CN103821661B - 基于气体增压技术的抽水蓄能系统 - Google Patents

基于气体增压技术的抽水蓄能系统 Download PDF

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Abstract

一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统属于电力储能技术领域。所述抽水蓄能系统包含固定高度差的上下两个水池，两个水池的顶部通过密闭气体通道相连，抽蓄发电装置的一端通过水管道连接上水池底部，另一端通过封闭的水管道或开放式的连通性水路与下水池底部相连；压缩气体密封在上下两个水池中，使得抽蓄发电装置两端形成稳定的液体压强差。抽蓄发电装置的发电量由上水池中的水量决定，水头取决于两个水池的高度差。本发明利用气体增压技术，使抽蓄发电装置可以安放在任意高度，根据实际条件在不同位置灵活安装电气设备,克服了传统抽水蓄能电站对地势的依赖，可用于陆地或海洋，降低了电站建设难度，使抽水蓄能系统趋于简捷、稳定、经济。

Description

基于气体增压技术的抽水蓄能系统
技术领域
本发明属于电力储能技术领域，尤其涉及一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统。
背景技术
抽水蓄能是当前技术最成熟的大规模储能方式，可有效平滑电力输出曲线，实现削峰填谷、调频调相、事故备用及“黑启动”等多种作用，是电力系统运行管理的重要工具。然而，抽水蓄能电站的建设对地理地形条件有严格的限制，即必须有两个大容量的水池以及足够高的落差才能具有可行性，并对生态环境有很大影响，另一方面，传统的抽水蓄能响应速度跟不上，若应用于解决风电、太阳能并网，则显得不够灵活，有所局限。
发明内容
本发明为克服现有技术中，抽水蓄能电站建设对地理地形条件的严苛依赖，以及响应速度缓慢等技术问题，提供了一种无需大的地势落差，无需丰沛水资源环境即可实现的可快速调节的基于气体增压技术的抽水蓄能系统。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案为：
所述抽水蓄能系统包含固定高度差的上下两个水池；两个水池的顶部通过密闭气体通道相连，抽蓄发电装置的一端通过水管道连接上水池底部，另一端通过封闭的水管道或开放式的连通性水路与下水池底部相连；压缩气体密封在上下两个水池中，使得抽蓄发电装置两端形成稳定的液体压强差。
所述抽水蓄能系统中的气体压强大于抽蓄发电装置安放位置到下水池之间的高度差产生的液体压强差；抽蓄发电装置两端的液体压强差由两个水池的高度差决定。
所述系统布置于陆地，其中，上下水池利用金属密闭容器或地下的密闭洞穴、密闭工程实现；抽蓄发电装置与下水池底部通过低压水管道直接连接，或者借助布置于地表的低压水池形成连通性水路，其中，与抽蓄发电装置相连的低压水管道伸入低压水池，低压水池底部与下水池底部连通。
所述系统布置于山顶，具体实现方案与陆地方案相同。
所述系统布置于海洋，利用放置于海底的沉箱结构封闭高压气体，形成下水池，上水池利用金属密闭容器实现，置于水面、水中、或与抽蓄发电装置共同布置在船、舰艇、海岸、岛屿或海上钻井平台之上，抽蓄发电装置一端与上水池的底部相连，另一端伸入水中。
所述系统具有储能和发电两种运行模式；储能时抽蓄发电装置将下水池水抽入上水池，将压缩空气从上水池挤入下水池；发电时抽蓄发电装置利用两端液体压强差发电，液体从上水池底部进入抽蓄发电装置后进入下水池，压缩空气从下水池进入上水池。
所述系统可以独立使用，也可以配合其他需要抽水蓄能装置的场合，提供合格的抽水蓄能装置功能。
本发明的有益效果包括以下几个方面：
（1）所述系统利用气体增压技术，使得抽蓄发电装置可以安放在任意高度，根据实际条件在不同位置灵活安装电气设备,克服了传统抽水蓄能电站对地势落差等地貌环境的依赖。
（2）所述系统无需特定的水资源丰沛的地理环境，可以将所述上下水池中的水循环利用，实现发电环节与抽水蓄能环节的循环往复，适宜缺水地区开发利用。
（3）所述系统可以在发电运行模式与抽水蓄能运行模式下灵活切换，实现更快速地发电调节，更有效地平滑电力输出曲线。
（4）所述系统的最高发电量由上水池中的水量决定，可根据需要进行个性化配置。
（5）所述系统无需依赖地势落差等地貌环境，降低了选址难度，扩大了抽水蓄能电站的应用范围。
（6）所述系统的其基础建设主要集中于上下水池的建设，设计简洁，工程量小，操作方便，经济性也得到了提高。
附图说明
图1为基于气体增压技术的抽水蓄能系统陆上实施方案图；
图2为基于气体增压技术的抽水蓄能系统陆上实施方案二示意图；
图3为基于气体增压技术的抽水蓄能系统海上实施方案图。
图中标号：
A-下水池，B-上水池，C-抽蓄发电装置，D-地表低压水池；1-高压气体管道，2-高压水管道，3-低压水管道，4-电端口，5-7-阀门，8-低压气水管道。
具体实施方式
本发明提供了一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统，下面结合附图和具体实施方式对该系统作详细说明。本发明意在强调抽水蓄能系统对气体增压技术的利用，对实现方案只做示例性说明，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1所示为基于气体增压技术的抽水蓄能系统陆上实施方案图：上水池B顶部通过高压气体管道1与下水池A顶部连接，下水池A底部通过低压水管道3与抽蓄发电装置C连接，上水池B底部通过高压水管道2与抽蓄发电装置C连接；抽蓄发电装置C通过电端口4与电网连接。
图2所示为基于气体增压技术的抽水蓄能系统陆上实施方案二示意图：上水池B顶部通过高压气体管道1与下水池A顶部连接，下水池A底部通过低压气水管道8与地表低压水池D底部相连，抽蓄发电装置C通过低压水管道3与地表低压水池D连接，上水池B底部通过高压水管道2与抽蓄发电装置C连接；抽蓄发电装置C通过电端口4与电网连接。
图3所示为基于气体增压技术的抽水蓄能系统海上实施方案图：上水池B顶部通过高压气体管道1与下水池A连接，底部通过高压水管道2与抽蓄发电装置C连接，抽蓄发电装置C通过低压水管道3与低压海水相连；抽蓄发电装置C通过电端口4与电网连接。
所述基于气体增压技术的抽水蓄能系统具有储能和发电两种运行模式，通过控制抽蓄发电单元的运行状态进行两种模式之间的切换。
发电模式下，抽蓄发电装置C工作在发电机模式，利用上水池B的水压形成水头，带动水轮发电机做功，将上水池B中的水转移到下水池A底部（对应陆地、山顶实施方案）或海洋之中（对应海上实施方案），发出电能，经发电端口4输送到电网。储能模式下，抽蓄发电装置C工作在水泵模式，水泵做功将下水池A底部（对应陆地、山顶实施方案）或海洋之中（对应海上实施方案）的低压水转移到上水池B中，完成能量的存储。
所述基于气体增压技术的抽水蓄能系统，由于上下水池处于密闭状态，而保证了下水池A与相连的上水池B保持压强基本不变，即水头基本恒定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统包含固定高度差的上下两个水池；两个水池的顶部通过密闭气体通道相连，抽蓄发电装置的一端通过水管道连接上水池底部，另一端通过封闭的水管道或开放式的连通性水路与下水池底部相连；压缩气体密封在上下两个水池中，使得抽蓄发电装置两端形成稳定的液体压强差；
所述抽水蓄能系统具有储能和发电两种运行模式；储能时抽蓄发电装置将下水池水抽入上水池，将压缩空气从上水池挤入下水池；发电时抽蓄发电装置利用两端液体压强差发电，液体从上水池底部进入抽蓄发电装置后进入下水池，压缩空气从下水池进入上水池。
2.根据权利要求1所述的一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统中的气体压强大于抽蓄发电装置安放位置到下水池之间的高度差产生的液体压强差；抽蓄发电装置两端的液体压强差由两个水池的高度差决定。
3.根据权利要求1所述的一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统布置于陆地，其中，上下水池利用金属密闭容器或地下的密闭工程实现；抽蓄发电装置与下水池底部通过低压水管道直接连接，或者借助布置于地表的低压水池形成连通性水路，其中，与抽蓄发电装置相连的低压水管道伸入低压水池，低压水池底部与下水池底部连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于气体增压技术的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统布置于海洋，利用放置于海底的沉箱结构封闭高压气体，形成下水池，上水池利用金属密闭容器实现，置于水面、水中、或与抽蓄发电装置共同布置在船、海岸、岛屿或海上钻井平台之上，抽蓄发电装置一端与上水池的底部相连，另一端伸入水中。
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