CN106224756B - 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置 - Google Patents

一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106224756B
CN106224756B CN201610606049.0A CN201610606049A CN106224756B CN 106224756 B CN106224756 B CN 106224756B CN 201610606049 A CN201610606049 A CN 201610606049A CN 106224756 B CN106224756 B CN 106224756B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
pressure
pipeline
container
pumped storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610606049.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106224756A (zh
Inventor
姜彤
孟琛
谭明甜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201610606049.0A priority Critical patent/CN106224756B/zh
Publication of CN106224756A publication Critical patent/CN106224756A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106224756B publication Critical patent/CN106224756B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17B—GAS-HOLDERS OF VARIABLE CAPACITY
    • F17B1/00—Gas-holders of variable capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17B—GAS-HOLDERS OF VARIABLE CAPACITY
    • F17B1/00—Gas-holders of variable capacity
    • F17B1/02—Details
    • F17B1/12—Gas admission or discharge arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17B—GAS-HOLDERS OF VARIABLE CAPACITY
    • F17B1/00—Gas-holders of variable capacity
    • F17B1/16—Gas-holders of variable capacity of wet type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

本发明公开了一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，包括：气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、高压储气容器C、电动机M、发电机G、抽蓄发电装置E、外部水源W、气体管道D1、高压液体管道D2、液体管道D3和阀门F1‑F3；高压储气容器C具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，下部端口通过高压液体管道D2连接到抽蓄发电装置E，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连，气体压缩装置A与电动机M相连，气体膨胀做功设备B与发电机G相连；通过高压储气容器C稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定。确保储能系统中的主要设备在运行过程中始终在额定工况附近工作的气体储能装置。

Description

一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置
技术领域
本发明属于压缩空气储能系统设计领域，尤其涉及一种实现气体恒压储存的压缩空气储能装置。
背景技术
现有技术中的压缩空气储能技术包括能量的储能过程和释能过程，其原理是：在储能过程中，空气压缩机在电能的驱动下压缩空气，电能转化为压缩空气的内能储存在储气容器中；在释能过程中，储气容器中的压缩空气排出，在空气膨胀机中膨胀做功，带动大轴旋转，进而带动发电机发电，从而向外界输出电能。
抽水蓄能是现有技术中较常采用的储能方式，技术相对成熟，但抽水蓄能有受地势影响较大的局限性，其建设必须有合适的地理条件，在很多地区难以实现。现有技术中另一种较常采用的储能方式是压缩空气储能，受地理条件的限制小，并且其技术日渐成熟，具备可大规模商业化应用的条件。但是，压缩空气储能系统中的高压储气容器存在技术与工艺上的局限，通常高压储气容器存储气体压强等级越高，储能密度越大，单位储能成本越低，所以系统对高压储气容器壁承受气体压强的能力有很高要求，另一方面，高压储气容器内部压强越大，抗压强波动的结构设计越复杂，建造成本也会越高。这两方面的要求，无疑增大了气罐材料选择的难度以及制造成本，同时，过高等级的高压储气容器内部气压的波动使得在安全运行方面也存在较大隐患。
由于现有技术压缩空气储能技术中，储气容器在储能工作状态的高温高压环境和在释能工作状态的低温低压环境下来回切换，长此以往，易造成储气容器的容器壁金属疲劳或者岩石坍塌。若选用高强度的材料则存在制造难、成本高的问题，以及压力控制技术不成熟造成的安全问题；因此希望有一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置对传统空气存储系统进行改造，提高储气系统的稳定性，提高系统寿命，降低系统造价；因此现有技术中的高压储气容器的制造成本与安全问题成为本技术领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置来克服现有技术中存在的上述问题。
本发明提供一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，通过综合控制压缩空气和液体进出流量，来调节气液体积比例，时时保证高压储气容器内气体压力均匀，确保储能系统中的主要设备在运行过程中始终在额定工况(恒定压力)附近工作的气体储能装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，用压缩空气储能系统来存储输入电能，并保持高压储气容器中气体压强稳定，压缩空气储能装置包括：气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、高压储气容器C、电动机M、发电机G、抽蓄发电装置E、外部水源W、气体管道D1、高压液体管道D2、液体管道D3和阀门F1-F3；高压储气容器C具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，下部端口通过高压液体管道D2连接到抽蓄发电装置E，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连，气体压缩装置A与电动机M相连，气体膨胀做功设备B与发电机G相连；通过高压储气容器C稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定；
储能时，气体压缩装置A将低压气体压缩为高压气体，并将其通过气体管道D1送入高压储气容器C，抽蓄发电装置E利用高压储气容器C中排出的水发电，并将排出的液体通过液体管道D3送入外部水源W，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
发电时，高压储气容器C中高压气体经气体管道D1向气体膨胀做功设备B排出，在气体膨胀做功设备B内膨胀做功，经发电机G发电，同时，抽蓄发电装置E抽取外部水源W中的液体注入高压储气容器C，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
高压储气容器C稳压控制策略包括，采集和监控下述一个或多个信息指标：气体管道D1的压强信息或与抽蓄发电装置E连接的高压液体管道D2的压强信息，上述两个压强信息的稳定控制方案对应储气系统恒压方案和抽蓄发电定水头控制方案，通过气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B或气体管道D1的气门对气体流量进行控制；通过抽蓄发电装置E或高压液体管道D2的水门对液体流量进行控制，使得上述任一压强信息指标保持稳定；在储能或发电或停运过程中，如果高压储气容器C内压强变化，抽蓄发电装置E调节注入或排出高压储气容器C的液体体积，以调整气体体积，维持高压储气容器C中气体压强稳定。
优选地，储气系统恒压方案是指，通过检测与高压储气容器C相连的气体管道D1压强信息，保持气体压强稳定不变；当气体压强上升时，采用减压运行策略，当气体压强下降时，采用增压运行策略；抽蓄发电定水头控制方案是指，通过检测抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，保持抽蓄发电装置E的液体压强稳定不变；当液体压强上升时，采用减压运行策略，当液体压强下降时，采用增压运行策略。
优选地，增压运行策略是指：在储气过程中，气体压缩装置A加大入气量、或增大气体管道D1的气门增加流入气体量、或者抽蓄发电装置E通过降低转速减少流出液体量、或者通过减小高压液体管道D2的水门减少高压液体管道D2流出液体量，提升高压储气容器C中气体压强；在发电过程中，气体膨胀做功设备B减少流出气体量、或者通过减小气体管道D1的气门减少流出气体量、或者抽蓄发电装置E通过提高转速增加流入液体量、或者通过增大高压液体管道D2的水门增加液体管道流入液体量，提升高压储气容器C中气体压强；
减压运行策略是指：在储气过程中，气体压缩装置A减少入气量、或减小气体管道D1的气门减少流入气体量、或者抽蓄发电装置E通过增大转速增加流出液体量、或者通过增大高压液体管道D2的水门增大高压液体管道D2流出液体量，降低高压储气容器C中气体压强；在发电过程中，气体膨胀做功设备B增加流出气体量、或者通过增大气体管道D1的气门增加流出气体量、或者抽蓄发电装置E通过降低转速减小流入液体量、或者通过减小高压液体管道D2的水门减少液体管道流入液体量，降低高压储气容器C中气体压强。
优选地，气体压缩装置A由空气压缩机及其他辅助设备组成，气体膨胀做功设备B由透平机械及其辅助设备组成，高压储气容器C为地下洞穴、或位于地面的金属耐压容器或管道。
优选地，抽蓄发电装置E采用可逆式水轮发电机组、或者同时采用水轮发电机组和水泵、或者采用液压马达。
一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，用压缩空气储能系统来存储输入电能，并保持高压储气容器中气体压强稳定，压缩空气储能装置包括：气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、高压储气容器C、电动机M、发电机G、抽蓄发电装置E、外部水源W、控温液体注入装置P、气体管道D1、高压液体管道D2、液体管道D3、回输液体管道D4和阀门F1-F4；高压储气容器C具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，上部端口通过回输液体管道D4与控温液体注入装置P一端相连，下部端口通过高压液体管道D2与抽蓄发电装置E和控温液体注入装置P的另一端相连，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连，气体压缩装置A与电动机M相连，气体膨胀做功设备B与发电机G相连；通过高压储气容器C稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定；
储能时，气体压缩装置A将低压气体压缩为高压气体，并将其通过气体管道D1送入高压储气容器C，抽蓄发电装置E利用高压储气容器C中排出的水发电，并将排出的液体通过液体管道D3送入外部水源W，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
发电时，高压储气容器C中高压气体经高压液体管道D2向气体膨胀做功设备B排出，在气体膨胀做功设备B内膨胀做功，经发电机G发电，同时，抽蓄发电装置E抽取外部水源W中的液体注入高压储气容器C，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
控温液体注入装置P对高压储气容器C中的气体温度进行控制；储能和发电过程中，控温液体注入装置P将液体从高压储气容器C下部抽取并送入高压储气容器C上部，通过液体分布器均匀流下，对高压气体的温度进行控制，以实现近似的等温变化过程。
本发明的有益效果包括以下几个方面：
(1)所述高压储气容器可为地下洞穴或金属耐压储气容器，选用地下洞穴可以有效地利用地下岩层通过加固形成压力容器，减少了采用额外金属耐压设计的需要，另一方面减小了占地面积，节省了成本。
(2)所述气体恒压存储的压缩空气储能装置实现了气液混合存储，并通过调节气液体积比例使高压储气容器内气体压强恒定，实现了压缩空气的恒压存储，避免了储气容器内压强的反复波动，降低了容器壁选材和制作难度。
(3)所述压缩空气储能装置中的抽蓄发电装置可以设置在高于、低于、等于高压储气容器的位置，无需特殊地势条件，节约了建设成本，提升了建设与运行的效率。
附图说明
图1为本发明实现气体恒压存储的压缩空气储能装置结构示意图；
图2为本发明实现气体恒压存储的压缩空气储能装置结构示意图；
图3为本发明增设控温液体注入装置的实现气体恒压存储压缩空气储能装置结构示意图。
图中标记：
气体压缩装置A，气体膨胀做功设备B，高压储气容器C，电动机M，发电机G，抽蓄发电装置E，外部水源W，控温液体注入装置P，气体管道D1，高压液体管道D2，液体管道D3，回输液体管道D4，阀门F1-F4。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
即，本发明意在强调通过气液混合存储、调节气液体积比例实现气体的恒压存储，对实际平台、发电机构等部分的实现方案，只做示例性说明，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在本发明一宽泛实施例中：一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，用压缩空气储能系统来存储输入电能，并保持高压储气容器中气体压强稳定，压缩空气储能装置包括：气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、高压储气容器C、电动机M、发电机G、抽蓄发电装置E、外部水源W、气体管道D1、高压液体管道D2、液体管道D3和阀门F1-F3；高压储气容器C具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，下部端口通过高压液体管道D2连接到抽蓄发电装置E，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连，气体压缩装置A与电动机M相连，气体膨胀做功设备B与发电机G相连；通过高压储气容器C稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定；
储能时，气体压缩装置A将低压气体压缩为高压气体，并将其通过气体管道D1送入高压储气容器C，抽蓄发电装置E利用高压储气容器C中排出的水发电，并将排出的液体通过液体管道D3送入外部水源W，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
发电时，高压储气容器C中高压气体经高压液体管道D2向气体膨胀做功设备B排出，在气体膨胀做功设备B内膨胀做功，经发电机G发电，同时，抽蓄发电装置E抽取外部水源W中的液体注入高压储气容器C，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
高压储气容器C稳压控制策略包括，采集和监控下述一个或多个信息指标：气体管道D1的压强信息或与抽蓄发电装置E连接的高压液体管道D2的压强信息，上述两个压强信息的稳定控制方案对应储气系统恒压方案和抽蓄发电定水头控制方案，通过气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B或气体管道D1的气门对气体流量进行控制；通过抽蓄发电装置E或高压液体管道D2的水门对液体流量进行控制，使得上述任一压强信息指标保持稳定；在储能或发电或停运过程中，如果高压储气容器C内压强变化，抽蓄发电装置E调节注入或排出高压储气容器C的液体体积，以调整气体体积，维持高压储气容器C中气体压强稳定。
在本发明的另一个宽泛实施例中：一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，用压缩空气储能系统来存储输入电能，并保持高压储气容器中气体压强稳定，压缩空气储能装置包括：气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、高压储气容器C、电动机M、发电机G、抽蓄发电装置E、外部水源W、控温液体注入装置P、气体管道D1、高压液体管道D2、液体管道D3、回输液体管道D4和阀门F1-F4；高压储气容器C具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，上部端口通过回输液体管道D4与控温液体注入装置P一端相连，下部端口通过高压液体管道D2与抽蓄发电装置E和控温液体注入装置P的另一端相连，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连，气体压缩装置A与电动机M相连，气体膨胀做功设备B与发电机G相连；通过高压储气容器C稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定；
储能时，气体压缩装置A将低压气体压缩为高压气体，并将其通过气体管道D1送入高压储气容器C，抽蓄发电装置E利用高压储气容器C中排出的水发电，并将排出的液体通过液体管道D3送入外部水源W，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
发电时，高压储气容器C中高压气体经高压液体管道D2向气体膨胀做功设备B排出，在气体膨胀做功设备B内膨胀做功，经发电机G发电，同时，抽蓄发电装置E抽取外部水源W中的液体注入高压储气容器C，采用稳压控制策略保持高压储气容器C压强稳定；
控温液体注入装置P对高压储气容器C中的气体温度进行控制；储能和发电过程中，控温液体注入装置P将液体从高压储气容器C下部抽取并送入高压储气容器C上部，通过液体分布器均匀流下，对高压气体的温度进行控制，以实现近似的等温变化过程。
本发明的高压储气容器可为地下洞穴或金属耐压储气容器，选用地下洞穴可以有效地利用地下岩层通过加固形成压力容器，减少了采用额外金属耐压设计的需要，另一方面减小了占地面积，节省了成本。
气体恒压存储的压缩空气储能装置实现了气液混合存储，并通过调节气液体积比例使高压储气容器内气体压强恒定，实现了压缩空气的恒压存储，避免了储气容器内压强的反复波动，降低了容器壁选材和制作难度。
压缩空气储能装置中的抽蓄发电装置可以设置在高于、低于、等于高压储气容器的位置，无需特殊地势条件，节约了建设成本，提升了建设与运行的效率。
本发明提供了一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，下面结合附图1-3，对该装置的方案作详细说明。
图1-2所示为气体恒压存储的压缩空气储能装置的第一个实施例。高压储气容器C上部端口通过气体管道D1与气体压缩装置A和气体膨胀做功设备B相连，下部端口通过液体管道D2连接到抽蓄发电装置E，抽蓄发电装置E通过液体管道D3与外部水源W相连。在气体压缩装置A出气口位置，或者气体膨胀做功设备B进气口位置，或者在抽蓄发电装置E进水口位置设置压强传感器，通过检测管道口的压强信息来检测高压储气容器C中的压强信息。气体压缩装置A为空气压缩机及其他辅助设备组成；气体膨胀做功设备B由燃气轮机等透平机械及其辅助设备组成；抽蓄发电装置E采用可逆式水轮发电机组，或者同时采用水轮发电机组和水泵，或者采用液压马达；与气体压缩装置A连接的管道设有阀门F1；与气体膨胀做功设备B连接的管道设有阀门F2；高压液体管道D2设有阀门F3；
气体压缩装置可以是简单采用空压机实现，或者多组空压机串联采用分级压缩，也可以采用液体活塞或液压活塞组等方式，以实现与空压机相似的效果，并可以在各级装置之间增加换热器等设备，并可以按照绝热压缩或者等温压缩或者兼而有之的设计方案。气体膨胀做功设备可以是燃气轮机等透平设备，或者多级燃气轮机串联，或者采用液体活塞或液压活塞组等方式以实现膨胀做功设备，可以在发电前通过燃气补热，也可以在多级设备间采用燃气补热，或者其它补热方案，以提高机组的发电效率。
储能时，在外界电能输入功率稳定的情况下，阀门F1，F3开启，阀门F2关闭，气体压缩装置A和抽蓄发电装置E保持运行，气体压缩装置A将低压气体压缩至预定压力的高压气体，高压气体通过气体管道D1送入高压储气容器C存储，抽蓄发电装置E抽取高压储气容器C中的水，经过高压液体管道D2送入外部水源W。当高压储气容器C中的气体压强上升时，采用减压运行策略，管道口设置压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道压强信息或抽蓄发电装置入口处高压液体管道压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，气体压缩装置A减少入气量，或减小气体管道D1气门减少流入气体量，或者抽蓄发电装置E通过增大转速增大流出液体量，或者通过增大水门增大高压液体管道D2流出液体量，降低气体压强；当高压储气容器C中的气体压强下降时，采用增压运行策略，管道口设置压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道D1压强信息或者抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，气体压缩装置A加大入气量，或增大气体管道D1气门增大流入气体流量，或者抽蓄发电装置E通过降低转速减少流出液体量，或者通过减小水门减少液体管道流出液体量，提升气体压强。
发电时，在外界电能输入功率稳定的情况下，阀门F2、F3开启，阀门F1关闭，气体膨胀做功设备B和抽蓄发电装置E保持运行；高压储气容器C中的高压气体通过气体管道D1送入气体膨胀做功设备B，高压气体在气体膨胀做功设备B内做功发电。当高压储气容器C中的气体压强上升时，采用减压运行策略，管道口设置压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道D1压强信息或者抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，气体膨胀做功设备B增加流出气量，或者通过增大气门增加流出气体量，或者抽蓄发电装置E通过降低转速减小流入液体量，或者通过减小水门减少高压液体管道D2流入液体量，降低气体压强；当高压储气容器C中的气体压强下降时，采用增压运行策略，管道口设置压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道D1压强信息或者抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，气体膨胀做功设备B减少流出气体量，或者通过减小气门减少流出气体量，或者抽蓄发电装置E通过提高转速增加流入液体量，或者通过增大水门增加液体管道D2流入液体量，提升气体压强。
所述气体恒压存储的压缩空气储能装置，假设高压储气容器C的底部与地面的距离为1000m，高压储气容器C的顶部与地面的距离为300m。储能过程中，气体压缩装置A做功，将体积为100m3，压强为0.1Mpa的低压气体压缩至体积为1m3，压强为10Mpa的高压气体，送入高压储气容器C，并推动抽蓄发电装置E发电，按照近似的等温压缩过程计算，气体压缩装置A理论上所消耗的电能W1约为12.7kWh，假设忽略气体密度对势能的影响，抽蓄发电装置E理论上所发出的电能W2约为2kWh；发电过程中，抽蓄发电装置E从外部水源中抽取1m3体积的水送入高压储气容器C所消耗的电能W1约为2kWh，高压储气容器C中1m3的高压气体在气体膨胀做功设备B内膨胀做功，带动发电机G发电，所发出的电能W2约为12.7kWh。综合来看，相当于储能时每存储1m3体积气体，用电10.7kWh，发电时每消耗1m3体积气体，发电10.7kWh。以上仅是近似计算，没有考虑设备效率和运行方式的变化。
停运时，阀门F1、F2、F3关闭，气体压缩装置A、气体膨胀做功设备B、抽蓄发电装置E为停运状态；当高压储气容器C中的气体压强上升时，采用减压运行策略，压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道D1压强信息、抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，阀门F2开启，气体膨胀做功设备B启动，增加高压储气容器C出气量，或者通过增大气门增加高压储气容器C流出气体量，或者抽蓄发电装置E启动通过增大转速增加高压储气容器C流出液体量，降低气体压强；当高压储气容器C中的气体压强下降时，采用增压运行策略，压力传感器采集和监控下述某个信息指标：气体管道D1压强信息、抽蓄发电装置E入口处高压液体管道D2压强信息，可采用对应的储气系统恒压方案、抽蓄发电定水头控制方案，相应的，气体压缩装置A启动，增加高压储气容器C入气量，或增大气体管道D1气门增加高压储气容器C流入气体量，或者抽蓄发电装置E启动通过提高转速增加高压储气容器C流入液体量，或者通过增大水门增加高压液体管道D2流入高压储气容器C的液体量，提升高压储气容器C中气体压强。
图3所示为气体恒压存储的压缩空气储能装置高压储气容器C增设控温液体注入装置P对高压储气容器C中的气体温度进行控制的实施例。储能和发电过程中，控温液体注入装置P将液体从高压储气容器C下部抽取并送入高压储气容器C上部，通过液体分布器均匀流下,促进气液流动增大气液接触面积，实现快速的气液热质交换，从而对高压气体的温度进行控制，实现气体恒温压缩、膨胀过程。
上述只描述了气体恒压存储的压缩空气储能装置的工作原理，在实际的实现中，抽蓄发电装置E可以设置在高于、低于、等于高压储气容器C的位置，对应液体管道口压强低于、高于、等于高压储气容器C中压强的情况，如图2所示。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，仅为本发明较佳的具体实施方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，用压缩空气储能系统来存储输入电能，并保持高压储气容器中气体压强稳定，其特征在于：所述压缩空气储能装置包括：气体压缩装置(A)、气体膨胀做功设备(B)、高压储气容器(C)、电动机(M)、发电机(G)、抽蓄发电装置(E)、外部水源(W)、气体管道(D1)、高压液体管道(D2)、液体管道(D3)和阀门(F1)-(F3)；高压储气容器(C)具有上部端口和下部端口，上部端口通过气体管道(D1)与气体压缩装置(A)和气体膨胀做功设备(B)相连，下部端口通过高压液体管道(D2)连接到抽蓄发电装置(E)，抽蓄发电装置(E)通过液体管道(D3)与外部水源(W)相连，气体压缩装置(A)与电动机(M)相连，气体膨胀做功设备(B)与发电机(G)相连；通过高压储气容器(C)稳压控制策略保证系统运行时储气压强稳定；
储能时，气体压缩装置(A)将低压气体压缩为高压气体，并将其通过气体管道(D1)送入高压储气容器(C)，抽蓄发电装置(E)利用高压储气容器(C)中排出的水发电，并将排出的液体通过液体管道(D3)送入外部水源(W)，采用稳压控制策略保持高压储气容器(C)压强稳定；
发电时，高压储气容器(C)中高压气体经气体管道(D1)向气体膨胀做功设备(B)排出，在气体膨胀做功设备(B)内膨胀做功，经发电机(G)发电，同时，抽蓄发电装置(E)抽取外部水源(W)中的液体注入高压储气容器(C)，采用稳压控制策略保持高压储气容器(C)压强稳定；
所述高压储气容器(C)稳压控制策略包括，采集和监控下述一个或多个信息指标：气体管道(D1)的压强信息或与抽蓄发电装置(E)连接的高压液体管道(D2)的压强信息，上述两个压强信息的稳定控制方案对应储气系统恒压方案和抽蓄发电定水头控制方案，通过气体压缩装置(A)、气体膨胀做功设备(B)或气体管道(D1)的气门对气体流量进行控制；通过抽蓄发电装置(E)或高压液体管道(D2)的水门对液体流量进行控制，使得上述任一压强信息指标保持稳定；在储能或发电或停运过程中，如果高压储气容器(C)内压强变化，抽蓄发电装置(E)调节注入或排出高压储气容器(C)的液体体积，以调整气体体积，维持高压储气容器(C)中气体压强稳定。
2.根据权利要求1所述的一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，其特征在于：所述储气系统恒压方案是指，通过检测与高压储气容器(C)相连的气体管道(D1)压强信息，保持气体压强稳定不变；当气体压强上升时，采用减压运行策略，当气体压强下降时，采用增压运行策略；所述抽蓄发电定水头控制方案是指，通过检测抽蓄发电装置(E)入口处高压液体管道(D2)压强信息，保持抽蓄发电装置(E)的液体压强稳定不变；当液体压强上升时，采用减压运行策略，当液体压强下降时，采用增压运行策略。
3.根据权利要求2所述的一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，其特征在于：所述增压运行策略是指：在储气过程中，气体压缩装置(A)加大入气量、或增大气体管道(D1)的气门增加流入气体量、或者抽蓄发电装置(E)通过降低转速减少流出液体量、或者通过减小高压液体管道(D2)的水门减少高压液体管道(D2)流出液体量，提升高压储气容器(C)中气体压强；在发电过程中，气体膨胀做功设备(B)减少流出气体量、或者通过减小气体管道(D1)的气门减少流出气体量、或者抽蓄发电装置(E)通过提高转速增加流入液体量、或者通过增大高压液体管道(D2)的水门增加液体管道流入液体量，提升高压储气容器(C)中气体压强；
所述减压运行策略是指：在储气过程中，气体压缩装置(A)减少入气量、或减小气体管道(D1)的气门减少流入气体量、或者抽蓄发电装置(E)通过增大转速增加流出液体量、或者通过增大高压液体管道(D2)的水门增大高压液体管道(D2)流出液体量，降低高压储气容器(C)中气体压强；在发电过程中，气体膨胀做功设备(B)增加流出气体量、或者通过增大气体管道(D1)的气门增加流出气体量、或者抽蓄发电装置(E)通过降低转速减小流入液体量、或者通过减小高压液体管道(D2)的水门减少液体管道流入液体量，降低高压储气容器(C)中气体压强。
4.根据权利要求1所述的一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，其特征在于：所述气体压缩装置(A)由空气压缩机及其他辅助设备组成，气体膨胀做功设备(B)由透平机械及其辅助设备组成，高压储气容器(C)为地下洞穴、或位于地面的金属耐压容器或管道。
5.根据权利要求1所述的一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置，其特征在于：所述抽蓄发电装置(E)采用可逆式水轮发电机组、或者同时采用水轮发电机组和水泵、或者采用液压马达。
CN201610606049.0A 2016-07-28 2016-07-28 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置 Active CN106224756B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610606049.0A CN106224756B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610606049.0A CN106224756B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106224756A CN106224756A (zh) 2016-12-14
CN106224756B true CN106224756B (zh) 2019-03-29

Family

ID=57533338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610606049.0A Active CN106224756B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106224756B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023080769A1 (fr) * 2021-11-02 2023-05-11 Université Internationale de RABAT Système de stockage d'énergie gravitaire à air comprimé

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106870259B (zh) * 2017-02-22 2020-02-21 华北电力大学 一种基于恒压储气的两段式储能系统
CN108930630A (zh) * 2017-05-26 2018-12-04 谢沛鸿 一种水浮力发电装置
CN108916105B (zh) * 2018-07-09 2020-12-29 中国矿业大学 一种恒压压缩空气储能装置
CN108895017B (zh) * 2018-07-09 2021-01-26 中国矿业大学 一种多级恒压压缩空气储能装置
CN116792245A (zh) * 2019-05-31 2023-09-22 西安交通大学 一种利用地下含水层的抽水压缩空气蓄能方法
GB201913299D0 (en) 2019-09-14 2019-10-30 Simpson Michael Constant pressure gas storage in containments with mitigation for gas dissolution problems
CN112065634B (zh) * 2020-08-14 2022-10-25 西安交通大学 一种基于废弃矿井的地下抽水蓄能复合压缩空气储能系统及方法
CN112065635B (zh) * 2020-08-14 2022-10-25 西安交通大学 一种基于废弃矿井的地下恒压压缩空气复合抽水储能系统及方法
CN112134363B (zh) * 2020-09-18 2024-04-19 华北电力大学 三态轮转式液体自循环可逆压缩装置
CN112832865B (zh) * 2021-01-06 2023-05-12 东南大学 一种基于地下洞穴的恒压压缩空气储放系统
CN113931693A (zh) * 2021-10-08 2022-01-14 中国科学院电工研究所 综合物理储能系统
CN114542946B (zh) * 2022-02-21 2023-12-22 江苏国能石油天然气有限公司 一种利用地下空间压水储能发电的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4403477A (en) * 1979-09-07 1983-09-13 Bbc Brown, Boveri & Company Limited Air storage installation blowout prevention device
CN201696161U (zh) * 2009-09-28 2011-01-05 赫力股份有限公司 一种电能储存及再生装置
CN102619668A (zh) * 2012-04-06 2012-08-01 王焕然 恒压水-气共容舱电力储能系统
CN203175635U (zh) * 2013-02-27 2013-09-04 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气储能系统
CN103573315A (zh) * 2013-11-04 2014-02-12 合肥通用机械研究院 一种压缩空气和液压结合的微小型压缩空气储能系统
CN104100441A (zh) * 2014-07-01 2014-10-15 西安交通大学 用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2895937B2 (ja) * 1990-09-12 1999-05-31 株式会社日立製作所 空気貯蔵発電プラント

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4403477A (en) * 1979-09-07 1983-09-13 Bbc Brown, Boveri & Company Limited Air storage installation blowout prevention device
CN201696161U (zh) * 2009-09-28 2011-01-05 赫力股份有限公司 一种电能储存及再生装置
CN102619668A (zh) * 2012-04-06 2012-08-01 王焕然 恒压水-气共容舱电力储能系统
CN203175635U (zh) * 2013-02-27 2013-09-04 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气储能系统
CN103573315A (zh) * 2013-11-04 2014-02-12 合肥通用机械研究院 一种压缩空气和液压结合的微小型压缩空气储能系统
CN104100441A (zh) * 2014-07-01 2014-10-15 西安交通大学 用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023080769A1 (fr) * 2021-11-02 2023-05-11 Université Internationale de RABAT Système de stockage d'énergie gravitaire à air comprimé

Also Published As

Publication number Publication date
CN106224756A (zh) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106224756B (zh) 一种实现气体恒压存储的压缩空气储能装置
CN103452612B (zh) 一种以二氧化碳为工质的压缩气体储能系统
US8234863B2 (en) Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
DK3049667T3 (en) Process and system for combined pump water pressure-compressed air-energy storage with constant turbine-water pressure
CN101672748B (zh) 400MPa超高压疲劳试验装置及试验方法
CN105190007B (zh) 从热交换器排放的流体的温度控制
US20130327033A1 (en) Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
CN105756843A (zh) 一种双壳式抽水蓄能系统
CN110761902A (zh) 一种电动泵自增压动力系统
CN103727011B (zh) 一种压缩空气蓄能系统
CN111396288B (zh) 一种基于压力恒定的发电系统
CN207761627U (zh) 一种油井气水混注装置
CN112459980B (zh) 用于能量存储和发电的系统
CN103486438A (zh) 一种基于双热源热泵的lng气化系统
CN203420754U (zh) 一种以二氧化碳为工质的压缩气体储能系统
CN103291268A (zh) 燃气复合热载体发生器系统
CN206409276U (zh) 一种压缩空气储能系统
CN108953988A (zh) 一种液氢汽化及自增压装置
CN104406323B (zh) 一种三级喷射式制冷系统
CN201738937U (zh) 便携式单体液压支柱泵站系统
CN106640781A (zh) 被动式波浪补偿装置
CN204460826U (zh) 一种三级喷射式制冷系统
CN203741026U (zh) 天然气管道加药装置
CN210718089U (zh) 自带稳压功能的电极锅炉闭式循环水装置
CN107917074A (zh) 一种给恒压储气源供气的专用空压机系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant