。

附图说明

图1为本发明的总体方框图。

图2为本发明水底蓄能仓的结构示意图。

图3为测量控制室放大图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括能源转换装置、发电控制装置、管道电缆和水底蓄能仓群体。水底蓄能仓群体通过管道电缆和能源转换装置连接，发电控制装置控制水底蓄能仓群体和能源转换装置的动作。

所述的能源转换装置的功能是在发电控制装置的自动控制下，把电能或可再生能源转化为压缩空气能，再通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存；或者是在发电控制装置的自动控制下，把已储存在水底蓄能仓群体内的压缩空气能转变为电能；水底蓄能仓群体的功能是大量贮存压缩空气能。水底蓄能仓群体贮存压缩空气能的多少与所处的深度和群体数量有关，水深越深，群体数量越多则贮存的空气压缩能越多。通常水深每增加10米，贮存压缩空气能就增加约一倍。

能源转换装置包括空压机组、双向涡轮压气发电机组和再生能源压气装置。

空压机组的功能是把可再生能源(可再生能源包括风力发电、波浪发电、潮汐流能发电、太阳能光电池等)产生的不稳定电能通过该空压机组转化为压缩空气能。

双向涡轮压气发电机组的功能是把电网深夜富余电能通过该双向涡轮压气发电机组转化为压缩空气能；或是把贮存在水底蓄能仓群体的压缩空气能重新转变成电能。

上述由空压机组、双向涡轮压气发电机组转换的压缩空气能，在发电控制装置的自动控制下，通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存。

再生能源压气装置的功能是将各种可再生能源动力直接转换为压缩空气能，得到的压缩空气能在发电控制装置的自动控制下，通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存。

需要发电时，通过双向涡轮压气发电机组将压缩空气能转为电能。

管道电缆为柔性管道，管道内设信号传输电缆。

水底蓄能仓群体由一群独立的水底蓄能仓组成，图1中标出了三个结构相同的水底蓄能仓，分别为水底蓄能仓I、水底蓄能仓II、水底蓄能仓N。

单个水底蓄能仓的结构如图2所示。水底蓄能仓包括仓体11和设于仓体11内部的独立的三个仓室。三个仓室分别为水压蓄能室7、配重浮力室和测量控制室1。水压蓄能室7和配重浮力室之间设有维修管道9，使水压蓄能室7和配重浮力室相通。

水压蓄能室7设于水底蓄能仓的上部，为一个扁平长方体容室，要求内壁光滑，四角均为圆角。在扁平长方体容室内设有蓄能贮气胶袋6，蓄能贮气胶袋6体积稍小于扁平长方体容室。蓄能贮气胶袋6的外部为水压室，水压室内注满有海水。水压室通过预制管道17经测量控制室1与周边的海水沟通。蓄能贮气胶袋6以双层纤维布做骨架，外覆合成橡胶布或钢丝帘布橡胶板。蓄能贮气胶袋6的功能是贮存空气能。

水压蓄能室7上部的扁平长方体容室也可设计成圆筒形容室。

水压蓄能室7底部设有限位止动开关5，以探测压缩空气信息。水压蓄能室7的顶部设有导电传感器2，用于监控蓄能贮气胶袋6漏气报警和启动应急措施，以使发电控制装置自动停止压缩空气输入蓄能贮气胶袋6和切断水压室顶部海水通道，以防止气体泄漏。

水底蓄能仓的顶部四角处设有四个吊环8，供起吊用。水底蓄能仓底部四角处设有四个锚爪12，使其在沉入海底时扎进海底的泥砂之中，以防止海流冲击而移位。

配重浮力室设于水底蓄能仓的下部，包括浮力室13和配重室14。浮力室13设于上层，它为一个扁平长方体容室，要求内壁光滑，四角均为圆角。在浮力室13内设有浮升胶袋15，浮升胶袋15体积稍小于浮力室13。在浮力室13后部的仓体墙上开有施工维修通道10，维修通道上盖有封盖密闭10-1。配重室14位于浮力室13的下方。配重室14内充填实心的钢筋混凝土，也可用钢筋混凝土配大量卵石充填。

浮升胶袋15的功能是确保定期维修或应急处理时自动上浮。配重室14的功能是保证蓄能仓在蓄能贮气胶袋6充满压缩空气、水压室和浮力室注满海水时，全蓄能仓的总重量明显大于浮力而不会上浮。

浮力室13也可设计为筒形容室。

如图2和图3所示，测量控制室1呈圆筒状。测量控制室1的二端设有前端封盖和后端封盖，测量控制室内设有自动控制箱25、电磁阀21、电磁阀22、电磁阀23和电磁阀24。前端封盖设有用螺栓固定的法兰盘19，后端封盖设有用螺栓固定的法兰盘4。前端封盖的法兰盘19连接管道电缆，后端封盖的法兰盘14连接蓄能贮气胶袋6。测量控制室1的后端盖上设有测压传感器3，以动态反映容室内的水压(水深)。电磁阀21排气管20连接，电磁阀22蓄能贮气胶袋6连接，电磁阀23通过管道16浮升胶袋15连接，电磁阀24通过管道17与海水过滤口18连接。

本发明水底蓄能仓的组装过程如下：在正在浇注的水底蓄能仓体混凝土中埋入测量控制室筒体，在经过保养期后，打开测量控制室两头封盖(前端封盖和后端封盖)和仓体11后部的维修通道10，首先安装导电传感器2、测压传感器3和限位止动开关5，然后安装蓄能贮气胶袋6和浮升胶袋15，再安装电磁阀21、电磁阀22、电磁阀23和电磁阀24，而后安装内部电缆线和相关管道。组装完成后封闭前端封盖，然后通过滑道推入水中。

本发明的工作原理是借助水底蓄能仓内的深水恒定静压均匀挤压蓄能贮气胶袋6，大量输出恒定压力的压缩空气，通过管道电缆传输到设在水面平台或附近岸上的发电房内，在发电控制装置的自动控制下，推动大功率双向涡轮压气发电机组稳定发电，供用户直接使用或回输电网供电。在需要向海底蓄能时，在可现再生能源和电网富余电能推动下，设置在水上发电房内的电动压气机组或大功率双向涡轮压气发电机组逆向运转，或是可再能能源分散装置设置的机械装置直接压气运行，它们产生的大量压缩空气经发电控制装置分配，通过管道电缆输送到水底蓄能仓群体内的蓄能贮气胶袋6内储存备用。输入蓄能贮气胶袋6的压缩空气压力略高于水底蓄能仓内水的静压力，以使蓄能贮气胶袋6鼓胀排出水底蓄能仓内的进水。

当水底蓄能仓需上浮维收或应急转移时，在水上发电控制装置的自动控制下，向浮升胶袋15输入压缩空气，当浮力大于水底蓄能仓重力时，即可逐渐上浮。此时蓄能贮气胶袋6和浮升胶袋15内压缩空气压力随着水深减少而同步下降，直至浮出水面。水底蓄能仓内外和蓄能贮气胶袋6、浮升胶袋15这二个胶袋内外压力始终维住相等，浮升全过程都为非受压状态，以免因压力而损坏。

Claims (10)

1.一种大功率水底恒压蓄能电站，包括能源转换装置、发电控制装置、管道电缆，其特征在于该大功率水底恒压蓄能电站还包括水底蓄能仓群体，水底蓄能仓群体通过管道电缆和能源转换装置连接，发电控制装置控制水底蓄能仓群体和能源转换装置的动作；

所述的能源转换装置的功能是在发电控制装置的自动控制下，把电能或可再生能源转化为压缩空气能，再通过管道电缆输入到水底蓄能仓群体储存；或者是在发电控制装置的自动控制下，把已储存在水底蓄能仓群体内的压缩空气能转变为电能；水底蓄能仓群体的功能是大量贮存压缩空气能。

2.根据权利要求1所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于能源转换装置包括空压机组、双向涡轮压气发电机组和再生能源压气装置；

空压机组的功能是把可再生能源产生的不稳定电能通过该空压机组转化为压缩空气能；

双向涡轮压气发电机组的功能是把电网深夜富余电能通过该双向涡轮压气发电机组转化为压缩空气能；或是把贮存在水底蓄能仓群体的压缩空气能重新转变成电能；再生能源压气装置的功能是将可再生能源动力直接转换为压缩空气能。

3.根据权利要求1所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于水底蓄能仓群体由一群独立的水底蓄能仓组成，水底蓄能仓包括仓体和设于仓体内部的独立的三个仓室，三个仓室分别为水压蓄能室、配重浮力室和测量控制室；水压蓄能室和配重浮力室之间设有维修管道，使水压蓄能室和配重浮力室相通。

4.根据权利要求3所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于水压蓄能室设于水底蓄能仓的上部，为一个扁平长方体容室，内壁光滑，四角均为圆角，在扁平长方体容室内设有蓄能贮气胶袋，蓄能贮气胶袋体积稍小于扁平长方体容室；蓄能贮气胶袋的外部为水压室，水压室内注满有海水；水压室通过预制管道经测量控制室与周边的海水沟通；蓄能贮气胶袋以双层纤维布做骨架，外覆合成橡胶布或钢丝帘布橡胶板；蓄能贮气胶袋的功能是贮存空气能。

5.根据权利要求4所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于水压蓄能室底部设有限位止动开关，以探测压缩空气信息；水压蓄能室的顶部设有导电传感器，用于监控蓄能贮气胶袋漏气报警和启动应急措施，以使发电控制装置自动停止压缩空气输入蓄能贮气胶袋和切断水压室顶部海水通道，以防止气体泄漏。

6.根据权利要求3所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于水底蓄能仓的顶部四角处设有四个吊环，供起吊用；水底蓄能仓底部四角处设有四个锚爪，使其在沉入海底时扎进海底的泥砂之中，以防止海流冲击而移位。

7.根据权利要求4所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于配重浮力室设于水底蓄能仓的下部，包括浮力室和配重室，浮力室设于上层，它为一个扁平长方体容室，内壁光滑，四角均为圆角，在浮力室内设有浮升胶袋，浮升胶袋体积稍小于浮力室；在浮力室后部的仓体墙上开有施工维修通道，通道上盖有封盖密闭；配重室位于浮力室的下方，配重室内充填实心的钢筋混凝土或钢筋混凝土配大量卵石充填；

浮升胶袋的功能是确保定期维修或应急处理时自动上浮；配重室的功能是保证蓄能仓在蓄能贮气胶袋充满压缩空气、水压室和浮力室注满海水时，全蓄能仓的总重量明显大于浮力而不会上浮。

8.根据权利要求4所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于测量控制室呈圆筒状，测量控制室二端设有前端封盖、后端封盖，测量控制室内设有自动控制箱和四个电磁阀；前端封盖和后端封盖上设有用螺栓固定的法兰盘；前端封盖的法兰盘连接管道电缆，后端封盖的法兰盘连接蓄能贮气胶袋；

测量控制室的功能是通过电缆管道传输测控制信息，在发电控制装置的控制下，执行蓄能仓的下沉铺设、充注或输出压缩空气、控制水底蓄能仓的正常或应急上浮，使水底蓄能仓能自动完成各项预定动作。

9.根据权利要求8所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于测量控制室的后端封盖上设有测压传感器，以动态反映容室内的水压。

10.根据权利要求1所述的大功率水底恒压蓄能电站，其特征在于管道电缆为柔性管道，管道内设信号传输电缆。

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