CN106050758B - 能量储存系统及发电厂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能量储存系统，包括增压装置、储能单元、压能转换单元、储液池及发电机；其中，增压装置设置有液压泵、换向阀、输送缸及主油缸。储存能量时，液压泵向主油缸提供液压油，换向阀控制主油缸换向，在液压泵和换向阀的共同作用下，主油缸驱使输送缸内的活塞往复运动，在此过程中，输送缸内的腔室的体积产生周期性变化，在体积增大时，输送缸将储液池内的液体吸入输送缸内，在体积缩小时，液体被活塞挤压，进而被压入储能单元的容积腔内，最终能量以液体压能的形式储存在储能单元内。释放能量时，压能转换单元将液体的压能转换成机械能，进而带动发电机工作。另外，本发明还公开了一种具有该能量储存系统的发电厂。

Description

能量储存系统及发电厂
技术领域
本发明涉及电力生产技术，具体涉及一种能量储存系统及发电厂。
背景技术
长期以来，为满足不断增加的电力负荷要求，电力建设部门不得不根据最大负荷要求建设各类发电设施。持续地大规模建设发电设施，电力建设部门带来了极大的困难，而在用电低峰期间，这些发电设施所产生的电能远超实际需求，导致了巨大的浪费。
为了减少浪费，通常将多余的电能存储起来，常见的储能方式有蓄电池储能、抽水储能及电解水制氢三种；然而这三种储能方式均存在严重缺陷，具体如下：
1)蓄电池储能是通过蓄电池内部的化学反应将电能转化为化学能储存起来，然而，蓄电池的充放电次数有限、使用寿命较短，且使用和维护成本高。
2)抽水储能是通过水泵将较低位置的水抽至较高位置的蓄水池中，将电能转换为水的势能储存起来，这种储能方式需要在高度差较为明显的临水位置建设规模较大的蓄水池，且释放能量时，需要依赖水力发电设备才能将水的势能转化为电能；因此，抽水储能对场地和设备要求比较高，投资及建设周期长，受地理条件限制明显。
3)电解水制氢是通过电能将水分解成氢气和氧气，将电能转化成化学能存储在氢气中，释放能量时，氢气在火力发电设备中燃烧进而将化学能转化成电能；由于氢气是一种易燃易爆气体，氢气的储存条件比较苛刻，因此，储存设施的建设及维护成本较高。
综上，对于电力生产领域而言，如何保证电能的储存及释放过程高效、安全及低成本，仍然是一个比较棘手的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种新的能量储存系统，利用该能量储存系统可以高效、安全的存储及释放能量，并且建设及使用过程成本低廉。在此基础上，本发明提出一种具有该能量储存系统的发电厂。
作为第一方面，本发明提出一种能量储存系统；该能量储存系统具体包括增压装置、储能单元、压能转换单元、储液池及发电机，所述储能单元设置有容积腔，所述容积腔内装有气体；所述增压装置与容积腔相连，用于将液体增压并输入至所述容积腔；所述压能转换单元与发电机连接，用于将液体压能转换为旋转运动进而驱动所述发电机工作；
所述增压装置包括液压泵、换向阀、输送缸及主油缸，所述液压泵经换向阀与主油缸连接；所述输送缸内设有至少一个腔室，所述腔室经第一通断阀与储液池连接，并且所述腔室经第二通断阀与容积腔连接；所述主油缸与输送缸内的活塞连接，用于驱使输送缸的活塞往复运动。
优选地，所述输送缸和主油缸的数量均为两个，且所述主油缸与输送缸一一对应。
优选地，两个所述主油缸的无杆腔分别与换向阀的A油口、B油口连接，且两个所述主油缸的有杆腔互相连通。
优选地，所述压能转换单元包括驱动缸及运动转换装置；所述驱动缸的一端与容积腔的液体输出口连接，另一端与运动转换装置连接，用于将液体的压能转换成直线运动；所述运动转换装置与发电机相连，用于将直线运动转换成旋转运动。
优选地，所述运动转换装置包括增压缸和液压马达，所述驱动缸的活塞与增压缸的活塞通过连杆连接；所述增压缸与液压马达连接，用于将液压油加压后提供给液压马达，所述液压马达与发电机传动连接。
优选地，所述能量储存系统包括多个所述驱动缸和多个所述增压缸，且所述驱动缸与增压缸一一匹配形成增压组。
优选地，所述运动转换装置设置有曲轴，所述曲轴与发电机传动连接；多个所述驱动缸与曲轴连接，用于驱使曲轴旋转。
优选地，多个所述驱动缸之间的相位角均匀分布。
优选地，所述容积腔包括气体储存腔及液体储存腔，所述增压装置与液体储存腔相连，所述液体输出口设置于液体储存腔上。
作为第二方面，本发明提出一种发电厂，具体包括电动机、发电装置及上述任意一项的能量储存系统，所述发电装置与电动机电连接，所述电动机与液压泵传动连接。
本发明提出的能量储存系统包括增压装置、储能单元、压能转换单元、储液池及发电机；其中，增压装置设置有液压泵、换向阀、输送缸及主油缸。储存能量时，液压泵向主油缸提供液压油，换向阀控制主油缸换向，在液压泵和换向阀的共同作用下，主油缸驱使输送缸内的活塞往复运动，在此过程中，输送缸内的腔室的体积产生周期性变化，在体积增大的过程中，输送缸将储液池内的液体吸入输送缸内，在体积缩小的过程中，液体被活塞挤压，进而被压入储能单元的容积腔内，最终能量以液体压能的形式储存在储能单元内。释放能量时，压能转换单元将液体的压能转换成机械能，进而带动发电机工作。与现有的储能方式相比，本发明在能量转换效率、成本、环保、安全等方面具有较好的综合优势。
在优选的技术方案中，压能转换单元包括驱动缸及运动转换装置；驱动缸的一端与容积腔的液体输出口连接，另一端与运动转换装置连接，用于将液体的压能转换成直线运动；运动转换装置与发电机相连，用于将直线运动转换成旋转运动；通过该压能转换单元可以有效提升液体压能转换为机械能的效率，进而提升整个系统的能量转换效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1为本发明具体实施例提供的一种发电厂的工作原理图；
图2为本发明具体实施例提供的一种增压装置的工作原理图；
图3为本发明具体实施例提供的另一种增压装置的工作原理图；
图4为本发明具体实施例提供的压能转换单元的工作原理图之一；
图5为本发明具体实施例提供的压能转换单元的工作原理图之二；
图6为本发明具体实施例提供的一种运动转换装置的结构示意图。
附图标记说明：
1—增压装置 2—储能单元 3—压能转换单元 4—发电机
5—储液池 6—发电装置 7—电动机 8—第一通断阀
9—第二通断阀 11—液压泵 12—换向阀 13—主油缸
14—输送缸 21—气体储存腔 22—液体储存腔 31—驱动缸
32—运动转换装置 33—第一阀组 34—第二阀组 321—增压缸
322—液压马达 323—曲轴
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明具体实施例提出了一种发电厂，该发电厂具体包括发电装置6、电动机7及能量储存系统，能量储存系统具体包括增压装置1(具体可以是离心泵或者柱塞泵)、储能单元2、压能转换单元3、发电机4及储液池5，发电装置6与电动机7电连接，电动机7与增压装置1传动连接；储能单元2设置容积腔，容积腔具体包括气体储存腔21及液体储存腔22，容积腔的总体积不变，气体储存腔21内装有气体，气体储存腔21和液体储存腔22的体积根据液体体积大小进行变化；增压装置1与液体储存腔22相连，用于将液体增压并输入至液体储存腔22；压能转换单元3包括驱动缸31及运动转换装置32，驱动缸31的一端与液体储存腔22连接，另一端与运动转换装置32连接，用于将液体的压能转换成直线运动；运动转换装置32与发电机4相连，用于将直线运动转换成旋转运动，进而驱动发电机4工作。其中，运动转换装置32包括增压缸321和液压马达322，驱动缸31的活塞与增压缸321的活塞通过连杆连接；增压缸321与液压马达322连接，用于将液压油加压后提供给液压马达322，液压马达322与发电机4传动连接。
发电装置6具体可以是水力发电装置、火力发电装置或者风力发电机等，在发电装置6的发电高峰期，需要将多余的电能储存起来；此时，发电装置6提供的电能驱使电动机7转动，进而带动增压装置1工作，增压装置1将储液池5内的液体加压后输送至储能单元2，随着储能单元2内液体的体积增大，储能单元2内的压力也随之增大，相应地，其储存的能量也越多。释放能量时，高压液体驱使驱动缸31往复动作，驱动缸31带动增压缸321往复运动，增压缸321将液压油加压后提供给液压马达322，驱使液压马达322工作，最终，液压马达322带动发电机4工作。
在上述实施例中，增压装置1至少有以下两种结构：
1)如图2所示，增压装置1包括液压泵11、换向阀12、两个输送缸14和两个主油缸13，液压泵11经换向阀12与主油缸13连接，每个主油缸13驱动一个输送缸14；输送缸14内设置有活塞，活塞将输送缸14的内腔分隔形成两个独立的腔室，每个腔室均通过第一通断阀8与储液池5连接，并且每个腔室还通过第二通断阀9与储能单元的容积腔连接，第一通断阀8和第二通断阀9具体可以采用单向阀、换向阀或者截止阀；两个主油缸13的有杆腔之间互相连通，左侧主油缸13的无杆腔与换向阀12的A油口连通，右侧主油缸13的无杆腔与换向阀12的B油口连通；液压泵11用于向主油缸13提供液压油，换向阀12用于控制主油缸13换向；储存能量时，主油缸13驱使输送缸14的活塞往复运动，在此过程中，输送缸14内的腔室的体积产生周期性变化，在腔室的体积增大时，对应的第一通断阀8打开(同时对应的第二通断阀9关闭)，输送缸14将储液池内的液体吸入输送缸14内，在腔室的体积缩小时，对应的第二通断阀9打开(同时对应的第一通断阀8关闭)，液体被活塞挤压，进而被压入储能单元的容积腔内，最终能量以液体压能的形式储存在储能单元内。
2)如图3所示，增压装置1包括液压泵11、换向阀12、一个输送缸14和一个主油缸13，液压泵11经换向阀12与主油缸13连接，输送缸14内设置有活塞，活塞将输送缸14的内腔分隔形成两个独立的腔室，每个腔室均通过第一通断阀8与储液池5连接，并且每个腔室还通过第二通断阀9与储能单元的容积腔连接；主油缸13的无杆腔与换向阀12的A油口连接，有杆腔与换向阀12的B油口连接；该结构的增压装置1的工作原理与第一种类似。
上述两种结构的增压装置1均可以将液体加压后输入储能单元2，且通过调节主油缸13的内径与输送缸14的内径之间的比值关系，可以保证输送缸14具备将液体加压至较大压力值的能力；另外，通过选择适当规格的液压泵11、主油缸13和输送缸14，增压装置可以在短时间内将大量的液体加压，进而满足能量的快速储存。
在上述实施例中，驱动缸31和增压缸321的数量可以根据需要进行布置，驱动缸31与增压缸321一一匹配形成增压组，多个增压组一起给液压马达322提供液压油。
在较优的实施例中，驱动缸31和增压缸321的数量均为两个，驱动缸31与增压缸321一一匹配形成第一增压组和第二增压组，第一增压组和第二增压组交替给液压马达322提供液压油；为了控制工作过程，能量储存系统还配置有相应的控制阀，具体实现形式至少有以下四种：
1)如图4所示，驱动缸31和增压缸321均都是单作用缸(即只设有无杆腔，不设有杆腔)，能量储存系统还配置有第一阀组33和第二阀组34。在第一状态下，第一阀组33将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，并将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的回油口连通。在第二状态下，第一阀组33将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的回油口连通。
2)如图5所示，驱动缸31为双作用缸(即设置有有杆腔和无杆腔)，两个驱动缸31的有杆腔相互连通，能量储存系统配置有第一阀组33；在第一状态下，第一阀组33将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通。在第二状态下，第一阀组33将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通。
3)驱动缸31为双作用缸(即设置有有杆腔和无杆腔)，增压缸321为单作用缸，能量储存系统配置有第一阀组33和第二阀组34；在第一状态下，第一阀组33将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，并将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的回油口连通。在第二状态下，第一阀组33将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，并将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的回油口连通。
4)驱动缸31为双作用缸，增压缸321为单作用缸，能量储存系统配置有第一阀组33、第二阀组34及液压油箱，且液压马达322的回油口与液压油箱连通。在第一状态下，第一阀组33将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，并将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压油箱连通。在第二状态下，第一阀组33将第二增压组的驱动缸31的无杆腔与液体储存腔22连通，并将第一增压组的驱动缸31的无杆腔与储液池5连通；同时，第二阀组34将第二增压组的增压缸321的无杆腔与液压马达322的进油口连通，并将第一增压组的增压缸321的无杆腔与液压油箱连通。
在其它实施例中，运动转换装置32为曲轴323，如图6所示，曲轴323上设置有多个曲拐，每个曲拐与一个驱动缸31铰接，多个驱动缸31之间的相位角均匀分布，曲轴323的输出端与发电机4传动连接；显然，通过曲轴323可以直接将驱动缸31的直线运动转换为旋转运动。
在上述实施例中，优先采用水作为储能的液体，以降低成本。
与现有的储能方式相比，本发明通过特殊结构的能量储存系统提高了能量转换效率，且具有成本低廉、安全、环保等优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种能量储存系统，其特征在于，包括增压装置(1)、储能单元(2)、压能转换单元(3)、储液池(5)及发电机(4)，所述储能单元(2)设置有容积腔，所述容积腔包括气体储存腔(21)及液体储存腔(22)，所述增压装置(1)与液体储存腔(22)相连，所述容积腔的液体输出口设置于液体储存腔(22)上；
所述压能转换单元(3)与所述液体储存腔(22)连接，用于将液体压能转换成直线运动；所述压能转换单元(3)与发电机(4)连接，用于将直线运动转换为旋转运动进而驱动所述发电机(4)工作；所述增压装置(1)包括液压泵(11)、换向阀(12)、输送缸(14)及主油缸(13)，所述液压泵(11)经换向阀(12)与主油缸(13)连接；所述输送缸(14)内设有至少一个腔室，所述腔室经第一通断阀(8)与储液池(5)连接，并且所述腔室经第二通断阀(9)与容积腔连接；所述主油缸(13)与输送缸(14)内的活塞连接，用于驱使输送缸(14)的活塞往复运动。
2.根据权利要求1所述的能量储存系统，其特征在于，所述输送缸(14)和主油缸(13)的数量均为两个，且所述主油缸(13)与输送缸(14)一一对应。
3.根据权利要求2所述的能量储存系统，其特征在于，两个所述主油缸(13)的无杆腔分别与换向阀(12)的A油口、B油口连接，且两个所述主油缸(13)的有杆腔互相连通。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的能量储存系统，其特征在于，所述压能转换单元(3)包括驱动缸(31)及运动转换装置(32)；所述驱动缸(31)的一端与容积腔的液体输出口连接，另一端与运动转换装置(32)连接，用于将液体的压能转换成直线运动；所述运动转换装置(32)与发电机(4)相连，用于将直线运动转换成旋转运动。
5.根据权利要求4所述的能量储存系统，其特征在于，所述运动转换装置(32)包括增压缸(321)和液压马达(322)，所述驱动缸(31)的活塞与增压缸(321)的活塞通过连杆连接；所述增压缸(321)与液压马达(322)连接，用于将液压油加压后提供给液压马达(322)，所述液压马达(322)与发电机(4)传动连接。
6.根据权利要求5所述的能量储存系统，其特征在于，所述能量储存系统包括多个所述驱动缸(31)和多个所述增压缸(321)，且所述驱动缸(31)与增压缸(321)一一匹配形成增压组。
7.根据权利要求6所述的能量储存系统，其特征在于，所述运动转换装置(32)设置有曲轴(323)，所述曲轴(323)与发电机传动连接；多个所述驱动缸(31)与曲轴(323)连接，用于驱使曲轴(323)旋转。
8.根据权利要求7所述的能量储存系统，其特征在于，多个所述驱动缸(31)之间的相位角均匀分布。
9.一种发电厂，其特征在于，包括电动机(7)、发电装置及权利要求1至8任意一项所述的能量储存系统，所述发电装置与电动机(7)电连接，所述电动机(7)与液压泵(11)传动连接。
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