CN103216724B - 一种海底储存高压气体的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种海底储存高压气体的系统及方法，利用气体压缩机将气体源源不断的通过进气管压缩进设置在海底的密闭气罐中；当需要利用密闭气罐内的高压气体时，密闭气罐通过排气管向外部的能量转换装置释放高压气体；内外传感器将压力值传递至控制器进行压力比较进而控制所述升降装置；当向密闭气罐内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往下沉，当密闭气罐向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往上浮，密闭气罐在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。也就是说，密闭气罐能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐的造价成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及能量储存，尤其是将高压气体储存在海底的系统及方法。
背景技术
电能难以进行储存，因此在夜晚用电低峰期，电网的电量通常处于富余状态，这部分的电量没有被有效利用，往往就这样浪费掉。为了能够将电网富余的电量重新利用起来，目前的办法是将电量转换为具有分子势能的高压气体进行储存，等需要再次利用该高压气体时，只要将该部分高压气体释放出来，再次进行能量转换即可。虽然在能量转换过程中存在能量损失，但是能够将原本浪费的一部分电能有效利用起来，可以说是对资源的一个有效利用的方法。电能转换为分子势能的方法需要用到气体压缩机和密闭气罐，现有的密闭气罐要么放置在地面上，要么埋在地下。设置在陆地上用于储存高压气体进行能量转换的密闭气罐存在以下缺点：（1）利用气体压缩机将气体源源不断的压缩进密闭气罐中，密闭气罐内所存储的高压气体越多，其罐壁所受压力越大，为确保安全，罐壁一般需要用到能够承受较大压力的厚钢板，这样一来不仅增加了成本，而且也不太安全；（2）设置在陆地上的密闭气罐占用了大量的土地资源，不利于目前紧缺的土地资源的有效利用；（3）不利于与海上风力发电机结合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种海底储存高压气体的系统，能够有效降低密闭气罐的制造成本，而且安全系数高；能够释放土地资源，能够合理的与海上风力发电机结合。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种海底储存高压气体的方法，能够有效降低密闭气罐的制造成本，而且安全系数高；能够释放土地资源，能够合理的与海上风力发电机结合。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种海底存储高压气体的系统，包括设置于海底的密闭气罐、气体压缩机和驱动密闭气罐在海底中浮沉的升降装置；所述密闭气罐上设有进气管和排气管，所述气体压缩机通过所述进气管将高压气体压缩进密闭气罐内，密闭气罐通过所述排气管向外部的能量转换装置释放高压气体；所述密闭气罐内设有气体压力传感器，所述密闭气罐外部设有液体压力传感器；所述气体压力传感器和液体压力传感器通过控制器进行压力比较进而控制所述升降装置；当向密闭气罐内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往下沉，当密闭气罐向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往上浮，密闭气罐在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。本发明的储气系统能够有效减小密闭气罐所受合力，也就是说，密闭气罐能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐的造价成本更低。
作为改进，所述密闭气罐上设有拉索固定于海底。
作为改进，所述升降装置包括固定在密闭气罐底部的蓄水腔，通过增加或减少蓄水腔内的水的重量以使密闭气罐实现浮沉。
作为改进，设有泄压管，其一端与蓄水腔连通，另一端与外界大气连通；所述密闭气罐底部通过高压气阀与所述蓄水腔连通。
作为改进，所述进气管和排气管通过阀门集成到一根以上的管中，通过阀门的控制实现进气和排气功能；所述气体压力传感器和液体压力传感器均与控制器连接，利用控制器控制所述阀门，从而控制密闭气罐内的高压气体的压力，使密闭气罐的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种海底储存高压气体的方法，利用气体压缩机将气体源源不断的通过进气管压缩进设置在海底的密闭气罐中，实现高压气体的储存；当需要利用密闭气罐内的高压气体时，密闭气罐通过排气管向外部的能量转换装置释放高压气体，用于能量的转换；利用气体压力传感器探测密闭气罐内部压力，利用液体压力传感器探测密闭气罐外部压力，然后将压力值传递至控制器进行压力比较进而控制所述升降装置；当向密闭气罐内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往下沉，当密闭气罐向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往上浮，密闭气罐在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。本发明的储气系统能够有效减小密闭气罐所受合力，也就是说，密闭气罐能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐的造价成本更低。
作为改进，所述密闭气罐上设有拉索固定于海底，使密闭气罐始终悬浮在海里。
作为改进，所述升降装置包括固定在密闭气罐底部的蓄水腔，通过增加或减少蓄水腔内的水的重量以使密闭气罐实现浮沉。
作为改进，设有泄压管，其一端与蓄水腔连通，另一端与外界大气连通，当密闭气罐需要下沉时，打开蓄水腔并吸入海水，密闭气罐下沉到指定高度后，关闭蓄水腔；所述密闭气罐底部通过高压气阀与所述蓄水腔连通，当密闭气罐需要上浮时，打开蓄水腔和高压气阀，将密闭气罐内的高压气体送入蓄水腔内，利用气压将蓄水腔内的水排出蓄水腔，密闭气罐上浮到指定高度后，关闭蓄水腔和关闭高压气阀。
作为改进，所述进气管和排气管通过阀门集成到一根以上的管中，通过阀门的控制实现进气和排气功能；所述气体压力传感器和液体压力传感器均与控制器连接，利用控制器控制所述阀门，从而控制密闭气罐内的高压气体的压力，使密闭气罐的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
利用外部海水的压力与内部高压气体的压力差，实现密闭气罐的受力平衡，也就是说，密闭气罐能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐的造价成本更低，而且安全系数高。设置在海底的密闭气罐不占用陆地资源，能缓解目前用地紧张的情况。
附图说明
图1为实施例1储气系统结构示意图。
图2为实施例2储气系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种海底储存高压气体的系统，包括设置于海底指海平面8下的密闭气罐1、设置于陆地上的气体压缩机3和驱动密闭气罐1在海底中浮沉的升降装置。所述密闭气罐1上设有进气管6和排气管7，所述气体压缩机3通过所述进气管6将高压气体压缩进密闭气罐1内，密闭气罐1通过所述排气管7向外释放高压气体，本实施例中，所述进气管6和排气管7通过阀门5集成到一根管中，通过阀门5的控制实现进气和排气功能。所述密闭气罐1内设有气体压力感应器（未标示），气体压力传感器负责采集密闭气罐1内的压力值；所述密闭气罐1外设有液体压力传感器，液体压力传感器负责采集密闭气罐1外的压力值；所述气体压力传感器和液体压力传感器采集到的数据通过控制器进行压力比较进而控制所述升降装置。当向密闭气罐1内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往下沉；当密闭气罐1向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往上浮；密闭气罐1在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐1的壳体能承受的压力范围内。所述升降装置包括固定在密闭气罐1底部的蓄水腔2和泄压管11，泄压管11一端与蓄水腔2连通，另一端与外界大气连通，当密闭气罐1需要下沉时，打开蓄水腔2并吸入海水，密闭气罐1下沉到指定高度后，关闭蓄水腔2；所述密闭气罐1底部通过高压气阀12与所述蓄水腔2连通，当密闭气罐1需要上浮时，打开蓄水腔2和高压气阀12，将密闭气罐1内的高压气体送入蓄水腔2内，利用气压将蓄水腔2内的水排出蓄水腔2，密闭气罐1上浮到指定高度后，关闭蓄水腔2和关闭高压气阀。当然蓄水腔2内的高压气体也可以通过直接陆地上的气体压缩机3获得。所述密闭气罐1上设有拉索4固定于海底，使密闭气罐1始终悬浮在海里。
本发明的储气方法，电网电量富余时，电网给气体压缩机3供电；或者与海上风力发电机结合，利用风力发电机为气体压缩机3供电；利用设置在陆地上的气体压缩机3将气体源源不断的通过进气管6压缩进设置在海底的密闭气罐1中对高压气体的储存，实现电能向分子势能的能量转换；当需要利用密闭气罐1内的高压气体时，密闭气罐1通过排气管7向外部的能量转换装置释放高压气体，用于能量的转换。本实施例中，该部分的高压气体可以与水箱结合，利用高压气体推动水箱内的水形成水柱，再利用具有动能的水柱推动水轮机和发电机进行发电，实现分子势能再向电能的能量转换；所述密闭气罐1通过升降装置在海里进行浮沉，当向密闭气罐1内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往下沉；当密闭气罐1向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往上浮；实现密闭气罐1的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐1的壳体能承受的压力范围内。密闭气罐1在受力理想平衡的状态下，其所受的合力为零，虽然很难达到该目标，但是利用本发明的储气系统能够有效减小密闭气罐1所受合力，也就是说，密闭气罐1能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐1的造价成本更低。
实施例2
如图2所示，一种海底储存高压气体的系统，包括设置于海底指海平面下的密闭气罐1、设置于陆地上的气体压缩机3和驱动密闭气罐1在海底中浮沉的升降装置。所述密闭气罐1上设有进气管6和排气管7，所述气体压缩机3通过所述进气管6将高压气体压缩进密闭气罐1内，密闭气罐1通过所述排气管7向外释放高压气体。所述密闭气罐1内设有气体压力感应器（未标示），气体压力传感器负责采集密闭气罐1内的压力值；所述密闭气罐1外设有液体压力传感器，液体压力传感器负责采集密闭气罐1外的压力值；所述气体压力传感器和液体压力传感器采集到的数据通过控制器进行压力比较进而控制所述升降装置。当向密闭气罐1内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往下沉；当密闭气罐1向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往上浮；密闭气罐1在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐1的壳体能承受的压力范围内。所述升降装置包括导轨10和驱动电机9，所述密闭气罐1设置在所述导轨10上，利用驱动电机9驱动密闭气罐1在导轨10上上升或下降。
本发明的储气方法，电网电量富余时，电网给气体压缩机3供电；或者与海上风力发电机结合，利用风力发电机为气体压缩机3供电；利用设置在陆地上的气体压缩机3将气体源源不断的通过进气管6压缩进设置在海底的密闭气罐1中对高压气体的储存，实现电能向分子势能的能量转换；当需要利用密闭气罐1内的高压气体时，密闭气罐1通过排气管7向外部的能量转换装置释放高压气体，用于能量的转换。本实施例中，该部分的高压气体可以与水箱结合，利用高压气体推动水箱内的水形成水柱，再利用具有动能的水柱推动水轮机和发电机进行发电，实现分子势能再向电能的能量转换；所述密闭气罐1通过升降装置在海里进行浮沉，当向密闭气罐1内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往下沉；当密闭气罐1向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐1往上浮；实现密闭气罐1的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐1的壳体能承受的压力范围内。密闭气罐1在受力理想平衡的状态下，其所受的合力为零，虽然很难达到该目标，但是利用本发明的储气系统能够有效减小密闭气罐1所受合力，也就是说，密闭气罐1能够灌入更多的高压气体，而且不需要较厚的罐壁来支撑，使密闭气罐1的造价成本更低。
Claims (10)
1.一种海底存储高压气体的系统，其特征在于：包括设置于海底的密闭气罐、气体压缩机和驱动密闭气罐在海底中浮沉的升降装置；所述密闭气罐上设有进气管和排气管，所述气体压缩机通过所述进气管将高压气体压缩进密闭气罐内，密闭气罐通过所述排气管向外部的能量转换装置释放高压气体；所述密闭气罐内设有气体压力传感器，所述密闭气罐外部设有液体压力传感器；所述气体压力传感器和液体压力传感器通过控制器进行压力比较进而控制所述升降装置；当向密闭气罐内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往下沉，当密闭气罐向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往上浮，密闭气罐在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内；密闭气罐是一个由封闭壳体包裹的容器。
2.根据权利要求1所述的一种海底存储高压气体的系统，其特征在于：所述密闭气罐上设有拉索固定于海底。
3.根据权利要求1所述的一种海底存储高压气体的系统，其特征在于：所述升降装置包括固定在密闭气罐底部的蓄水腔，通过增加或减少蓄水腔内的水的重量以使密闭气罐实现浮沉。
4.根据权利要求3所述的一种海底存储高压气体的系统，其特征在于：设有泄压管，其一端与蓄水腔连通，另一端与外界大气连通；所述密闭气罐底部通过高压气阀与所述蓄水腔连通。
5.根据权利要求1所述的一种海底存储高压气体的系统，其特征在于：所述进气管和排气管通过阀门集成到一根以上的管中，通过阀门的控制实现进气和排气功能；所述气体压力传感器和液体压力传感器均与控制器连接，利用控制器控制所述阀门，从而控制密闭气罐内的高压气体的压力，使密闭气罐的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。
6.一种海底储存高压气体的方法，其特征在于：利用气体压缩机将气体源源不断的通过进气管压缩进设置在海底的密闭气罐中，实现高压气体的储存；当需要利用密闭气罐内的高压气体时，密闭气罐通过排气管向外部的能量转换装置释放高压气体，用于能量的转换；利用气体压力传感器探测密闭气罐内部压力，利用液体压力传感器探测密闭气罐外部压力，然后将压力值传递至控制器进行压力比较进而控制升降装置；当向密闭气罐内灌入高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往下沉，当密闭气罐向外释放高压气体时，升降装置驱动密闭气罐往上浮，密闭气罐在储存高压气体或排出高压气体的时候其壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内；密闭气罐是一个由封闭壳体包裹的容器。
7.根据权利要求6所述的一种海底储存高压气体的方法，其特征在于：所述密闭气罐上设有拉索固定于海底，使密闭气罐始终悬浮在海里。
8.根据权利要求6所述的一种海底储存高压气体的方法，其特征在于：所述升降装置包括固定在密闭气罐底部的蓄水腔，通过增加或减少蓄水腔内的水的重量以使密闭气罐实现浮沉。
9.根据权利要求8所述的一种海底储存高压气体的方法，其特征在于：设有泄压管，其一端与蓄水腔连通，另一端与外界大气连通，当密闭气罐需要下沉时，打开蓄水腔并吸入海水，密闭气罐下沉到指定高度后，关闭蓄水腔；所述密闭气罐底部通过高压气阀与所述蓄水腔连通，当密闭气罐需要上浮时，打开蓄水腔和高压气阀，将密闭气罐内的高压气体送入蓄水腔内，利用气压将蓄水腔内的水排出蓄水腔，密闭气罐上浮到指定高度后，关闭蓄水腔和关闭高压气阀。
10.根据权利要求6所述的一种海底储存高压气体的方法，其特征在于：所述进气管和排气管通过阀门集成到一根以上的管中，通过阀门的控制实现进气和排气功能；所述气体压力传感器和液体压力传感器均与控制器连接，利用控制器控制所述阀门，从而控制密闭气罐内的高压气体的压力，使密闭气罐的壳体所承受的内外压力差在密闭气罐的壳体能承受的压力范围内。
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