CN102913416B - 一种机械全桥式循环液气压缩部件及储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械全桥式循环液气压缩部件及储能系统，该部件包括常压、高压储液罐、第一至第六阀门、第一、第二进/出气口、三通和管道；常压、高压储液罐底端各开有两个口，常压储液罐底端一个口通过管道、第一、第三阀门和高压储液罐底端一个口连接，常压储液罐底端另一个口通过管道、第二、第四阀门和高压储液罐底端另一个口连接，其中第一、第三阀门之间管道以及第二、第四阀门之间管道接有三通，常压和高压储液罐中装有液体，高压储液罐通过上方的第五阀门与管道串联而成，常压储液罐上方装有第一进/出气口，高压储液罐上方装有第二进/出气口，第二进/出气口装有第六阀门。

Description

一种机械全桥式循环液气压缩部件及储能系统
技术领域
本发明涉及能源存储技术领域，尤其涉及一种机械全桥式循环液气压缩部件及储能系统。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的动力，随着社会的发展，人类对能源的需求越来越大。但是人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到了能源安全、能源短缺以及过度使用能源带来的环境污染问题。发展清洁的可再生能源有利于解决能源安全、能源危机和环境污染问题。由于可再生能源中的太阳能、风能具有间歇性，如何利用储能技术将这些间歇式能源“拼接”起来，并且稳定地输出，是可再生能源发展的关键。通过储能系统可以解决上述问题。目前最常用的蓄电方式是铅酸蓄电池，但是其成本、使用寿命和对环境污染等因素限制了它的发展。压缩空气储能技术可以避免以上缺点，是目前很有潜力的储能方式。它对环境零污染，使用寿命长。
传统的压缩空气储能技术是一种基于燃气轮机的储能技术。由于需要燃烧化石燃料，产生温室气体CO2，同样会对环境造成污染。因此，国外又提出了一种不消耗燃料的压缩空气储能装置。利用压缩空气的势能通过转换机械，转化为机械能。实现的方式有两种：仅有的活性流体是空气的纯气动转换系统；和将一种液体用作活性流体的液压气动转换系统。纯气动转换系统很难实现在气缸中压缩和膨胀过程中的热交换，再加上空气的摩擦和泄漏，导致纯气动转换系统的效率很低。虽然液压气动转换系统的效率比较高，但是实现液压——气动转换的难题是如何处理液气接触界面。
实现液压——气动转换的方案分别由Ivan Cyphelly、AlfredRufer和Sylvain Lemofouet提出或已经申请了专利。
在I.Cyphe l l y,A.Rufer,Ph.Brückman,W.Menhardt,A.Rel ler;Usage of Compressed Air Storage System;DIP project240050,Swi ss Federal Office of Energy,May 2004.和IvanCyphel ly;Pneumo-Hydraul i c Converter for Energy Storage;USPatent 6,145,311,Nov 2000.提出的方案中，在集成“薄板热交换器”的交替的液压活塞工作室中压缩/膨胀空气，在压缩和膨胀期间需要良好的热交换，但是这不容易实现。在Alfred.Rufer;Hydro-Pneumatic Storage System;PCT/IB2007/051736.提出的方案中，通过以“淋浴”的形式在工作室中喷射液体进行压缩，可以快速有效地吸收压缩热，但是在膨胀过程中需要外部循环液体来加热空气。在·勒穆富埃A·鲁费尔;多级液压气体压缩/膨胀系统和方法;PCT/IB2008/0536912008.09.12中提到的方案，是利用多级活塞压缩空气。上述三种液压——气动系统是由不同的机器组件和部件组成，体积庞大，而且这几种界面实现的方法比较困难，不容易控制。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种结构简单、压缩效率高、体积小、容易实现和容易控制的循环液气界面。
为了解决以上技术问题，本发明实施例公开了一种机械全桥式循环液气压缩部件，包括常压储液罐、高压储液罐、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第一进/出气口、第二进/出气口、三通和管道；所述常压储液罐、高压储液罐底端各开有两个口，所述常压储液罐底端一个口通过管道、第一阀门、第三阀门和高压储液罐底端一个口连接，常压储液罐底端另一个口通过管道、第二阀门、第四阀门和高压储液罐底端另一个口连接，其中第一阀门、第三阀门之间管道以及第二阀门、第四阀门之间管道接有三通，所述的常压储液罐和高压储液罐中装有液体，所述的高压储液罐通过上方的第五阀门与管道串联而成，所述的常压储液罐上方装有第一进/出气口，高压储液罐上方装有第二进/出气口，第二进/出气口装有第六阀门。
优选地，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门为电磁阀门。
优选地，阀门的控制动作采用全桥电路原理或可变换的半桥、推挽原理。
优选地，液体为水或矿物油或植物油。
优选地，常压储液罐上下方分别装有第一液面检测装置、第二液面检测装置。
优选地，高压储液罐上下方分别装有第三液面检测装置、第四液面检测装置。
优选地，第六阀门之前装有消声器。
本发明实施例还公开了一种储能系统，包括能源、变流器、电动机/发电机、液压泵/马达、权利要求1至6任意一项所述的机械全桥式循环液气压缩部件、热交换器、高压容器，它们顺序串联组成，其中液压泵/马达连接在机械全桥式循环液气压缩部件的两个三通之间。
优选地，能源为可直接或间接驱动泵机旋转的能量。
优选地，能源为可转化为电能的可再生能源，如太阳能或风能。
本发明液气压缩储能部件结构简单、压缩效率高，体积小、存储能量密度高，系统控制简单，采用电气控制实现压缩势能、机械能、热能与电能的转换。将它与可再生能源发电结合使用，解决了由可再生能源的间歇性引起的对电网的冲击作用，而且可以促进可再生能源的发展。本发明的结构避免了传统的压缩空气储能装置对地质结构的要求，而且不燃烧化石燃料，对环境无污染。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是循环液气压缩部件的结构示意图。
图2是储能系统结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图2对本发明的实施例进行说明。
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的机械全桥式循环液气压缩空气储能系统，如图2所示，包括能源700、变流器100，电动机/发电机200、液压泵/马达300、循环液气压缩部件400、热交换器500、高压容器600，它们串联组成；所述的循环液气压缩部件如图1所示，包括常压储液罐1、高压储液罐2、液体3、第一阀门4、第二阀门5、第三阀门6、第四阀门7、第五阀门8、第六阀门9、第一液面检测装置10、第二液面检测装置11、第三液面检测装置12、第四液面检测装置13、管道14、第一进/出气口15、第二进/出气口16、消声器17组成。所述常压储液罐1、高压储液罐2底端各开有两个口，所述常压储液罐1底端一个口通过管道14、第一阀门4、第三阀门6和高压储液罐2底端一个口连接，常压储液罐1底端另一个口通过管道14、第二阀门5、第四阀门7和高压储液罐3底端另一个口连接，其中第一阀门4、第三阀门6之间管道14以及第二阀门5、第四阀门7之间管道14接有三通，所述的常压储液罐1和高压储液罐2中装有液体3，所述的高压储液罐2通过上方的第五阀门8与管道14串联而成，所述的常压储液罐1上方装有第一进/出气口15，高压储液罐2上方装有第二进/出气口16，第二进/出气口16装有第六阀门9。
机械全桥式循环液气压缩储能系统分两个阶段工作，一个是压缩储能阶段，一个是膨胀释能阶段。
结合图2所示，压缩储能过程描述如下：可再生能源发出的电能或者是电网中的电能700通过变流器100，将电能变换成合适的电能供给电动机/发电机200，此时电动机/发电机200工作在电动机状态，电动机200驱动液压泵/液压马达300，此时液压泵/液压马达300工作在液压泵状态，液压泵300通过循环液气压缩系统400将外界的空气压缩，通过热交换器500冷却空气，将压缩空气压入高压容器600中。结合图1说明循环液气压缩部件在储能阶段的具体工作步骤：假设当常压储液罐1中装满液体3，高压储液罐2中装满气体时，此时第一阀门4、第四阀门7、第五阀门8导通，第二阀门5、第三阀门6、第六阀门9截止，在液压泵300的作用下，常压储液罐1中的液体3被抽入到高压储液罐2中，高压储液罐2中的气体经管道14和热交换器500被压缩到高压容器600中，直到高压储液罐2中的气体全部被液体压缩到高压容器600中，它通过第一液面检测装置10检测常压储液罐1中的液体是否全部被抽到高压储液罐2中或第四液面检测装置13检测高压储液罐2中的气体是否全部被压出进行判断；当高压储液罐2中充满液体时，将第一阀门4、第四阀门7、第五阀门8截止，第二阀门5、第三阀门6、第六阀门9导通，在液压泵300的作用下，高压储液罐2中的液体被抽到常压储液罐1中，液体将常压储液罐1中的气体经第一进/出气口15排到大气中，由于第六阀门9导通，在外界大气压的作用下，空气经消声器17进入高压储液罐2，直到高压储液罐2中的液体全部被泵抽到常压储液罐1中，此时高压储液罐2中充满气体，它通过第二液面检测装置11或第三液面检测装置12进行判断。重复上述步骤，直到高压容器600中的压力达到预定的压力，在这一过程中液压泵的旋转方向始终没有发生变化。
膨胀释能过程描述如下：高压容器600中的压缩空气释放，经过热交换器500，通过循环液气压缩部件400释放能量，将压缩空气的势能转换成液压能，再驱动液压泵/液压马达300，此时液压泵/液压马达300工作在液压马达状态，将液压能转换成机械能，带动电动机/发电机200发电，此时电动机/发电机200工作在发电机状态，经过变流器100，将发出的电能转换成合适的电压供电网或用户使用。结合图1说明循环液气压缩系统在膨胀释能阶段的具体工作步骤：当高压储液罐2充满液体时，将第二阀门5、第三阀门6、第五阀门8导通，第一阀门4、第四阀门7、第六阀门9截止，高压容器600中的压缩空气压缩高压储液罐2中的液体，高压的液体驱动液压马达300转动，然后流回到常压储液罐1中，当高压储液罐2中的液体减少到设定的值时，可以通过第二液面检测装置11或第三液面检测装置12进行判断，再将第五阀门8截止，第六阀门9导通，释放高压储液罐2中的气体；然后将第一阀门4、第四阀门7导通，阀第二门5、第三阀门6依然导通，此时在液压马达的输入和输出口的压力相等，它会在惯性的作用下停止转动，如果常压储液罐1的位置比高压储液罐2的位置高，常压储液罐1中的液体会在重力的作用下流回到高压储液罐2中，当然也可以对常压储液罐1施加额外的压力使液体快速的流回高压储液罐2中，直到常压储液罐1中的液体完全流回高压储液罐2中，可以通过第一液面检测装置10和第四液面检测装置13进行检测判断。重复上述过程，实现压缩空气的释放能量过程。通常在这一过程中第二阀门5、第三阀门6会一直保持导通，在压缩空气膨胀时第一阀门4、第四阀门7截止，在压缩空气预膨胀时第一阀门4、第四阀门7导通。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种机械全桥式循环液气压缩部件，其特征在于，包括常压储液罐、高压储液罐、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第一进/出气口、第二进/出气口、三通和管道；所述常压储液罐、高压储液罐底端各开有两个口，所述常压储液罐底端一个口通过管道、第一阀门、第三阀门和高压储液罐底端一个口连接，常压储液罐底端另一个口通过管道、第二阀门、第四阀门和高压储液罐底端另一个口连接，其中第一阀门、第三阀门之间管道以及第二阀门、第四阀门之间管道接有三通，所述的常压储液罐和高压储液罐中装有液体，所述的高压储液罐通过上方的第五阀门与管道串联而成，所述的常压储液罐上方装有第一进/出气口，高压储液罐上方装有第二进/出气口，第二进/出气口装有第六阀门；
所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门为电磁阀门；
所述阀门的控制动作采用全桥电路原理或可变换的半桥、推挽原理；
所述液体为水或矿物油或植物油；
所述常压储液罐上下方分别装有第一液面检测装置、第二液面检测装置；
所述高压储液罐上下方分别装有第三液面检测装置、第四液面检测装置；
在所述第六阀门之前装有消声器。
2.一种储能系统，其特征在于，包括能源、变流器、电动机/发电机、液压泵/马达、权利要求1所述的机械全桥式循环液气压缩部件、热交换器、高压容器，它们顺序串联组成，其中液压泵/马达连接在机械全桥式循环液气压缩部件的两个三通之间；
所述能源为可直接或间接驱动泵机旋转的能量；
所述能源为可再生能源转化的电能量。
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