CN106870259A - 一种基于恒压储气的两段式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于恒压储气的两段式储能系统，所述储能系统包含：储气单元(A)、压缩罐(B)、第一抽蓄发电单元(G1)、第二抽蓄发电单元(G2)以及外部低压水池(L)、第一气体管道(1)、第一液体管道(2)、第二液体管道(3)和低压气体管道(4)；第一气体管道(1)连接储气单元(A)和压缩罐(B)，第一抽蓄发电单元(G1)的一侧经第一液体管道(2)连接储气单元(A)，第一抽蓄发电单元(G1)的另一侧经第二液体管道(3)连接压缩罐(B)，第二抽蓄发电单元(G2)经液体管道分别与压缩罐(B)和外部低压水池(L)连接。

Description

一种基于恒压储气的两段式储能系统

技术领域

本发明涉及储能系统领域，特别是涉及基于恒压储气的两段式储能系统。

背景技术

随着全球能源互联网概念的提出与技术的发展，储能技术对电网的稳定性和经济性起到越来越重要的作用。储能技术打破电能产生与消耗在时间和空间上的限制，起到削峰填谷、提高系统可靠性与稳定的作用。另外，随着新能源发电规模的日益扩大与分布式发电技术的不断发展，电力储能技术的应用可平抑风能、太阳能等新能源发电的随机性和间歇性，提高新能源发电规模与并网容量。

因此希望有一种基于恒压储气的两段式储能系统可以实现压缩空气储能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于恒压储气的两段式储能系统来实现压缩空气的储能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于恒压储气的两段式储能系统，所述储能系统包含：储气单元A、压缩罐B、第一抽蓄发电单元G1、第二抽蓄发电单元G2以及外部低压水池L、第一气体管道1、第一液体管道2、第二液体管道3和低压气体管道4；所述第一气体管道1连接所述储气单元A和所述压缩罐B，所述第一抽蓄发电单元G1的一侧经所述第一液体管道2连接所述储气单元A，所述第一抽蓄发电单元G1的另一侧经所述第二液体管道3连接所述压缩罐B，所述第二抽蓄发电单元G2经液体管道分别与所述压缩罐B和所述外部低压水池L连接。

优选地，所述第一抽蓄发电单元G1和所述第二抽蓄发电单元G2分别构成两套储能发电系统，各自交替独立运行；第一套储能发电系统将所述储气单元A作为下水池，将压缩罐B作为上水池，利用所述第一抽蓄发电单元G1实现储能和发电过程；第二套储能发电系统将外部低压水池L作为下水池，将压缩罐B作为上水池，利用所述第二抽蓄发电单元G2实现储能和发电过程。

优选地，所述交替独立运行是指，在储能过程中，所述第二抽蓄发电单元G2运行在储能过程中，将所述压缩罐B内气体压缩到与所述储气单元A相同的压强后，所述第一抽蓄发电单元G1开始运行，将所述压缩罐B内气体等压迁移到储气罐中；在发电过程中，所述第一抽蓄发电单元G1运行，将储气罐内气体等压迁移到所述压缩罐B后，所述第二抽蓄发电单元G2开始运行，压缩气体在所述压缩罐B内膨胀做功，最终将气体压缩能转成电能。

优选地，所述第一套储能发电系统中的所述第一抽蓄发电单元G1利用所述储气单元A与所述压缩罐B内部液面高度差进行储能和发电，并实现气体在所述储气单元A与所述压缩罐B间等压迁移；所述第二套储能发电系统中的所述第二抽蓄发电单元G2通过液体流入流出所述压缩罐B控制气体在所述压缩罐B内压缩和膨胀实现储能和发电。

优选地，所述第一抽蓄发电单元G1和所述第二抽蓄发电单元G2采用可变速抽蓄机组，或者所述第一抽蓄发电单元G1和所述第二抽蓄发电单元G2采用液压活塞机构；当所述第一抽蓄发电单元G1和所述第二抽蓄发电单元G2采用液压活塞机构时，所述液压活塞机构将外界能源换化为活塞杆直线运动机械能或者另一组液压缸所连接的外部液体势能源的势能，且所述第一抽蓄发电单元G1和所述第二抽蓄发电单元G2可对同一外部液体势能源进行转换。

优选地，可采用液体驱动装置实现所述储气单元A与所述压缩罐B间气体等压迁移；所述储气单元A位于所述压缩罐B上部时，将储气单元作为上水池，将压缩罐作为下水池。

优选地，所述压缩罐B采用单个压缩罐独立运行、多个压缩罐组合运行、多个压缩罐并列运行或压缩罐成对运行的方式进行连接；所述储能系统中的所述压缩罐B与所述第二抽蓄发电单元G2采用成组运行或者多组并列运行的方式进行连接；所述压缩罐成对运行是指，第二抽蓄发电单元G2连接第一压缩罐和第二压缩罐，其中第一压缩罐进行气体压缩或膨胀时，第二压缩罐连通低压气体管道作为下水池运行。

优选地，在所述第一气体管道1和所述第二液体管道3之间设置缓冲罐C与所述压缩罐B并联，缓冲罐C为压力容器或管道，或在多个所述压缩罐B并列运行中选择一个或多个作为缓冲罐C运行，以实现第一抽蓄发电单元G1的连续运行。

优选地，在所述缓冲罐C与所述压缩罐B的液体连接管道上安装有源驱动装置,提高所述压缩罐B的液体流入流出速度，或在所述缓冲罐C与所述压缩罐B之间设置高度差，无需附加液体驱动设备，通过阀门控制气体自发转移；在所述缓冲罐C与所述压缩罐B间设置高度差，实现压缩气体在所述缓冲罐C与所述压缩罐B间自动转移，当设置所述缓冲罐C的位置高于所述压缩罐B时，所述压缩罐B中的压缩气体自动向所述缓冲罐C转移；当设置所述缓冲罐C的位置低于所述压缩罐B时，所述缓冲罐C中压缩气体自动向所述压缩罐B转移。

优选地，所述第一抽蓄发电单元G1控制气体在所述储气单元A与所述压缩罐B间的等压迁移的方法包括：

连通连接所述储气单元A与所述压缩罐B之间的气体管道，第一抽蓄发电单元控制压缩气体在所述储气单元A与所述压缩罐B之间的等压迁移方向，具有储能运行模式和发电运行模式；

在储能运行模式下，所述第一抽蓄发电单元G1消耗外界能量将所述储气单元A中的水送入所述压缩罐B中，将所述压缩罐B中的高压气体通过气体管道转移至所述储气单元A中，外界能量转换成水的势能；

在发电运行模式下，所述第一抽蓄发电单元G1利用两侧水的压强差做功发电，所述压缩罐B内的水进入所述储气单元A中，所述储气单元A中的高压气体通过气体管道转移至所述压缩罐B，水的势能转换成电能或其他形式能量。

优选地，所述第二抽蓄发电单元G2通过液体流入流出所述压缩罐B控制气体在所述压缩罐B内压缩和膨胀实现储能和发电的方法包括：

在储能运行模式下，所述第二抽蓄发电单元G2消耗外界能量将外部低压水池L中的水送入所述压缩罐B中，并将所述压缩罐B内低压气体压缩成高压气体，外界能量转换成空气的压缩势能；

在发电运行模式下，所述压缩罐B内的高压气体膨胀做功，所述压缩罐B中的水在高压气体的推动下驱动所述第二抽蓄发电单元G2发电，将空气的压缩势能转换成电能或其他形式能量。

优选地，所述储能系统布置于陆地，增设外部低压水池作为所述第一抽蓄发电单元G1的下水池，所述储气单元A经液体管道与外部低压水池相连，所述储气单元A气体压强由该外部低压水池与所述储气单元A的液面高度差决定。

优选地，所述储能系统布置于海洋，所述储气单元A采用深潜于水底的无底沉箱，所述储气单元A的气体压强由海面与所述储气单元A的液面高度差决定，海洋作为所述储能系统的下水池。

本发明公开了一种基于恒压储气的两段式储能系统，所述储能系统实现了压缩空气储能，具有建设规模大、建造成本和运行成本较低、场地限制少、寿命长和安全可靠性高的特点，在不具备建设抽水蓄能电站自然条件的地区、远离消费中心的大型风电场和太阳能发电场，建设压缩空气储能电站具有显著优势。

附图说明

图1是本发明第一实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图3是本发明第三实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图4是本发明第四实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图5是本发明第五实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图6是本发明第六实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图7是本发明第七实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图8是本发明第八实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图9是本发明第九实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图10是本发明第十实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图11是本发明第十实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图12是本发明第十实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图13是本发明第十实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图14是本发明第十实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图15是本发明第十一实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图16是本发明第十二实施例的基于恒压储气的两段式储能系统的结构示意图；

图17是本发明实施例中的抽蓄发电单元压缩空气方案结构示意图；

图18是本发明实施例中空气压缩机压缩空气方案示意图；

图19是本发明实施例中缓冲罐实现方式示意图；

图20是本发明另一实施例的缓冲罐实现方式示意图。

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。

在本发明一宽泛实施例中：基于恒压储气的两段式储能系统包含：储气单元、压缩罐、第一抽蓄发电单元、第二抽蓄发电单元以及外部低压水池、第一气体管道、第一液体管道、第二液体管道和低压气体管道；第一气体管道连接储气单元和压缩罐，第一抽蓄发电单元的一侧经第一液体管道连接储气单元，第一抽蓄发电单元的另一侧经第二液体管道连接压缩罐，第二抽蓄发电单元经液体管道分别与压缩罐和外部低压水池连接。

图1为本发明第一实施例提供的一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。第一气体管道1连接储气单元A和压缩罐B，第一抽蓄发电单元G1一侧经第一液体管道2连接储气单元A，另一侧经第二液体管道3连接压缩罐B，第二抽蓄发电单元G2分别经第一液体管道5和第二液体管道6连接压缩罐B和外部低压水池L，压缩罐B连接外部低压气体管道4。

在基于恒压储气的两段式储能系统储能时，压缩罐B内经低压气体管道4预置低压气体，关闭阀门F2、F3、F7，打开阀门F6，第二抽蓄发电单元G2消耗电能，将外部低压水池L中的水抽入压缩罐B中压缩气体至高压，关闭阀门F6，打开阀门F1、F2、F3，压缩罐B与储气单元A连通，第一抽蓄发电单元G1消耗电能，将储气单元A中的液体经第一液体管道2和第二液体管道3抽入压缩罐B中，同时压缩罐B中的高压气体等压迁移到储气单元A中，在此过程中电能转换成压缩罐B中水的势能，压缩罐B中充满液体，关闭所有阀门；重复上述过程。

在该基于恒压储气的两段式储能系统发电时，初始状态为压缩罐B内充满液体，所有阀门关闭；打开阀门F1、F2、F3，储气单元A与压缩罐B内气体压强相等，压缩罐B内液体在压缩罐B与储气单元A内液面高度差作用下，经第二液体管道3、第一抽蓄发电单元G1、第一液体管道2流入储气单元A中，并驱动第一抽蓄发电单元G1发电，同时一定量的高压气体从储气单元A中等压迁移到压缩罐B中，关闭阀门F1、F2、F3，打开阀门F6，高压气体在压缩罐B中膨胀推动压缩罐内液体经第一液体管道5、第二抽蓄发电单元G2、第二液体管道6流入外部低压水池，同时带动第二抽蓄发电单元G2发电；膨胀结束后打开阀门F7，第二抽蓄发电单元G2消耗电能将压缩罐B注满液体，关闭所有阀门；重复上述过程。

储气单元A与压缩罐B具有高度差时，可利用第一抽蓄发电单元G1进行储能与发电，当储气单元A与压缩罐B不具有高度差时，利用第一抽蓄发电单元G1控制高压气体在储气单元A与压缩罐B间转移。

图2为本发明第二实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，在图1所示系统基础上，在第一气体管道1与第二液体管道3间增加缓冲罐C与压缩罐B并联，并在压缩罐B液体管道接口处增加液体驱动装置M，可实现第一抽蓄发电单元G1的连续运行，且使第一抽蓄发电单元G1与第二抽蓄发电单元G2的运行相互独立。

在该基于恒压储气的两段式储能系统储能时，初始状态，压缩罐B中预置低压气体，关闭阀门F4、F5、F7,打开阀门F6，第二抽蓄发电单元G2将外部低压水池L中的液体抽入压缩罐B中压缩气体至高压，关闭阀门F6；打开阀门F4、F5、F8，液体驱动装置M通过控制缓冲罐C中液体向压缩罐B中转移使压缩罐B中的高压气体等压迁移到缓冲罐C中，关闭阀门F4、F5、F8，压缩罐B进行第二次气体压缩储能过程；打开阀门F1、F2、F3，第一抽蓄发电单元G1消耗电能将储气单元A中液体抽入缓冲罐C中，将电能转换为液体势能，同时使缓冲罐C中高压气体等压迁移到储气单元A中，通过控制进出缓冲罐C的液体流量，缓冲罐C中的高压气体可持续转移至储气单元A中，直到压缩罐B完成第二次气体压缩储能过程，第二次向缓冲罐C等压迁移气体，压缩罐B向缓冲罐C等压迁移高压气体时，阀门F1、F2、F3可以不关闭，第一抽蓄发电单元G1连续运行。

在该基于恒压储气的两段式储能系统发电时，阀门F1、F2、F3始终打开，第一抽蓄发电单元G1可利用缓冲罐C与储气单元A内液面高度差进行发电，缓冲罐C内的液体进入储气单元A中，储气单元A中的压缩气体转移至储气罐C中；压缩罐B完成上一次气体膨胀发电过程并重新充满液体后，关闭阀门F6、F7，打开阀门F4、F5、F8，液体驱动装置M控制压缩罐内液体向缓冲罐转移,并从缓冲罐向压缩罐等压迁移适量高压气体，关闭阀门F4、F5、F8，打开阀门F6，压缩罐与第二抽蓄发电单元G2进入下一个气体膨胀发电过程；通过控制进出缓冲罐C的液体流量，第一抽蓄发电单元G1可连续发电，且使其与第二抽蓄发电单元G2的运行过程相互独立。

图3为本发明第三实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。压缩罐B1与抽蓄发电单元G2、压缩罐B2与抽蓄发电单元G3可同时运行，也可分时运行。

图4为本发明第四实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。压缩罐采用成对运行方式，即第一压缩罐B1、第二压缩罐B2与缓冲罐C分别经第二液体管道3、第一气体管道1并联，连接第一压缩罐B1与缓冲罐C的液体管道连接液体驱动装置M，第一压缩罐B1经第二抽蓄发电单元G2与第二压缩罐B2相连，第一压缩罐B1经液体驱动装置M1连接外部低压水池。

在该基于恒压储气的两段式储能系统储能时，一方面，阀门F1、F2、F3始终处于打开状态，第一抽蓄发电单元G1控制液体从储气单元A注入缓冲罐C的流量，持续将缓冲罐C中的高压气体等压迁移到储气单元A中；另一方面，第一压缩罐B1、第二压缩罐B2及第二抽蓄发电单元G2进行气体压缩储能过程。

在该基于恒压储气的两段式储能系统发电时，一方面，阀门F1、F2、F3始终处于打开状态，第一抽蓄发电单元G1利用缓冲罐C与储气单元A内液面高度差进行发电，通过控制从缓冲罐C流入储气单元A的液体流量，第一抽蓄发电单元G1可连续发电；另一方面，第一压缩罐B1、第二压缩罐B2及第二抽蓄发电单元G2进行气体膨胀释能过程。

以第一压缩罐B1为例，第一压缩罐B1完成压缩气体储能过程后，打开阀门F4-1、F5-1、F8，液体驱动装置M通过控制缓冲罐C中液体向第一压缩罐B1中转移使第一压缩罐B1中的高压气体等压迁移到缓冲罐C中，关闭阀门F4-1、F5-1、F8，打开阀门F6-1、F7-1，第一压缩罐B1中液体经第二抽蓄发电单元G2排出到外部低压水池L中，同时低压气体经气体管道4进入压缩罐，关闭阀门F7-1，进行下一次气体压缩储能过程；第一压缩罐B1完成气体膨胀释能过程后，打开阀门F7-1，第二抽蓄发电单元G2消耗电能将压缩罐B注满液体，关闭阀门F6-1、F7-1，打开阀门F4-1、F5-1、F8，液体驱动装置M控制压缩罐B1内液体向缓冲罐C转移,使适量高压气体从缓冲罐C向第一压缩罐B1中等压迁移，关闭阀门F4-1、F5-1，进行下一次气体膨胀释能过程。

仅对第一压缩罐B1和第二压缩罐B2成对运行方式进行描述：

储能过程中，初始状态，第一压缩罐B1充满液体，第二压缩罐B2内预置低压气体；关闭阀门F4-1、F4-2、F7-2、F5-1、F5-2，打开阀门F6-1、F6-2、F7-1，第二抽蓄发电单元G2将第一压缩罐B1中的液体抽入第二压缩罐B2中压缩气体，同时低压气体经气体管道4、阀门F7-1进入第一压缩罐B1，对第一压缩罐B1进行气体预置，此时第一压缩罐B1相当于第二压缩罐B2的下水池，第二压缩罐B2中气体压缩储能过程完成后，关闭阀门F6-1、F6-2，打开阀门F5-2、F4-2、F8，液体驱动装置M将第二压缩罐B2中高压气体等压迁移到缓冲罐C中，同时，打开阀门F9，第一压缩罐B1中剩余液体经液体驱动装置M1流入外部低压水池L中，完成对第一压缩罐B1的气体预置，关闭阀门F9、F7-1，等压迁移结束后关闭阀门F4-2、F5-2、F8；第一压缩罐B1中气体压缩过程与第二压缩罐B2中相同，此时第二压缩罐B2作为第一压缩罐B1的下水池；第一压缩罐B1和第二压缩罐B2交替运行。

发电过程中，初始状态，第一压缩罐B1充满液体，第二压缩罐B2内预置高压气体，打开阀门F7-1、F6-1、F6-2，高压气体在第二压缩罐B2内膨胀推动液体经过第二抽蓄发电单元G2发电后转移到第一压缩罐B1内，此时第一压缩罐B1相当于第二压缩罐B2的下水池，第二压缩罐B2内气体膨胀释能结束后，打开阀门F9，第二抽蓄发电单元G2将第二压缩罐B2内的剩余液体抽入第一压缩罐B1中，液体驱动装置M1控制液体流量使第一压缩罐B1中充满液体，关闭阀门F6-1、F6-2、F7-1、F9；B1中气体膨胀释能过程与第二压缩罐B2中相同，此时第二压缩罐B2作为第一压缩罐B1的下水池；第一压缩罐B1和第二压缩罐B2交替运行。

图5为本发明第五实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，图中未画出与第一压缩罐B1、第二压缩罐B2相连的低压气体管道。第一压缩罐B1与计量罐D1、抽蓄发电单元G2并联为一组，第二压缩罐B2与计量罐D2、抽蓄发电单元G3并联为另一组，两组并列运行。计量罐D1与D2是一种特殊的缓冲罐，计量罐D1的容积等于将体积为第一压缩罐B1容积的低压气体压缩到指定压强时该气体的体积，计量罐D1与第一压缩罐B1并联，计量罐中的高压气体一次性全部转移至对应的压缩罐和缓冲罐，其等压迁移过程与前述压缩罐与缓冲罐间气体等压迁移过程相同，不再赘述。计量罐D的主要作用在于控制基于恒压储气的两段式储能系统在气体膨胀释能过程中向压缩罐等压迁移气体的体积，防止等压迁移到压缩罐内的高压气体过多，导致气体不能完全膨胀释能，造成能量浪费。

图6为本发明第六实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。第二抽蓄发电单元G2采用液压活塞机构P1、第一缓冲池H、第二缓冲池S及可变速抽水蓄能机组F实现，液压活塞机构P1一组液压缸分别连接压缩罐B与外部低压水池L，另一组液压缸分别连接第一缓冲池H与第二缓冲池S，缓冲池H经液体管道8、可变速抽水蓄能机组F、液体管道9连接缓冲池S，第二缓冲池S与外部低压水池L可以合并。第一缓冲池H与第二缓冲池S共同为液压活塞机构P1及可变速抽水蓄能机组F提供稳定的势能差。储能时，可变速抽水蓄能机组F将缓冲池S中的液体抽入第一缓冲池H中，液体在第一缓冲池H与第二缓冲池S间压强差作用下流经液压活塞机构P1的液压缸推动活塞运动，将外部低压水池L中的液体抽入压缩罐B中进行气体圧缩过程，能量变换过程为，电能转换为第一缓冲池H的液体势能，经液压活塞机构P1转换为活塞机械能，转换为液压活塞机构P1另一侧液压势能，进一步转换为压缩气体的内能。发电时，高压气体在压缩罐B内膨胀做功，推动液体经过液压活塞机构P1的液压缸推动活塞运动，将第二缓冲池S内的液体经液压活塞机构抽入第一缓冲池H中，液体在第一缓冲池H与第二缓冲池S间压强差作用下流经可变速抽蓄发电机组F发电，能量变换过程与储能时相反，通过阀门及可变速抽水蓄能机组F控制，使流入、流出第一缓冲池H的液体量相同，保持第一缓冲池H压强恒定。

图7为本发明第七实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，第一缓冲池H通过气体管道与储气单元A相连，利用储气单元A中压强恒定的压缩气体为第一缓冲池H提供高压，第一缓冲池H与可变速抽蓄发电机组F具有高度为h的高度差，可变速抽蓄发电单元F高压侧压强由高度为h的液体压强与储气单元A中气体压强共同决定，通过阀门及可变速抽水蓄能机组F控制，使流入、流出第一缓冲池H的液体量相同，保持第一缓冲池H压强恒定。压缩罐B通过单独的液体管道直接连接低压水池L，可由低压水池L向压缩罐B提供不同温度的液体，提高压缩空气储能/发电的效率。

图8为本发明第八实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，将缓冲罐C作为液压活塞机构的高压水池H。

图9为本发明第九实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。第一抽蓄发电单元、第二抽蓄发电单元均由图6所示含液压活塞机构的方式实现，可以转换为同一外部势能源；液压活塞机构P2一侧分别连接储气单元A与压缩罐B，另一侧分别连接第一缓冲池H与第二缓冲池S。可变速抽水蓄能机组F将第二缓冲池S中的液体抽入第一缓冲池H中，液体在第一缓冲池H与第二缓冲池S间压强差作用下流经液压活塞机构P2的液压缸推动活塞运动，将储气单元A中的液体抽入压缩罐B中，压缩罐B中的高压气体等压迁移到储气单元A中，能量变换过程为，电能转换为第一缓冲池H的液体势能，经液压活塞机构P2转换为活塞机械能，转换为液压活塞机构P2另一侧液压势能，进一步转换为压缩罐B内液体势能。发电时，液体在压缩罐B与储气单元A内液面高度差作用下流经液压活塞机构P2的液压缸推动活塞运动，将第二缓冲池S内的液体经液压活塞机构抽入第一缓冲池H中，液体在第一缓冲池H与第二缓冲池S间压强差作用下流经可变速抽蓄发电机组F发电，同时储气单元A中的高压气体等压迁移到压缩罐B中，能量变换过程为，压缩罐B与储气单元A内液面高度差产生的液压势能经液压活塞机构P2转换为活塞机械能，转换为液压活塞机构P2另一侧液压势能，最终转换为电能或其他形式能量。

图10为本发明第十实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。配置第一缓冲罐C1位置高于压缩罐B，则储能时，在第一缓冲罐C1与压缩罐B高度差作用下，第一缓冲罐C1中液体自发转移到压缩罐B中，使压缩罐B中高压气体等压迁移到第一缓冲罐C1中。

图11为本发明第十实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。配置第一缓冲罐C1位置低于压缩罐B，则发电时，在压缩罐B与第一缓冲罐C1高度差作用下，压缩罐B中液体自发转移到第一缓冲罐C1中，使第一缓冲罐C1中高压气体等压迁移到压缩罐B中。

图12为本发明第十实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。第一缓冲罐C1位置高于压缩罐B，第二缓冲罐C1位置低于压缩罐B。高压气体在缓冲罐与压缩罐B间进行等压迁移过程中，通过阀门开断选择不同的缓冲罐，使得等压迁移过程不用采用液体驱动装置而自发进行。储能时，压缩罐B内完成气体压缩过程后，打开阀门F4、F30、F31、F5，第一缓冲罐C1、C2中液体在第一缓冲罐C1与压缩罐B的高度差作用下自发转移到压缩罐B中，压缩罐B中高压气体经阀门F4等压迁移到第一缓冲罐C1中；发电时，压缩罐B内充满液体后，打开阀门F30、F32、F5，压缩罐B内液体在压缩罐B与第二缓冲罐C1内液面高度差作用下自发转移到第一缓冲罐C1中，第一缓冲罐C1中的高压气体经阀门F30、F32等压迁移到压缩罐B中。

上述压缩罐、缓冲罐的连接方式可以相互组合。

图13所示，为本发明第十实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，压缩罐采用成对运行方式，两个子压缩罐共用按图12所示方式连接的缓冲罐，或如图14所示，为本发明第十实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图，两个子压缩罐分别设置按图12所示方式连接的缓冲罐。

图15为本发明第十一实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。所述系统可布置于陆地，储气单元A可为地下洞穴、位于地下的金属耐压容器或管道。增设外部低压水池L作为第一抽蓄发电单元G1的下水池，第一抽蓄发电单元G1经液体管道2-1连接外部低压水池，储气单元A经液体管道2-2与外部低压水池相连，储气单元A气体压强由该外部低压水池L与储气单元A液面高度差决定。

图16为本发明第十二实施例提供的另一种基于恒压储气的两段式储能系统的示意图。所述系统可布置于海洋，储气单元A可由深潜于水底的沉箱构成，储气单元A气体压强由其在海面下深度决定；抽蓄发电装置布置在船、岛屿或海上钻井平台等之上，压缩罐B置于浅水或者布置在船、岛屿或海上钻井平台等之上；储气系统A和高压气体管道之间采用伸缩结构作为连接方式，该伸缩结构为伸缩式软管道、弹簧式软管道或螺旋式管道。

图17为本发明一实施例提供的一种抽蓄发电单元压缩空气方案示意图。抽蓄发电单元G2经液体管道分别连接压缩罐B与外部低压水池L，储能过程中，抽蓄发电单元G2将外部低压水池中的水抽入压缩罐中压缩气体至高压；发电过程中，高压气体在压缩罐B中膨胀，推动其内液体流经第二抽蓄发电单元G2发电。

图18为本发明一实施例提供的一种空气压缩机压缩空气方案示意图，储能过程中，采用空气透平不断向压缩罐内注入气体从而将提高气体压强；发电过程中，压缩罐B内的高压气体膨胀直接驱动空气透平发电。

图19所示，缓冲罐C采用一段新的管道实现。

图20所示，缓冲罐C采用容器实现。

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，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。

Claims (13)

1.一种基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述储能系统包含：储气单元(A)、压缩罐(B)、第一抽蓄发电单元(G1)、第二抽蓄发电单元(G2)以及外部低压水池(L)、第一气体管道(1)、第一液体管道(2)、第二液体管道(3)和低压气体管道(4)；所述第一气体管道(1)连接所述储气单元(A)和所述压缩罐(B)，所述第一抽蓄发电单元(G1)的一侧经所述第一液体管道(2)连接所述储气单元(A)，所述第一抽蓄发电单元(G1)的另一侧经所述第二液体管道(3)连接所述压缩罐(B)，所述第二抽蓄发电单元(G2)经液体管道分别与所述压缩罐(B)和所述外部低压水池(L)连接。

2.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于：所述第一抽蓄发电单元(G1)和所述第二抽蓄发电单元(G2)分别构成两套储能发电系统，各自交替独立运行；第一套储能发电系统将所述储气单元(A)作为下水池，将压缩罐(B)作为上水池，利用所述第一抽蓄发电单元(G1)实现储能和发电过程；第二套储能发电系统将外部低压水池(L)作为下水池，将压缩罐(B)作为上水池，利用所述第二抽蓄发电单元(G2)实现储能和发电过程。

3.如权利要求2所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于：所述交替独立运行是指，在储能过程中，所述第二抽蓄发电单元(G2)运行在储能过程中，将所述压缩罐(B)内气体压缩到与所述储气单元(A)相同的压强后，所述第一抽蓄发电单元(G1)开始运行，将所述压缩罐(B)内气体等压迁移到储气罐中；在发电过程中，所述第一抽蓄发电单元(G1)运行，将储气罐内气体等压迁移到所述压缩罐(B)后，所述第二抽蓄发电单元(G2)开始运行，压缩气体在所述压缩罐(B)内膨胀做功，最终将气体压缩能转成电能。

4.如权利要求2所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述第一套储能发电系统中的所述第一抽蓄发电单元(G1)利用所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)内部液面高度差进行储能和发电，并实现气体在所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)间等压迁移；所述第二套储能发电系统中的所述第二抽蓄发电单元(G2)通过液体流入流出所述压缩罐(B)控制气体在所述压缩罐(B)内压缩和膨胀实现储能和发电。

5.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于：所述第一抽蓄发电单元(G1)和所述第二抽蓄发电单元(G2)采用可变速抽蓄机组，或者所述第一抽蓄发电单元(G1)和所述第二抽蓄发电单元(G2)采用液压活塞机构；当所述第一抽蓄发电单元(G1)和所述第二抽蓄发电单元(G2)采用液压活塞机构时，所述液压活塞机构将外界能源换化为活塞杆直线运动机械能或者另一组液压缸所连接的外部液体势能源的势能，且所述第一抽蓄发电单元(G1)和所述第二抽蓄发电单元(G2)可对同一外部液体势能源进行转换。

6.如权利要求1或2之一的所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，可采用液体驱动装置实现所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)间气体等压迁移；所述储气单元(A)位于所述压缩罐(B)上部时，将储气单元作为上水池，将压缩罐作为下水池。

7.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述压缩罐(B)采用单个压缩罐独立运行、多个压缩罐组合运行、多个压缩罐并列运行或压缩罐成对运行的方式进行连接；所述储能系统中的所述压缩罐(B)与所述第二抽蓄发电单元(G2)采用成组运行或者多组并列运行的方式进行连接；所述压缩罐成对运行是指，第二抽蓄发电单元(G2)连接第一压缩罐和第二压缩罐，其中第一压缩罐进行气体压缩或膨胀时，第二压缩罐连通低压气体管道作为下水池运行。

8.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于：在所述第一气体管道(1)和所述第二液体管道(3)之间设置缓冲罐(C)与所述压缩罐(B)并联，缓冲罐(C)为压力容器或管道，或在多个所述压缩罐(B)并列运行中选择一个或多个作为缓冲罐(C)运行，以实现第一抽蓄发电单元(G1)的连续运行。

9.如权利要求8所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，在所述缓冲罐(C)与所述压缩罐(B)的液体连接管道上安装有源驱动装置,提高所述压缩罐(B)的液体流入流出速度，或在所述缓冲罐(C)与所述压缩罐(B)之间设置高度差，无需附加液体驱动设备，通过阀门控制气体自发转移；在所述缓冲罐(C)与所述压缩罐(B)间设置高度差，实现压缩气体在所述缓冲罐(C)与所述压缩罐(B)间自动转移，当设置所述缓冲罐(C)的位置高于所述压缩罐(B)时，所述压缩罐(B)中的压缩气体自动向所述缓冲罐(C)转移；当设置所述缓冲罐(C)的位置低于所述压缩罐(B)时，所述缓冲罐(C)中压缩气体自动向所述压缩罐(B)转移。

10.如权利要求1或2之一的所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述第一抽蓄发电单元(G1)控制气体在所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)之间的等压迁移的方法包括：

连通连接所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)之间的气体管道，第一抽蓄发电单元控制压缩气体在所述储气单元(A)与所述压缩罐(B)间的等压迁移方向，具有储能运行模式和发电运行模式；

在储能运行模式下，所述第一抽蓄发电单元(G1)消耗外界能量将所述储气单元(A)中的水送入所述压缩罐(B)中，将所述压缩罐(B)中的高压气体通过气体管道转移至所述储气单元(A)中，外界能量转换成水的势能；

在发电运行模式下，所述第一抽蓄发电单元(G1)利用两侧水的压强差做功发电，所述压缩罐(B)内的水进入所述储气单元(A)中，所述储气单元(A)中的高压气体通过气体管道转移至所述压缩罐(B)，水的势能转换成电能或其他形式能量。

11.如权利要求1或2之一的所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述第二抽蓄发电单元(G2)通过液体流入流出所述压缩罐(B)控制气体在所述压缩罐(B)内压缩和膨胀实现储能和发电的方法包括：

在储能运行模式下，所述第二抽蓄发电单元(G2)消耗外界能量将外部低压水池(L)中的水送入所述压缩罐(B)中，并将所述压缩罐(B)内低压气体压缩成高压气体，外界能量转换成空气的压缩势能；

在发电运行模式下，所述压缩罐(B)内的高压气体膨胀做功，所述压缩罐(B)中的水在高压气体的推动下驱动所述第二抽蓄发电单元(G2)发电，将空气的压缩势能转换成电能或其他形式能量。

12.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述储能系统布置于陆地，增设外部低压水池作为所述第一抽蓄发电单元(G1)的下水池，所述储气单元(A)经液体管道与外部低压水池相连，所述储气单元(A)气体压强由该外部低压水池与所述储气单元(A)的液面高度差决定。

13.如权利要求1所述的基于恒压储气的两段式储能系统，其特征在于，所述储能系统布置于海洋，所述储气单元(A)采用深潜于水底的无底沉箱，所述储气单元(A)的气体压强由海面与所述储气单元(A)的液面高度差决定，海洋作为所述储能系统的下水池。