CN107559054A - 一种恒压式气囊储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒压式气囊储能系统，包括压缩进气系统、恒压气囊储能结构、解压发电系统、智能控制系统和安全系统，其中恒压气囊储能结构由储能气囊、槽型基础和上部配重块组成，储能气囊位于槽型基础内部，在储能气囊底部设置有底板，在储能气囊顶部设置有顶板，顶板为凹槽结构，在顶板凹槽槽内设置有配重块，顶板的两侧安装有万向轮与槽型基础侧墙接触。本系统输出压缩空气时一直保持恒定压力，在任何一种地形下都可以建造，可以建在地面，也可以浅埋在地下，具有运行方便，使用寿命长，安全环保，建设成本低的特点。

Description

一种恒压式气囊储能系统

技术领域

本发明属于能量存储技术领域，具体涉及一种恒压式气囊储能系统。

背景技术

由于清洁能源的间歇性、不稳定性，能量存储技术一直是全球共同关注的话题之一。目前最成熟的大规模储能方式是抽水蓄能，它需要配建上、下游两个水库。在电网负荷低谷时段抽水蓄能设备处于电动机工作状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，在电网负荷高峰时设备处于发电机工作状态，利用储存在上游水库中的水发电。其能量转换效率在70％到75％左右。但由于受建站选址要求高、建设周期长和动态调节响应速度慢等因素的影响，抽水储能技术的大规模推广应用受到一定程度的限制。

其次是压缩空气蓄能(CAES)技术。在电力充足的时候进行空气压缩储存，等到电力匮乏的之时，再通过解压空气进行发电的方式。空气可以压缩并储存在报废矿井、山洞、过期油气井或新建储气井中，但受到特殊地质构造束缚，建设成本较大。因此提供一种运行方便、建设可行的储能技术是目前迫切的需要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种运行方便、建设可行的恒压式气囊储能系统，本系统输出压缩空气时一直保持恒定压力，几乎在任何一种地形下都可以建造，可以建在地面，也可以浅埋在地下。该存储成本较低，能源效果也较为经济。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种恒压式气囊储能系统，包括压缩进气系统、恒压气囊储能结构、解压发电系统、智能控制系统和安全系统；所述的恒压气囊储能结构由储能气囊、槽型基础和上部配重块组成，其中储能气囊位于槽型基础内部，在储能气囊底部设置有底板，在储能气囊顶部设置有顶板，所述的底板固定在槽型基础上，底板上设置有单向进气阀、解压出气阀和安全排气阀，所述的顶板为凹槽结构，在顶板凹槽槽内设置有配重块，顶板的两侧安装有万向轮与槽型基础侧墙接触。

所述的压缩进气系统由电动机、空气压缩机、进气管路和单向进气阀组成，其中电动机与空气压缩机电联接，进气管路的首尾段分别与空气压缩机和单向进气阀连接，工作时由电动机带动空气压缩机，通过进气管路与恒压气囊储能结构底板上的单向进气阀为恒压气囊储能结构提供压缩空气。

所述的储能气囊由柔性材料制成，其上部、下部均附着在硬质材料的底板和顶板上。

所述的解压发电系统由恒压气囊储能结构、解压出气管和膨胀机组成，其中解压出气管一端通过底板(7)上解压出气阀(9)与恒压气囊储能结构连接，膨胀机连接于解压出气管的另一端，膨胀机做功带动发电机发电。

所述的槽型基础是承载、固定、约束储能气囊运行的装置，一般为钢筋混凝土结构、钢结构、砖混结构或浆砌石结构，也可以是满足本发明运行原理的其他体型、材料的结构。应根据承压荷载计算确定。

所述的智能控制系统由各种传感器、智能控制器组成，是承担系统稳定、安全运行的智能控制组件。

所述的安全系统由安全排气阀和排气管路连接组成。当恒压气囊储能结构内压达到极限压力时，安全排气阀自动开启排气降压。在检修时，开启安全排气阀放空恒压气囊储能结构内气体。

所述的槽型基础顶部还设置有盖板，所述的盖板用于密封槽型基础和保护恒压气囊储能结构。

所述的顶板配重块是与设计压力匹配的铸铁或者比重较大的固体材料。

所述的恒压气囊储能结构在储能阶段顶板与上部配重块在额定气体压力的推动下，逐步上升至设计高度，使储能气囊充满压缩空气。

所述的恒压气囊储能结构在发电阶段所输出的压缩空气保持恒压，顶板与上部配重块随储能气囊储气量的输出逐步下降至设计低位。

本发明的有益效果为：

本发明恒压式气囊储能系统在用电低谷时段，将电网或者风电、光伏电站的电能通过压缩进气系统转换为压缩空气内能，存储在恒压气囊储能结构内。在用电高峰时段，将存储在恒压气囊储能结构内的压缩空气内能，通过解压发电系统转换为电能供用户使用。

本发明恒压式气囊储能系统设计简单，布置灵活，施工便捷，造价低廉，有很好的应用前景。特别是对存在间歇性、不稳定性的风电站、光伏电站的储能有很大发展空间。

附图说明

图1是本发明恒压气囊储能结构的结构示意图；

图2是本发明恒压气囊储能结构的运行原理图；

图中：1、槽型基础，2、配重块，3、盖板，4、万向轮，5、顶板，6、储能气囊，7、底板，8、单向进气阀，9、解压出气阀，10、安全排气阀。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

如图1所示，本实施例恒压气囊储能结构由储能气囊6、槽型基础1和上部配重块2组成。

其中储能气囊6位于槽型基础1内部，储能气囊6是储能的核心部件，为柔性储气设备，其制造材料是保温或者不保温的柔性材料，储能气囊6的容积随储气量的变化而变化，但不超过最大容积，当充气时，气囊容积随储气量增大而增大，当放气时，气囊容积随储气量减小而减小，气囊最大充气压力不能超过限定值，否则会破坏气囊柔性材料的物理性能。

本实施例槽型基础1是承载、固定、约束储能气囊6运行的装置，一般为钢筋混凝土结构、钢结构、砖混结构或浆砌石结构，也可以是满足本发明运行原理的其他体型、材料的结构。应根据承压荷载计算确定。优选的，槽型基础1顶部还设置有盖板3，盖板3用于密封槽型基础1和保护恒压气囊储能结构，避免人为或自然意外对储能气囊6造成损坏，从而导致储能气囊6泄露造成不必要的灾害。

本实施例恒压气囊储能结构在储能气囊6底部设置有底板7，在储能气囊6顶部设置有顶板5，底板7和顶板5的作用为固定、保护储能气囊6。底板7固定在槽型基础1底部，顶板5为凹槽结构，在其凹槽内设置有配重块2，配重块2是与设计压力匹配的铸铁或者比重较大的其他材料。当然配重块2也可选择常见的钢筋混凝土材料，但质量相对铸铁较轻，占用体积大，达到相同的压力条件其要求槽型基础1的深度更深，对施工和后期维护带来不便，但由于其造价便宜在恒压气囊储能结构设计压力较低时也可酌情采用。

当恒压气囊储能结构进行储能和发电的过程时顶板5、配重块2会随着储能气囊6的储气量变化而上下移动，当恒压气囊储能结构进行储能时顶板5与上部配重块2在额定气体压力的推动下，逐步上升至设计高度，使储能气囊6充满压缩空气。在发电时所输出的压缩空气一直是恒压的，顶板5与上部配重块2随储能气囊6储气量的输出逐步下降至设计低位。顶板5上下运动时，其两侧安装的万向轮4沿槽型基础1侧墙同步上下运动。

实施例2

本发明恒压气囊储能结构由压缩进气系统、恒压气囊储能结构、解压发电系统、智能控制系统和安全系统组成。

其中，压缩进气系统由电动机、空气压缩机、进气管路和单向进气阀8组成，其中电动机与空气压缩机电联接，进气管路的首尾段分别与空气压缩机和单向进气阀8连接，工作时由电动机带动空气压缩机，通过进气管路与恒压气囊储能结构底板7上的单向进气阀8为恒压气囊储能结构提供压缩空气。

该系统中解压发电系统由恒压气囊储能结构、解压出气管和膨胀机组成，其中解压出气管一端通过底板7上解压出气阀9与恒压气囊储能结构连接，膨胀机连接于解压出气管的另一端，膨胀机做功带动发电机发电，从而将储能气囊6中的空气内能成功转化为电能。

该系统中智能控制系统由位于气囊和槽型基础1上的若干压力传感器、智能控制器组成，是承担系统稳定、安全运行的智能控制组件，其中传感器、智能控制器均为现有技术，主要目的在于对本发明恒压气囊储能结构提供智能控制、安全监控和报警功能。

该系统中安全系统由安全排气阀10和排气管路组成。安全排气阀10位于储能气囊6的底板7上，安全排气阀10连接排气管路，同时通过控制电路受控于智能控制器，当传感器监测到储能气囊6达到压力极限时，智能控制器则控制开启安全排气阀10排气降压。同时在检修时，还可手动开启安全排气阀10放空恒压气囊储能结构内气体，方便对储能器能和其他部件进行检修维护。

恒压气囊储能结构如实施例1所示，在储能阶段，由压缩进气系统输入达到设计压力的压缩气体，逐步抬高气囊顶板5及配重，直至充满气囊达到额定压力。在解压发电阶段，储能气囊6输出恒定压力的压缩气体，驱动膨胀机做功带动发电机发电，气囊顶板5及配重逐步下降，直至排空气囊内压缩气体。

优选的，本系统储能部分可以布设在地面，一般布设在浅层地下。

优选的，恒压气囊储能结构可以通过高压管线并联或者串联成储能阵列，根据需要建成大中小型储能电站。

如图2所示，本系统的运行原理为在用电低谷时段，将电网或者风电、光伏电站的电能通过压缩进气系统，由电动机带动空气压缩机，通过进气管路与恒压气囊储能结构底板7上的单向进气阀8，将电能转化为压缩空气内能储存。在用电高峰时段，通过解压发电系统由恒压气囊储能结构底板7上解压出气阀9经解压出气管连接膨胀机做功，带动发电机发电，从而将储能气囊6的压缩空气内能转换为电能供用户使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种恒压式气囊储能系统，包括压缩进气系统、恒压气囊储能结构、解压发电系统、智能控制系统和安全系统，其特征在于，所述的恒压气囊储能结构由储能气囊(6)、槽型基础(1)和上部配重块(2)组成，其中储能气囊(6)位于槽型基础(1)内部，在储能气囊(6)底部设置有底板(7)，在储能气囊(6)顶部设置有顶板(5)，所述的底板(7)固定在槽型基础(1)上，底板(7)上设置有单向进气阀(8)、解压出气阀(9)和安全排气阀(10)，所述的顶板(5)为凹槽结构，在顶板(5)凹槽内设置有配重块(2)，顶板(5)的两侧安装有万向轮(4)与槽型基础(1)侧墙接触。

2.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的压缩进气系统由电动机、空气压缩机、进气管路和单向进气阀(8)组成，其中电动机与空气压缩机电联接，进气管路的两端分别与空气压缩机和单向进气阀(8)连接。

3.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的解压发电系统由恒压气囊储能结构、解压出气管和膨胀机组成，其中解压出气管一端通过底板(7)上解压出气阀(9)与恒压气囊储能结构连接，膨胀机连接于解压出气管的另一端，膨胀机做功带动发电机发电。

4.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的安全系统由安全排气阀(10)和排气管路连接组成，用于保障恒压气囊储能结构的压力平衡。

5.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的槽型基础(1)顶部还设置有盖板(3)，所述的盖板(3)用于密封槽型基础(1)和保护恒压气囊储能结构。

6.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的储能气囊(6)由柔性材料制成，其上部、下部均附着在底板(7)和顶板(5)上。

7.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的顶板(5)中配重块(2)是与设计压力匹配的铸铁或者比重较大的其他材料。

8.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的恒压气囊储能结构在储能阶段顶板(5)与上部配重块(2)在额定气体压力的推动下，逐步上升至设计高度，使储能气囊(6)充满压缩空气。

9.根据权利要求1所述的一种恒压式气囊储能系统，其特征在于，所述的恒压气囊储能结构在发电阶段所输出的压缩空气保持恒压，顶板(5)与上部配重块(2)随储能气囊(6)储气量的输出逐步下降至设计低位。