CN102661228A

CN102661228A - 水气分舱储能系统

Info

Publication number: CN102661228A
Application number: CN2012101429208A
Authority: CN
Inventors: 王静然
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: CN102661228B

Abstract

本发明公开了一种水气分舱储能系统，涉及电能物理储能的系统。所述系统包括空气压缩机泵组、高压气舱、高压水舱、发电/储能装置及储水舱，其中，高压气舱与高压水舱独立设置，储水舱与大气相通，空气压缩机泵组通过第一管路与高压气舱相连通，第一管路上设有第一阀门，高压气舱通过第二管路与高压水舱相连通，第二管路上设有第二阀门，高压水舱与储水舱之间设有至少一个发电/储能装置。本发明通过上述简单结构实现能量的转换，降低了系统造价高，解决了传统压缩空气储能系统存在的设备造价高、换热系统复杂的问题，此外，本发明通过独立设置并相互连通的高压气舱和高压水舱结构，实现气体压力输出可控，水压力输出可控，即实现发电/电动机输出功率可控。

Description

水气分舱储能系统

技术领域

本发明涉及一种电能物理储能的系统，特别涉及一种水气分舱储能系统。

背景技术

中国现已经超过美国成为世界第一大能源消费国，未来，随着中国的飞速发展，对能源的消耗还会大幅增加，我国在能源消费和节能减排方面必将承受更多和更大的国际压力。

目前，世界能源发展的主流趋势正在发生重大转变，正逐步走向摒弃核电和摒弃水电的道路，例如欧洲的核心国德国已宣布2020年弃核，其它欧洲国家已炸掉到期水电站；重点提高现有能源的利用率，逐步提高新兴能源与可再生能源在电网中所占比重，逐步限制火电的发展。

风电是我国唯一已经被大规模开发利用的可再生能源。但是，由于我国风电场的风电波动性强，稳定性差，造成风电基地的风机脱网事故频繁发生，给对风电场和电网的安全运行带来了严重影响。

截止到目前为止，关于电力储存的方法很多，诸如：压缩空气储能、抽水蓄能、电磁储能、飞轮储能、超级电容储能、超临界压缩空气储能、充电电池储能等，但是能够进行大规模风电储存的成熟技术只有两种：一种是抽水蓄能技术，另一种是压缩空气储能技术。

目前，在国内没有商业运行的压缩空气储能电站，也没有设计大规模压缩空气储能的示范工程经验，仅有部分高校及科研院所对压缩空气储能进行了基础性研究。

现有压缩空气储能系统在储能过程中需要采用带有中间冷却器和后冷器的多级压缩机组，设备造价高、换热系统复杂、产生大量低品位热量；在压缩空气膨胀发电过程中，为了获取尽可能多的膨胀功，必须对气体透平的进气进行加热至600度左右，为此需要给该系统配套燃气透平发电/电动机组，从燃气透平机高温尾气获取热量，或者加装辅助加热装置，燃料如天然气、煤或燃油补给系统，需要消耗数量可观的不可再生资源。

发明内容

为了克服现有压缩空气储能系统设备造价高、换热系统复杂的问题，本发明提供一种水气分舱储能系统。所述技术方案如下：

一种水气分舱储能系统，所述系统包括空气压缩机泵组、高压气舱、高压水舱、发电/储能装置及储水舱，其中，所述高压气舱与所述高压水舱独立设置，所述储水舱与大气相通，

所述空气压缩机泵组通过第一管路与所述高压气舱相连通，所述第一管路上设有第一阀门，所述空气压缩机泵组为所述高压气舱中的气体提供预置压力，

所述高压气舱通过第二管路与所述高压水舱相连通，所述第二管路上设有第二阀门，所述第二阀门用于控制所述高压气舱中流出气体的量，

所述高压水舱与所述储水舱之间设有至少一个发电/储能装置，所述发电/储能装置包括第三阀门、可逆水轮机、第三管路和发电/电动机，所述第三阀门及所述可逆水轮机顺次设置在所述第三管路上，所述可逆水轮机与所述发电/电动机相连并最终连接至电网，所述第三阀门为双向阀门，所述发电/储能装置发电时，通过所述高压气舱中的气体给所述高压水舱中的水加压，使得所述可逆水轮机拖动所述发电/电动机工作，将水压力转换为电能并输出至所述电网，所述发电/储能装置储能时，所述储水舱中的水经所述可逆水轮机和所述第三阀门流进所述高压水舱，压缩所述高压水舱中的气体，进而对所述高压气舱中的气体储能。

具体地，作为优选，所述发电/储能装置为多个，多个发电/储能装置并联连接在所述高压水舱与所述储水舱之间。

进一步地，所述系统包括补充换热器及第一压力传感器，所述补充换热器及所述第一压力传感器顺次设置在所述第二管路上，所述补充换热器为流出所述高压气舱的气体加热，进而使所述气体体积进一步膨胀达到增压目的，通过所述第一压力传感器调控所述第二阀门的开度，以使得进入所述高压水舱的气体压力保持恒定。

进一步地，所述系统包括溢流阀和第二压力传感器，所述溢流阀与所述高压气舱相连，所述溢流阀与大气相通，所述第二压力传感器设置在所述第二阀门与所述高压气舱之间，通过所述第二压力传感器控制所述溢流阀工作。

进一步地，所述系统还包括至少一储能装置，储能装置包括第四阀门、高压水泵及第五管路，所述第四阀门和所述高压水泵顺次设置在所述第五管路上，所述高压水泵与外来富余电力相连，所述储能装置工作时，所述外来富余电力使得所述高压水泵工作，所述储水舱中的水通过所述高压水泵输送至所述高压水舱，使得所述高压水舱中的气体被压缩，进而对所述高压气舱中的气体储能。

具体地，作为优选，所述储能装置为多个，多个储能装置并联连接在所述高压水舱与所述储水舱之间。

具体地，作为优选，所述高压气舱与所述高压水舱为分体式结构，并且它们按照左右布置或上下布置的方式独立设置。

具体地，作为优选，所述高压气舱与所述高压水舱为整体式结构，所述高压气舱与所述高压水舱通过设于它们之间的承压壁分隔为上下布置的独立舱室。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：与传统压缩空气储能系统相比，本发明所述系统包括空气压缩机泵组、高压气舱、高压水舱、发电/储能装置及储水舱，通过上述简单结构实现能量的转换，降低了系统造价高，解决了传统压缩空气储能系统存在的设备造价高、换热系统复杂的问题，此外，本发明通过独立设置并相互连通的高压气舱和高压水舱结构，实现气体输出压力可控，水压力输出可控，即实现发电/电动机输出功率可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明一实施例提供的水气分舱储能系统的整体结构图；

图2是本发明另一实施例提供的水气分舱储能系统的整体结构图；

图3是本发明再一实施例提供的水气分舱储能系统的整体结构图。

图中各符号表示含义如下：

1空气压缩机泵组，2第一管路，3高压气舱，4第二管路，5第二阀门，6第二压力传感器，7补充换热器，8第一压力传感器，9高压水舱，10第三管路，11第三阀门，12可逆水轮机，13电网，14储水舱，15大气连通口，16高压水泵，17第四阀门，18第五管路，19外来富余电力，20发电/电动机，21第一阀门，22溢流阀，23承压壁，100发电/储能装置，200储能装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种水气分舱储能系统，所述系统包括空气压缩机泵组1、高压气舱3、高压水舱9、发电/储能装置100及储水舱14，其中，所述高压气舱3与所述高压水舱9独立设置，所述储水舱14与大气相通，

如图1所示，所述空气压缩机泵组1通过第一管路2与所述高压气舱3相连通，所述第一管路2上设有第一阀门21，所述空气压缩机泵组1为所述高压气舱3中的气体提供预置压力，

如图1所示，所述高压气舱3通过第二管路4与所述高压水舱9相连通，所述第二管路4上设有第二阀门5，所述第二阀门5用于控制所述高压气舱3中流出气体的压力，

如图1所示，所述高压水舱9与所述储水舱14之间设有至少一个发电/储能装置100，具体的本实施例中，设有两个发电/储能装置100，两个发电/储能装置100分别以并联的方式设置在在所述高压水舱9与所述储水舱14之间，当然，本领域技术人员可以理解，所述发电/储能装置100还可以为多个，多个发电/储能装置100并联连接在所述高压水舱9与所述储水舱14之间，多个发电/储能装置100结构相同，本实施例以图2中所示的发电/储能装置为例加以说明，

如图2所示，所述发电/储能装置100（参见图1）包括第三阀门11、可逆水轮机12、第三管路10和发电/电动机20，所述第三阀门11及所述可逆水轮机12顺次设置在所述第三管路10上，所述可逆水轮机12与所述发电/电动机20相连并最终连接至电网13，所述第三阀门11为双向阀门，所述发电/储能装置100（参见图1）发电时，通过所述高压气舱3中的气体给所述高压水舱9中的水加压，使得所述可逆水轮机12拖动所述发电/电动机20工作，将水压力转换为电能并输出至所述电网13，所述发电/储能装置100（参见图1）储能时，所述储水舱14中的水经所述可逆水轮机12和所述第三阀门11流进所述高压水舱9，压缩所述高压水舱9中的气体，进而对所述高压气舱3中的气体储能。

如图2所示，本发明所述系统包括空气压缩机泵组1、高压气舱3、高压水舱9、发电/储能装置100（参见图1）及储水舱14，通过上述简单结构实现能量的转换，降低了系统造价高，解决了传统压缩空气储能系统存在的设备造价高、换热系统复杂的问题，此外，本发明通过独立设置并相互连通的高压气舱3和高压水舱9结构，实现了气体压力可控，水压力输出可控，即实现了发电/电动机20输出功率可控。

具体地，本实施例中，如图1所示，第二阀门5优选为双向变量流量阀。

具体地，本实施例中，如图1所示，储水舱14通过大气连通口15与大气连通，当然，本领域技术人员可以理解，所述储水舱14还可以是储水池，此时，储水池的开口与大气相通。

进一步地，如图2所示，所述系统包括补充换热器7及第一压力传感器8，所述补充换热器7及所述第一压力传感器8顺次设置在所述第二管路4上，所述补充换热器7为流出所述高压气舱3的气体加热，进而使所述气体体积进一步膨胀达到增压的目的，通过所述第一压力传感器8调控所述第二阀门5的开度，以使得进入所述高压水舱9的气体压力保持恒定。

由于气体在膨胀过程中会大量吸热，通过本实施例中的补充换热器7加热气体可增加气体压力，解决了发电过程中气体压力衰减的问题，使得发电/电动机20输出功率恒定。

其中，所述补充换热器的热源来自于太阳能或富余电力。

当然，本领域技术人员可以理解，所述补充换热器的热源还可以来自于空气压缩机泵组1。发电过程中，通过外来富余电力带动空气压缩机泵组1工作，空气压缩机泵组1工作过程中产生的热量被补充换热器7吸收，即该热量变为补充换热器7的热源，使得空气压缩机泵组1产生的热被充分利用，因此实现了能源的合理利用。

进一步地，如图2所示，所述系统包括溢流阀22和第二压力传感器6，所述溢流阀22与所述高压气舱3相连，所述溢流阀22与大气相通，所述第二压力传感器6设置在所述第二阀门5与所述高压气舱3之间，通过所述第二压力传感器6控制所述溢流阀22工作，避免高压气舱3出现压力过大的状况。本实施例中，溢流阀22的出口通过管路与大气相通。溢流阀22处于关闭状态时，高压气舱3内的预置气体压力不变。

此外，在发生地质灾害时，通过溢流阀22释放高压气舱3中的气体，可避免二次灾害的发生。

进一步地，如图2所示，所述系统还包括至少一储能装置200（参见图1），储能装置200包括第四阀门17、高压水泵16及第五管路18，所述第四阀门17和所述高压水泵16顺次设置在所述第五管路18上，所述高压水泵16与外来富余电力19相连，所述储能装置200工作时，所述外来富余电力19使得所述高压水泵16工作，所述储水舱14中的水通过所述高压水泵16输送至所述高压水舱9，使得所述高压水舱9中的气体被压缩，进而对所述高压气舱3中的气体储能。本实施例通过所述储能装置200不但可以实现能量的存储，而且可将稳定的或不稳定的外来富余电力19变为稳定的电力并入所述电网13。

具体地，作为优选，如图1所示，所述储能装置200为两个，两个储能装置200分别以并联的方式，连接在所述高压水舱9与所述储水舱14之间。

当然，本领域技术人员可以理解，所述储能装置200还可以为多个，多个储能装置200并联连接在所述高压水舱9与所述储水舱14之间。其中，多个储能装置200的结构相同。

具体地，作为优选，如图2所示，所述高压气舱3与所述高压水舱9为分体式结构，并且它们按照左右布置或上下布置的方式（图中未示出）独立设置。具体地，本实施例中，所述高压气舱3与所述高压水舱9是以左右布置的方式独立设置。

具体地，作为优选，如图3所示，本实施例与图2中实施例的区别在于：所述高压气舱3与所述高压水舱9为整体式结构，所述高压气舱3与所述高压水舱9通过设于它们之间的承压壁23分隔为上下布置的独立舱室，其余结构相同，本实施例不再赘述。

本发明实施例的工作过程如下：

（1）预置压力过程：

如图3所示，第一阀门21打开，第二至第四阀门5、11及17关闭，通过电动机拖动空气压缩机泵组1工作，进而对高压气舱3中的气体充气加压至某预置压力，相当于在该地区修建一定高度的水坝，如当高压气舱3内空气压力为10MPa相当于将水抽至水位高度为1000m的蓄水坝内，达到预置压力后，第一阀门21关闭，空气压缩机泵组1停止工作。其中，预置压力范围为1-18Mpa，优选为5-16Mpa。

（2）储能过程：

Ⅰ如图3所示，储能装置200（参见图1）工作，第一阀门21关闭，第三阀门11关闭，第二阀门5打开，第四阀门17打开，在外来富余电力19的作用下，通过电动机拖动高压水泵16工作，使得储水舱14中的水经第四阀门17进入高压水舱9，高压水舱9中的水体积增加，压缩高压水舱9中的气体，进而使得高压水舱9中的气体经第二阀门5至高压气舱3，使得高压气舱3中的气体加压，实现能量的存储。

Ⅱ如图3所示，储能装置200（参见图1）与发电/储能装置100（参见图1）同时储能，第一阀门21关闭，第二阀门5打开，第三阀门11打开，第四阀门17打开，

储能装置200（参见图1）的工作过程，在外来富余电力19的作用下，通过电动机拖动高压水泵16工作，使得储水舱14中的水经第四阀门17进入高压水舱9，高压水舱9中的水体积增加，压缩高压水舱9中的气体，进而使得高压水舱9中的气体经第二阀门5至高压气舱3，使得高压气舱3中的气体加压，实现能量的存储；

发电/储能装置100（参见图1）的储能过程，通过发电/电动机20拖动可逆水轮机12工作，使得储水舱14中的水经第三阀门11进入高压水舱9，高压水舱9中的水体积增加，压缩高压水舱9中的气体，进而使得高压水舱9中的气体经第二阀门5至高压气舱3，使得高压气舱3中的气体加压，实现能量的存储。

Ⅲ如图3所示，发电/储能装置100（参见图1）储能过程，第一阀门21关闭，第二阀门5打开，第三阀门11打开，第四阀门17关闭，通过发电/电动机20拖动可逆水轮机12工作，使得储水舱14中的水经第三阀门11进入高压水舱9，高压水舱9中的水体积增加，压缩高压水舱9中的气体，进而使得高压水舱9中的气体经第二阀门5至高压气舱3，使得高压气舱3中的气体加压，实现能量的存储。

通过上述能量存储能够将外来富余电力中的不稳定电力变为能够并入电网13的稳定电力。

（3）发电过程：

如图3所示，第二阀门5打开，第三阀门11打开，第一阀门21关闭，第四阀门17关闭，带有预置压力的气体由所述高压气舱3流出，经所述第二阀门5流进所述高压水舱9，对所述高压水舱9中的水加压，所述高压水舱9流出的带有压力的水经所述第二阀门5至所述可逆水轮机12，所述可逆水轮机12拖动所述发电/电动机20工作，将水压力转换为电能并输出至所述电网13。

本发明实施例工作过程中，需保证高压水舱9中的水不流入第二管路4内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水气分舱储能系统，其特征在于，所述系统包括空气压缩机泵组、高压气舱、高压水舱、发电/储能装置及储水舱，其中，所述高压气舱与所述高压水舱独立设置，所述储水舱与大气相通，

2.如权利要求1所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述发电/储能装置为多个，多个发电/储能装置并联连接在所述高压水舱与所述储水舱之间。

3.如权利要求1所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述系统包括补充换热器及第一压力传感器，所述补充换热器及所述第一压力传感器顺次设置在所述第二管路上，所述补充换热器为流出所述高压气舱的气体加热，进而使所述气体体积进一步膨胀达到增压目的，通过所述第一压力传感器调控所述第二阀门的开度，以使得进入所述高压水舱的气体压力保持恒定。

4.如权利要求1所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述系统包括溢流阀和第二压力传感器，所述溢流阀与所述高压气舱相连，所述溢流阀与大气相通，所述第二压力传感器设置在所述第二阀门与所述高压气舱之间，通过所述第二压力传感器控制所述溢流阀工作。

5.如权利要求1所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述系统还包括至少一储能装置，储能装置包括第四阀门、高压水泵及第五管路，所述第四阀门和所述高压水泵顺次设置在所述第五管路上，所述高压水泵与外来富余电力相连，所述储能装置工作时，所述外来富余电力使得所述高压水泵工作，所述储水舱中的水通过所述高压水泵输送至所述高压水舱，使得所述高压水舱中的气体被压缩，进而对所述高压气舱中的气体储能。

6.如权利要求5所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述储能装置为多个，多个储能装置并联连接在所述高压水舱与所述储水舱之间。

7.如权利要求1-6任一项权利要求所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述高压气舱与所述高压水舱为分体式结构，并且它们按照左右布置或上下布置的方式独立设置。

8.如权利要求1-6任一项权利要求所述的水气分舱储能系统，其特征在于，所述高压气舱与所述高压水舱为整体式结构，所述高压气舱与所述高压水舱通过设于它们之间的承压壁分隔为上下布置的独立舱室。