CN106640603B - 一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，包括第一液体活塞、第二液体活塞、低压气体管道、高压气体管道、高压储气罐、发电装置、第一水泵、第二水泵、水源、加热装置、降温装置、控制装置。设置两个液体活塞装置、低压气体管道、高压气体管道、发电装置，在液体活塞内对空气进行压缩和膨胀，压缩空气势能利用完全，减小了损耗，储能利用率高；在液体活塞内部设置温度传感器、储液板，在外部设置降温装置，在空气压缩和膨胀的过程中，可以调节液体活塞内的温度，防止温度变化剧烈造成对设备的损坏，安全性高；设置加热装置和降温装置，对液体进行控温，从而控制气体的温度，自动化程度高，温度调节能力好，进一步提高了储能利用率。
Description
技术领域：
本发明属于电力储能技术领域，具体是涉及一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统。
背景技术：
当今世界电力负荷的不均衡日趋突出，电网的峰谷差也逐渐拉大，同时人们对电网供电质量的要求也越来越高，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。电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大等问题的关键技术。
目前，关于电力储能方式有多种：压缩空气储能、抽水蓄能、电磁储能、飞轮储能、超级电容储能、超临界压缩空气储能、充电电池储能等，但是成熟的技术只有压缩空气储能技术和抽水蓄能技术。抽水蓄能是现有技术中较长采用的储能方式，技术相对成熟，但是受到地势影响较大的局限性，其建设必须有合适的地里条件，在很多地区难以实现。压缩空气储能受地理条件的限制小，且技术日渐成熟，具备大规模商业化的应用。其主要缺点是通常与燃气轮机配合，需要消耗燃气，产生环境污染，能量密度低，且空气在压缩膨胀的过程中，温度变化剧烈，对设备的伤害比较大，造成检修成本高，现有技术中有将液体活塞技术运用到压缩空气储能中，解决了对环境污染的问题，但整个工作过程还是存在着温度变化剧烈，压缩空气势能利用不完全，储能利用效率低等缺点。
发明内容：
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中压缩空气储能装置在空气压缩和膨胀的过程中，温度变化剧烈，压缩空气势能利用不完全，储能利用效率低，从而提出一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，包括：
第一液体活塞，所述第一液体活塞内部上方设置有第一端口、第二端口，所述第一液体活塞内部下方设置有第三端口，所述第一液体活塞内部设置有多个第一储液板。
第二液体活塞，所述第二液体活塞内部上方设置有第四端口、第五端口、第六端口，所述第二液体活塞内部下方设置有第七端口、第八端口，所述第二液体活塞内部设置有多个第二储液板。
低压气体管道，所述低压气体管道通过第一管道与所述第一液体活塞的第一端口连接，所述低压气体管道通过第二管道与所述第二液体活塞的第四端口连接。
高压气体管道，所述高压气体管道的第一端通过第三管道与所述第一液体活塞的第二端口连接，所述高压气体管道的第一端通过第四管道与所述第二液体活塞的第五端口连接。
高压储气罐，所述高压储气罐与所述高压气体管道的第二端连接。
发电装置，所述发电装置与电网连接，所述发电装置的第一端通过第五管道与所述第一液体活塞的第三端口连接，所述发电装置的第二端通过第六管道与所述第二液体活塞的第七端口连接。
第一水泵和第二水泵，所述第一水泵的第一端通过第七管道与所述第二液体活塞的第八端口连接，所述第二水泵的第一端通过第八管道与所述第二液体活塞的第六端口连接。
水源，所述水源通过第九管道与所述第一水泵的第二端连接，所述水源分别通过第十管道和第十一管道与所述第二水泵的第二端连接。
加热装置和降温装置，所述加热装置设置在所述第十管道上，所述降温装置设置在所述第十一管道上。
控制装置，所述控制装置分别与发电装置、所述第一水泵、所述第二水泵、所述加热装置、所述降温装置连接。
作为上述技术方案的优选，还包括：
压强传感器，所述压强传感器包括第一压强传感器、第二压强传感器、第三压强传感器，所述第一压强传感器设置在所述高压气体管道内，所述第二压强传感器设置在所述第一液体活塞内，所述第三压强传感器设置在所述第二液体活塞内，所述第一压强传感器、所述第二压强传感器、所述第三压强传感器分别与所述控制装置连接。
作为上述技术方案的优选，还包括：
温度传感器，所述温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述第一液体活塞内，所述第二温度传感器设置在所述第二液体活塞内，所述第三温度传感器设置在所述第八管道内，所述第四温度传感器设置在所述高压气体管道内，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器分别与所述控制装置连接。
作为上述技术方案的优选，还包括：
吸热器，所述吸热器设置在所述高压气体管道内，所述吸热器与所述控制装置连接。
作为上述技术方案的优选，还包括：
降温器、第一喷头和第二喷头，所述第一喷头设置在所述第一液体活塞的内部上方，所述第二喷头设置在所述第二液体活塞的内部上方，所述降温器通过第十二管道与所述第一喷头连接，所述降温器通过第十三管道与所述第二喷头连接。
作为上述技术方案的优选，所述第一储液板和所述第二储液板结构相同，所述第一储液板的一端与所述第一液体活塞的内侧壁固定连接，所述第一储液板内设置有凹槽、空气通孔，所述空气通孔的侧壁高于所述凹槽的底部。
作为上述技术方案的优选，还包括：
控制阀，所述控制阀包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、第九控制阀、第十控制阀、第十一控制阀，所述第一控制阀设置在所述第一管道上，所述第二控制阀设置在所述第二管道上，所述第三控制阀设置在所述第三管道上，所述第四控制阀设置在所述第四管道上，所述第五控制阀设置在所述第五管道上，所述第六控制阀设置在所述第六管道上，所述第七控制阀设置在所述第七管道上，所述第八控制阀设置在所述第十管道上，所述第九控制阀设置在所述第十一管道上，所述第十控制阀设置在所述第十二管道上，所述第十一控制阀设置在所述第十三管道上，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀、所述第五控制阀、所述第六控制阀、所述第七控制阀、所述第八控制阀、所述第九控制阀、所述第十控制阀、所述第十一控制阀分别与所述控制装置连接。
本发明的有益效果在于：其通过设置两个液体活塞装置、低压气体管道、高压气体管道、发电装置，在液体活塞内对空气进行压缩和膨胀，压缩空气势能利用完全，减小了损耗，储能利用率高；其通过在液体活塞内部设置温度传感器、储液板，在外部设置液体降温装置，在空气压缩和膨胀的过程中，可以调节液体活塞内的温度，防止温度变化剧烈造成对设备的损坏，安全性高；其通过设置加热装置和降温装置，可以对液体进行控温，从而控制气体的温度，自动化程度高，温度调节能力好，进一步提高了储能利用率。本发明结构简单、操作方便、自动化程度高、安全性好，适合大规模生产使用。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明一个实施例的一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统示意图；
图2为本发明一个实施例的一种增加了传感器的压缩空气储能发电系统示意图；
图3为本发明一个实施例的第一液体活塞结构示意图；
图4为本发明一个实施例的第二液体活塞结构示意图；
图5为本发明一个实施例的一种储液板结构示意图。
图中符号说明：
1-第一液体活塞，2-第二液体活塞，3-低压气体管道，4-高压气体管道，5-高压储气罐，6-发电装置，7-电网，8-第一水泵，9-第二水泵，10-水源，11-加热装置，12-降温装置，13-控制装置，14-压强传感器，15-温度传感器，16-控制阀，17-吸热器，18-降温器，19-第一喷头，20-第二喷头，101-第一端口，102-第二端口，103-第三端口，104-第一储液板，201-第四端口，202-第五端口，203-第六端口，204-第七端口，205-第八端口，206-第二储液板，301-第一管道，302-第二管道，401-第三管道，402-第四管道，601-第五管道，602-第六管道，801-第七管道，901-第八管道，1001-第九管道，1002-第十管道，1003-第十一管道，1401-第一压强传感器，1402-第二压强传感器，1403-第三压强传感器，1501-第一温度传感器，1502-第二温度传感器，1503-第三温度传感器，1504-第四温度传感器，1601-第一控制阀，1602-第二控制阀，1603-第三控制阀，1604-第四控制阀，1605-第五控制阀，1606-第六控制阀，1607-第七控制阀，1608-第八控制阀，1609-第九控制阀，1610-第十控制阀，1611-第十一控制阀，1801-第十二管道，1802-第十三管道，1041-凹槽，1042-空气通孔。
具体实施方式：
如图1、图2所示，本发明的一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，包括：
第一液体活塞1，如图3所示，所述第一液体活塞1内部上方设置有第一端口101、第二端口102，所述第一液体活塞1内部下方设置有第三端口103，所述第一液体活塞1内部设置有多个第一储液板104。所述第一储液板104的一端与所述第一液体活塞1的内侧壁固定连接，如图5所示，所述第一储液板104内设置有凹槽1041、空气通孔1042，所述空气通孔1042的侧壁高于所述凹槽1041的底部。
第二液体活塞2，如图4所示，所述第二液体活塞2内部上方设置有第四端口201、第五端口202、第六端口203，所述第二液体活塞2内部下方设置有第七端口204、第八端口205，所述第二液体活塞2内部设置有多个第二储液板206。所述第一储液板104和所述第二储液板206结构相同。
低压气体管道3，所述低压气体管道3通过第一管道301与所述第一液体活塞1的第一端口101连接，所述低压气体管道3通过第二管道302与所述第二液体活塞2的第四端口201连接。
高压气体管道4，所述高压气体管道4的第一端通过第三管道401与所述第一液体活塞1的第二端口102连接，所述高压气体管道4的第一端通过第四管道402与所述第二液体活塞2的第五端口202连接。
高压储气罐5，所述高压储气罐5与所述高压气体管道4的第二端连接。
发电装置6，所述发电装置6与电网7连接，所述发电装置6的第一端通过第五管道601与所述第一液体活塞1的第三端口103连接，所述发电装置6的第二端通过第六管道602与所述第二液体活塞2的第七端口204连接。
第一水泵8和第二水泵9，所述第一水泵8的第一端通过第七管道801与所述第二液体活塞2的第八端口205连接，所述第二水泵9的第一端通过第八管道901与所述第二液体活塞2的第六端口203连接。
水源10，所述水源10通过第九管道1001与所述第一水泵8的第二端连接，所述水源10分别通过第十管道1002和第十一管道1003与所述第二水泵9的第二端连接。
加热装置11和降温装置12，所述加热装置11设置在所述第十管道1002上，所述降温装置12设置在所述第十一管道1003上。
控制装置13，所述控制装置13分别与发电装置6、所述第一水泵8、所述第二水泵9、所述加热装置11、所述降温装置12连接。
压强传感器14，所述压强传感器14包括第一压强传感器1401、第二压强传感器1402、第三压强传感器1403，所述第一压强传感器1401设置在所述高压气体管道4内，所述第二压强传感器1402设置在所述第一液体活塞1内，所述第三压强传感器1403设置在所述第二液体活塞2内，所述第一压强传感器1401、所述第二压强传感器1402、所述第三压强传感器1403分别与所述控制装置13连接。
温度传感器15，所述温度传感器15包括第一温度传感器1501、第二温度传感器1502、第三温度传感器1503、第四温度传感器1504，所述第一温度传感器1501设置在所述第一液体活塞1内，所述第二温度传感器1502设置在所述第二液体活塞2内，所述第三温度传感器1503设置在所述第八管道901内，所述第四温度传感器1504设置在所述高压气体管道4内，所述第一温度传感器1501、所述第二温度传感器1502、所述第三温度传感器1503、所述第四温度传感器1504分别与所述控制装置13连接。
吸热器17，所述吸热器17设置在所述高压气体管道4内，所述吸热器17与所述控制装置13连接。
降温器18、第一喷头19和第二喷头20，所述第一喷头19设置在所述第一液体活塞1的内部上方，所述第二喷头20设置在所述第二液体活塞2的内部上方，所述降温器18通过第十二管道1801与所述第一喷头19连接，所述降温器18通过第十三管道1802与所述第二喷头20连接。
控制阀16，所述控制阀16包括第一控制阀1601、第二控制阀1602、第三控制阀1603、第四控制阀1604、第五控制阀1605、第六控制阀1606、第七控制阀1607、第八控制阀1608、第九控制阀1609、第十控制阀1610、第十一控制阀1611，所述第一控制阀1601设置在所述第一管道301上，所述第二控制阀1602设置在所述第二管道302上，所述第三控制阀1603设置在所述第三管道401上，所述第四控制阀1604设置在所述第四管道402上，所述第五控制阀1605设置在所述第五管道601上，所述第六控制阀1606设置在所述第六管道602上，所述第七控制阀1607设置在所述第七管道801上，所述第八控制阀1608设置在所述第十管道1002上，所述第九控制阀1609设置在所述第十一管道1003上，所述第十控制阀1610设置在所述第十二管道1801上，所述第十一控制阀1611设置在所述第十三管道1802上，所述第一控制阀1601、所述第二控制阀1602、所述第三控制阀1603、所述第四控制阀1604、所述第五控制阀1605、所述第六控制阀1606、所述第七控制阀1607、所述第八控制阀1608、所述第九控制阀1609、所述第十控制阀1610、所述第十一控制阀1611分别与所述控制装置13连接。
工作原理：
储能过程：在第一液体活塞内充满气体，在第二液体活塞内充满液体，控制装置控制发电装置工作，使得第二液体活塞内的液体流入到第一液体活塞内，压缩第一液体活塞内的气体，使第一液体活塞内的气压升高，当控制装置获取的第二压强传感器测得的第一液体活塞内的气体压强达到第一压强传感器测得的高压气体管道的气体压强时，打开第三管道上的控制阀，将压缩气体通过高压气体管道流入到高压储气罐内进行存储，此时，第二液体活塞内充满气体，第一液体活塞内充满液体，重复上述步骤进行储能。在此过程中，控制装置通过温度传感器获取各个装置内的温度，通过控制第二水泵、加热装置、降温装置来控制第二液体活塞内的液体温度，通过控制降温装置来对第一液体活塞和第二液体活塞进行降温。
发电过程，第一液体活塞内充满液体，第二液体活塞内充满气体，打开第三管道上的控制阀，将高压储气罐内的高压气体通过高压气体管道流入到第一液体活塞内进行膨胀，高压气体推动第一液体活塞内的液体向外流出，液体经过电力装置进行发电，发电结束后，第一液体活塞内充满气体，第二液体活塞内充满液体，重复上述步骤进行发电。在此过程中，控制装置通过温度传感器获取各个装置内的温度，通过控制第二水泵、加热装置、降温装置来控制第二液体活塞内的液体温度，通过控制降温装置来对第一液体活塞和第二液体活塞进行降温。
本实施例所述的一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，包括第一液体活塞、第二液体活塞、低压气体管道、高压气体管道、高压储气罐、发电装置、第一水泵、第二水泵、水源、加热装置、降温装置、控制装置。其通过设置两个液体活塞装置、低压气体管道、高压气体管道、发电装置，在液体活塞内对空气进行压缩和膨胀，压缩空气势能利用完全，减小了损耗，储能利用率高；其通过在液体活塞内部设置温度传感器、储液板，在外部设置液体降温装置，在空气压缩和膨胀的过程中，可以调节液体活塞内的温度，防止温度变化剧烈造成对设备的损坏，安全性高；其通过设置加热装置和降温装置，可以对液体进行控温，从而控制气体的温度，自动化程度高，温度调节能力好，进一步提高了储能利用率。本发明结构简单、操作方便、自动化程度高、安全性好，适合大规模生产使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于，包括：
第一液体活塞(1)，所述第一液体活塞(1)内部上方设置有第一端口(101)、第二端口(102)，所述第一液体活塞(1)内部下方设置有第三端口(103)，所述第一液体活塞(1)内部设置有多个第一储液板(104)；
第二液体活塞(2)，所述第二液体活塞(2)内部上方设置有第四端口(201)、第五端口(202)、第六端口(203)，所述第二液体活塞(2)内部下方设置有第七端口(204)、第八端口(205)，所述第二液体活塞(2)内部设置有多个第二储液板(206)；
低压气体管道(3)，所述低压气体管道(3)通过第一管道(301)与所述第一液体活塞(1)的第一端口(101)连接，所述低压气体管道(3)通过第二管道(302)与所述第二液体活塞(2)的第四端口(201)连接；
高压气体管道(4)，所述高压气体管道(4)的第一端通过第三管道(401)与所述第一液体活塞(1)的第二端口(102)连接，所述高压气体管道(4)的第一端通过第四管道(402)与所述第二液体活塞(2)的第五端口(202)连接；
高压储气罐(5)，所述高压储气罐(5)与所述高压气体管道(4)的第二端连接；
发电装置(6)，所述发电装置(6)与电网(7)连接，所述发电装置(6)的第一端通过第五管道(601)与所述第一液体活塞(1)的第三端口(103)连接，所述发电装置(6)的第二端通过第六管道(602)与所述第二液体活塞(2)的第七端口(204)连接；
第一水泵(8)和第二水泵(9)，所述第一水泵(8)的第一端通过第七管道(801)与所述第二液体活塞(2)的第八端口(205)连接，所述第二水泵(9)的第一端通过第八管道(901)与所述第二液体活塞(2)的第六端口(203)连接；
水源(10)，所述水源(10)通过第九管道(1001)与所述第一水泵(8)的第二端连接，所述水源(10)分别通过第十管道(1002)和第十一管道(1003)与所述第二水泵(9)的第二端连接；
加热装置(11)和降温装置(12)，所述加热装置(11)设置在所述第十管道(1002)上，所述降温装置(12)设置在所述第十一管道(1003)上；
控制装置(13)，所述控制装置(13)分别与发电装置(6)、所述第一水泵(8)、所述第二水泵(9)、所述加热装置(11)、所述降温装置(12)连接；
吸热器(17)，所述吸热器(17)设置在所述高压气体管道(4)内，所述吸热器(17)与所述控制装置(13)连接。
2.根据权利要求1所述的基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括：压强传感器(14)，所述压强传感器(14)包括第一压强传感器(1401)、第二压强传感器(1402)、第三压强传感器(1403)，所述第一压强传感器(1401)设置在所述高压气体管道(4)内，所述第二压强传感器(1402)设置在所述第一液体活塞(1)内，所述第三压强传感器(1403)设置在所述第二液体活塞(2)内，所述第一压强传感器(1401)、所述第二压强传感器(1402)、所述第三压强传感器(1403)分别与所述控制装置(13)连接。
3.根据权利要求1所述的基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括：温度传感器(15)，所述温度传感器(15)包括第一温度传感器(1501)、第二温度传感器(1502)、第三温度传感器(1503)、第四温度传感器(1504)，所述第一温度传感器(1501)设置在所述第一液体活塞(1)内，所述第二温度传感器(1502)设置在所述第二液体活塞(2)内，所述第三温度传感器(1503)设置在所述第八管道(901)内，所述第四温度传感器(1504)设置在所述高压气体管道(4)内，所述第一温度传感器(1501)、所述第二温度传感器(1502)、所述第三温度传感器(1503)、所述第四温度传感器(1504)分别与所述控制装置(13)连接。
4.根据权利要求1所述的基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括：降温器(18)、第一喷头(19)和第二喷头(20)，所述第一喷头(19)设置在所述第一液体活塞(1)的内部上方，所述第二喷头(20)设置在所述第二液体活塞(2)的内部上方，所述降温器(18)通过第十二管道(1801)与所述第一喷头(19)连接，所述降温器(18)通过第十三管道(1802)与所述第二喷头(20)连接。
5.根据权利要求1所述的基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述第一储液板(104)和所述第二储液板(206)结构相同，所述第一储液板(104)的一端与所述第一液体活塞(1)的内侧壁固定连接，所述第一储液板(104)内设置有凹槽(1041)、空气通孔(1042)，所述空气通孔(1042)的侧壁高于所述凹槽(1041)的底部。
6.根据权利要求1所述的基于液体活塞的压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括：控制阀(16)，所述控制阀(16)包括第一控制阀(1601)、第二控制阀(1602)、第三控制阀(1603)、第四控制阀(1604)、第五控制阀(1605)、第六控制阀(1606)、第七控制阀(1607)、第八控制阀(1608)、第九控制阀(1609)、第十控制阀(1610)、第十一控制阀(1611)，所述第一控制阀(1601)设置在所述第一管道(301)上，所述第二控制阀(1602)设置在所述第二管道(302)上，所述第三控制阀(1603)设置在所述第三管道(401)上，所述第四控制阀(1604)设置在所述第四管道(402)上，所述第五控制阀(1605)设置在所述第五管道(601)上，所述第六控制阀(1606)设置在所述第六管道(602)上，所述第七控制阀(1607)设置在所述第七管道(801)上，所述第八控制阀(1608)设置在所述第十管道(1002)上，所述第九控制阀(1609)设置在所述第十一管道(1003)上，所述第十控制阀(1610)设置在第十二管道(1801)上，所述第十一控制阀(1611)设置在第十三管道(1802)上，所述第一控制阀(1601)、所述第二控制阀(1602)、所述第三控制阀(1603)、所述第四控制阀(1604)、所述第五控制阀(1605)、所述第六控制阀(1606)、所述第七控制阀(1607)、所述第八控制阀(1608)、所述第九控制阀(1609)、所述第十控制阀(1610)、所述第十一控制阀(1611)分别与所述控制装置(13)连接。
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