CN102954050B - 一种液压-气压结合的活塞式储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压-气压结合的活塞式储能系统，涉及电力存储技术，在用电低谷通过液压泵将液体从储液器压入活塞式储能器，使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为气体的内能存储起来；在用电高峰，活塞式储能器中的高压气体膨胀将液体压出，经管道驱动液压马达并带动发电机发电。本发明的系统利用活塞式储能器的工作特点，使压缩空气储能系统微型化，从而解决了传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。同时具有造价低、效率高、不受储能周期限制、适用于各种类型电源、对环境友好等特点，有广阔的应用前景。

Description

一种液压-气压结合的活塞式储能系统
技术领域
本发明涉及电力存储技术领域，特别是一种液压-气压结合的活塞式储能系统。
背景技术
长期以来，为满足不断增加的电力负荷要求，电力部门不得不根据最大负荷要求建设发电能力。这一方面造成了大量发电能力的过剩和浪费，另一方面，电力部门又不得不在用电高峰时段限制用电。因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套以缓解系统负荷峰谷差过大的情况。特别对于核电站等仅能高位运行的电力系统，电力储能系统的需求就更为迫切。更为重要的是，电力储能系统是将间歇性能源“拼接”起来，提高可再生能源利用率的有效手段。同时，电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大的问题的关键技术。
压缩空气储能是除抽水蓄能外最具发展潜力的大规模电力储能技术。传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统，在用电低谷将气体压入储气室中，从而将电能转化为气体内能存储起来；在用电高峰将高压气体从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。传统压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率较高和单位投资相对较小等优点；但是压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，不符合绿色能源发展要求；同时，传统压缩空气储能系统也需要特定的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，从而大大限制了传统压缩空气储能系统的应用范围。
发明内容
本发明的目的是公开一种液压-气压结合的活塞式储能系统，以解决传统压缩空气储能系统面临的主要问题，即对特殊地理条件的依赖问题，它在用电低谷通过液压泵将液体从储液器压入活塞式蓄能器使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为气体的内能存储起来；在用电高峰时，活塞式蓄能器中的高压气体膨胀将液体压出，经管道驱动液压马达并带动发电机发电，从而解决了传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种液压-气压结合的活塞式储能系统，包括液压泵-马达储能机组、活塞式储能器、储液器、阀门及管道；其储能时，利用电动机驱动液压泵将液体从储液器经管道压入活塞式储能器存储；释能时，活塞式储能器中的高压气体膨胀将液体压出，经管道驱动液压马达并带动发电机发电；
包括两种构建形式：
a)液压泵-马达储能机组为可逆式液压泵-马达储能机组，包括至少一台可逆式液压泵-马达；
可逆式液压泵-马达储能机组经两管道分别与储液器、活塞式蓄能器相通连，两管道中各设有阀门；
b)液压泵-马达储能机组为四机式或三机式液压泵-马达储能机组，包括至少一台液压泵、一台液压马达；
液压泵-马达储能机组的左右端分别经两管道与储液器、活塞式蓄能器相通连，两管道中各设有阀门；
液压泵-马达储能机组左右端的一管道与储液器、活塞式蓄能器相通连，构成储能回路，左右端的另一管道与储液器、活塞式蓄能器相通连，构成释能回路。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述形式a)，当有多台可逆式液压泵-马达时，多台可逆式液压泵-马达为串联形式或并联形式；在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接，多条管道相互并联，各条管道中设有阀门，或分别汇于两个总阀门。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述形式b)，当有多台液压泵、液压马达时，多台液压泵、液压马达为串联形式或并联形式；在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接，多条管道相互并联，构成多条储能回路或释能回路，各条管道中设有阀门，或分别汇于两个总阀门。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其储能时，通过控制液压泵的流量、转速、关停部分液压泵来调节储能能力；释能时，通过控制液压马达的流量、转速、关停部分液压马达来调节发电能力。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述液压泵-马达储能机组的驱动电源，为常规电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电中的一种或多种。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述活塞式蓄能器，为全置换式或非全置换式，其工作压力范围为0至138MPa。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述全置换式活塞式蓄能器，经管道与高压气瓶或中压气瓶相通连，管道中设有阀门。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述储液器，安装在地上或地下；储液器中的液体，为矿物油、水、甘油三酯、聚乙二醇、合成酯、聚烯烃、水包油型乳化液、油包水型乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯无水合成液中的一种或多种的组合。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述活塞式蓄能器中的气体，是空气、氮气、氩气、氦气中的一种或多种的混合；活塞式蓄能器安装在地上或地下。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述液压泵或可逆式液压泵-马达，是定量液压泵或变量液压泵中的齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式、罗茨式中的一种。
所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其所述液压马达或可逆式液压泵-马达，是高速液压马达或低速液压马达中的齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式、罗茨式中的一种。
本发明的优点在于：利用活塞式储能器的工作特点，使压缩空气储能系统微型化，从而解决了传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。储能过程在用电低谷(低价)，可再生能源发电冗余时启用；释能过程在用电高峰(高价)、电力事故、可再生能源发电不符合要求时启用。本发明同时具有造价低、效率高、不受储能周期限制、适用于各种类型电源、对环境友好等特点，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例1结构示意图；
图2为本发明液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例2结构示意图；
图3为本发明液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例3结构示意图；
图4为本发明液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例4结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种液压-气压结合的活塞式储能系统，它在用电低谷通过液压泵将液体从储液器压入活塞式储能器，使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为气体的内能存储起来；在用电高峰，活塞式储能器中的高压气体膨胀将液体压出，经管道驱动液压马达并带动发电机发电。它利用活塞式储能器的工作特点，使压缩空气储能系统微型化，从而解决了传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。同时具有造价低、效率高、不受储能周期限制、适用于各种类型电源、对环境友好等特点，具有广阔的应用前景。
实施例：
图1是本发明液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例1。本发明的四机式液压-气压结合的活塞式储能系统，其采用四机式液压泵-马达储能机组，活塞式储能器为非全置换式。其中，储液器1，管道2、4、6、8、10、11、13，四机式液压泵-马达储能机组5，阀门3、7、12和活塞式储能器9。四机式液压泵-马达储能机组包括电动机、液压泵、液压马达和发电机；电动机与液压泵的传动轴固接，发电机与液压马达的传动轴固接。
储液器1与四机式液压泵-马达储能机组5经管道2、4、11、13及阀门3、12相通连，四机式液压泵-马达储能机组5与活塞式储能器9经管道6、8、10及阀门7相通连。
储能时，阀门3、7打开，阀门12关闭，低谷(低价)电驱动四机式液压泵-马达储能机组5，将液体通过管道2、4、6、10、8压入活塞式储能器9，使罐内气体受到压缩。储能过程结束，阀门3、7关闭。释能时，阀门7、12打开，阀门3关闭，活塞式储能器9中的高压气体膨胀，将液体经管道8、10、11、13及阀门7、12送到储液器1，并驱动四机式液压泵-马达储能机组5发电。释能过程结束，阀门7、12关闭。
一般情况下，储能和释能过程不同时运行，储能时，四机式液压泵-马达储能机组5的液压泵和电动机工作，液压马达和发电机关闭；释能时则相反，四机式液压泵-马达储能机组5的液压马达和发电机工作，液压泵和电动机关闭。
图2是本发明的液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例2。本发明的三机式液压-气压结合的活塞式储能系统，其主体结构与实施例1相同，但采用三机式液压泵-马达储能机组代替实施例1中的四机式液压泵-马达储能机组。其中，储液器1，管道2、4、6、8、10、11、13，三机式液压泵-马达储能机组5，阀门3、7、12和活塞式储能器9。三机式液压泵-马达储能机组包括液压马达、液压泵和可逆式电动-发电机；液压泵和液压马达与可逆式电动-发电机的传动轴固接。
储液器1与三机式液压泵-马达储能机组5经管道2、4、11、13及阀门3、12相通连，三机式液压泵-马达储能机组5与活塞式储能器9经管道6、8、10及阀门7相通连。
储能时，阀门3、7打开，阀门12关闭，低谷(低价)电驱动三机式液压泵-马达储能机组5，将液体通过管道2、4、6、10、8压入活塞式储能器9使罐内气体受到压缩。储能过程结束，阀门3、7关闭。释能时，阀门7、12打开，阀门3关闭，活塞式储能器9中高压气体将液体经管道8、10、11、13及阀门7、12送到储液器1，并驱动三机式液压泵-马达储能机组5发电。释能过程结束，阀门7、12关闭。
一般情况下，储能和释能过程不同时运行，储能时，三机式液压泵-马达储能机组5的液压泵和电动机工作，液压马达和发电机关闭；释能时则相反，三机式液压泵-马达储能机组5的液压马达和发电机工作，液压泵和电动机关闭。
图3是本发明的液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例3。本发明的可逆式液压-气压结合的活塞式储能系统，其主体结构与实施例1相同，但采用可逆式液压泵-马达储能机组代替实施例1中的四机式液压泵-马达储能机组。其中，储液器1，管道8、10、11、13，可逆式液压泵-马达储能机组5，阀门7、12和活塞式储能器9。可逆式液压泵-马达储能机组包括可逆式电动-发电机和可逆式液压泵-马达；可逆式电动-发电机与可逆式液压泵-马达的传动轴固接。
储液器1与可逆式液压泵-马达储能机组5经管道11、13及阀门12相通连，液压泵-马达储能机组5与活塞式储能器9经管道8、10及阀门7相通连。
储能时，阀门7、12打开，低谷(低价)电驱动可逆式液压泵-马达储能机组5，将液体通过管道13、11、10、8及阀门12、7压入活塞式储能器9使罐内气体受到压缩。储能过程结束，阀门7、12关闭。释能时，阀门7、12打开，活塞式储能器9中高压气体将液体经管道8、10、11、13及阀门7、12送到储液器1，并驱动可逆式液压泵-马达储能机组5发电。释能过程结束，阀门7、12关闭。
一般情况下，储能和释能过程不同时运行，储能时，可逆式液压泵-马达储能机组5在液压泵-电动机模式下工作；释能时则相反，可逆液压泵-马达储能机组5在液压马达-发电机模式下工作。
图4为本发明的液压-气压结合的活塞式储能系统的实施例4。本发明的可逆式液压-气压结合的活塞式储能系统，其主体结构与实施例3相同，但采用全置换式活塞式储能器代替实施例3中非全置换式活塞式储能器，这样可以增加活塞式储能器容量。其中，储液器1，管道8、10、11、13、14、16，可逆式液压泵-马达储能机组5，阀门7、12、15，活塞式储能器9和气瓶17。可逆式液压泵-马达储能机组包括可逆式电动-发电机和可逆式液压泵-马达；可逆式电动-发电机与可逆式液压泵-马达的传动轴固接。
阀门15是普通旋拧阀或持压阀；气瓶17是高压气瓶或中压气瓶。
储液器1与可逆式液压泵-马达储能机组5经管道11、13及阀门12相通连，液压泵-马达储能机组5与活塞式储能器9经管道8、10及阀门7相通连，活塞式储能器9与气瓶17经管道14、16及阀门15相通连。
储能时，阀门12、7、15打开，低谷(低价)电驱动可逆式液压泵-马达储能机组5，将液体通过管道13、11、10、8及阀门12、7送入活塞式储能器9，并使罐内气体经管道14、16及阀门15压入气瓶17中。储能过程结束，阀门12、7、15关闭。释能时，阀门15、7、12打开，气瓶17中的气体经管道16、14及阀门15将活塞式储能器9中的液体压出，并经管道8、10、11、13及阀门7、12送到储液器1，并驱动可逆式液压泵-马达储能机组5发电。释能过程结束，阀门15、7、12关闭。
系统中的可逆液压泵-马达储能机组的工作模式与实施例3相同。
可逆式液压泵-马达储能机组也可为四机式液压泵-马达储能机组或者三机式液压泵-马达储能机组，其主体结构分别与实施例1、2相同。

Claims (8)

1.一种液压-气压结合的活塞式储能系统，包括液压泵-马达储能机组、活塞式储能器、储液器、阀门及管道；其特征在于：储能时，利用电动机驱动液压泵将液体从储液器经管道压入活塞式储能器存储；释能时，活塞式储能器中的高压气体膨胀将液体压出，经管道驱动液压马达并带动发电机发电；包括两种构建形式：
a)液压泵-马达储能机组为可逆式液压泵-马达储能机组，包括至少一台可逆式液压泵-马达；
可逆式液压泵-马达储能机组经两管道分别与储液器、活塞式储能器相通连，两管道中各设有阀门；
b)液压泵-马达储能机组为四机式或三机式液压泵-马达储能机组，包括至少一台液压泵、一台液压马达；
液压泵-马达储能机组的左右端分别经两管道与储液器、活塞式储能器相通连，两管道中各设有阀门；
液压泵-马达储能机组左右端的一管道与储液器、活塞式储能器相通连，构成储能回路，左右端的另一管道与储液器、活塞式储能器相通连，构成释能回路；
其中，所述形式a)，当有多台可逆式液压泵-马达时，多台可逆式液压泵-马达为串联形式或并联形式；在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接，多条管道相互并联，各条管道中设有阀门，或分别汇于两个总阀门；
所述形式b)，当有多台液压泵、液压马达时，多台液压泵、液压马达为串联形式或并联形式；在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接，多条管道相互并联，构成多条储能回路或释能回路，各条管道中设有阀门，或分别汇于两个总阀门；
储能时，通过控制液压泵的流量、转速、关停部分液压泵来调节储能能力；释能时，通过控制液压马达的流量、转速、关停部分液压马达来调节发电能力。
2.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述液压泵-马达储能机组的驱动电源，为常规电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述活塞式储能器，为全置换式或非全置换式，其工作压力范围为0至138MPa。
4.根据权利要求3所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述全置换式活塞式储能器，经管道与高压气瓶或中压气瓶相通连，管道中设有阀门。
5.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述储液器，安装在地上或地下；储液器中的液体，为矿物油、水、甘油三酯、聚乙二醇、合成酯、聚烯烃、水包油型乳化液、油包水型乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯无水合成液中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述活塞式储能器中的气体，是空气、氮气、氩气、氦气中的一种或多种的混合；活塞式储能器安装在地上或地下。
7.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述液压泵或可逆式液压泵-马达，是定量液压泵或变量液压泵中的齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式或罗茨式中的一种。
8.根据权利要求1所述的液压-气压结合的活塞式储能系统，其特征在于：所述液压马达或可逆式液压泵-马达，是齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式或罗茨式中的一种。
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