CN108916105A - 一种恒压压缩空气储能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒压压缩空气储能装置，包括一储存室，所述储存室通过一水管连接有一蓄水池，所述蓄水池沿竖直方向高于储存室设置，储存室内设置有一储气袋，所述储气袋通过一穿过储存室的气管分别连接有压缩管路和发电管路，所述压缩管路将空气压缩送入储气袋中，所述发电管路将储存的高压气体释放出来进行发电。本发明提供的一种恒压压缩空气储能装置的优点在于：输出压力恒定、低压高效存储、密封性好、易于维护、储存室稳定易控，具有良好的推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及储能发电技术领域，尤其涉及一种恒压压缩空气储能装置。
背景技术
电力行业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，关系国计民生，是国家经济发展中的优先发展重点。随着中国经济的高速发展，对电力的需求愈来愈大，同时对电力行业的要求标准也由过去的简单产、输、变、配电，加速向资源的优化配置过渡。因此，建设一个绿色环保、安全高效、配置丰富、灵活多变的智能电网是我国电力行业的前进方向。电力行业将煤炭、石油、天然气、核燃料、水能、海洋能、风能、太阳能、生物质能等一次能源经发电设施转换成电能，但是，风力发电、太阳能发电、海洋能发电、生物能发电等新能源发电系统不是很稳定，具有很大的随机性、波动性及时限性，以及现有电网调节能力较差，使得相当一部分电能无法并入电网，只能白白浪费掉，“弃风、弃光、弃水”三弃问题日益突出。并且，我国电力负荷很不均衡，季节和昼夜变化相差很大，但是电力的生成过程又不能中断，所以建立一个安全可靠、投资低、系统效率高及系统响应快的电力储能系统，来削峰填谷、吸纳不稳定的新能源电力是非常有必要的。
当前，大规模电力储能技术只有抽水蓄能和压缩压缩空气储能两种。抽水蓄能技术比较成熟，效率也比较高，但是投资巨大，对地理条件的要求也比较高。还容易造成环境生态的破坏。压缩压缩空气储能的储能介质空气来源充分，投资比抽水蓄能要小，对环境的要求比较低，任何地方都可以建设压缩压缩空气储能电站，但是效率没有抽水蓄能高。目前我国抽水蓄能已经发展的比较完善，压缩压缩空气储能起步较晚。
现有压缩压缩空气储能主要存在两大问题，第一个问题是现在的压缩压缩空气储能的能量介质一般都是高压空气，但是高压空气需要分级压缩才能得到，而分级压缩会产生大量热量不同的低品位梯度热；同理，当高压空气从储气容器中放出发电时，中间又需要补燃加热及分级膨胀。这样不仅需要复杂的压缩机组和膨胀机组，还需要大量的换热装置及补燃装置，使得设备造价高，而换热效率又不是很高，造成大量的能量损失。并且，能量介质高压空气会对系统设备材料的强度提出很高的要求，对技术要求标准比较高，循环的高压充放气，很容易造成储气容器的疲劳损伤，甚至会发生破坏。同时，过高等级的高压储气容器内部气压的波动，也使得在安全运行方面存在较大隐患。
第二个问题就是现有的压缩压缩空气储能的储气容器，不管是储气罐还是储气洞室，都是属于固定容积的腔体放气问题，随着压缩空气量的减少，输出气压会越来越小，无法保证恒压输气，导致发电不太稳定。现有通常的做法往往是外部加压或者阀门控压，外部加压就是对压缩空气进行加热膨胀，来保证足够的输出气压，其缺点就是不够节能环保。阀门控压就是通过改变压缩空气管路的横截面积，来保证足够的空气压强，但是这样又会使得输出气流的总体积变小，使得系统效率下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在发电时保持恒压的压缩空气储能装置。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种恒压压缩空气储能装置，包括一储存室，所述储存室通过一水管连接有一蓄水池，所述蓄水池沿竖直方向高于储存室设置，储存室内设置有一储气袋，所述储气袋通过一穿过储存室的气管分别连接有压缩管路和发电管路，所述压缩管路将空气压缩送入储气袋中，所述发电管路将储存的高压气体释放出来进行发电。
优选地，所述水管上还连接有一水泵。
优选地，所述发电管路包括透平膨胀机和发电机，所述透平膨胀机的输入端与气管连接，透平膨胀机的输出轴能够带动发电机转动发电。
优选地，所述压缩管路、发电管路和水管上分别设置有一个阀门。
优选地，所述蓄水池还设置有补水管道。
优选地，所述储存室为地下矿井巷道，所述巷道两端封闭，沿巷道表面由内而外包括防渗层和加固层。
优选地，所述防渗层由橡胶或钢板制成。
优选地，所述加固层为混凝土层。
优选地，所述储存室横截面边缘为曲线。
本发明提供的一种恒压压缩空气储能装置的优点在于：
1)输出压力恒定：利用蓄水池与储存室的高度差提供水压，保证了储存室中的水压保持恒定，从而给储气袋提供恒定的压力，降低对发电机组的要求，保证电力平稳输出；
2)低压高效存储：传统的压缩空气储能技术为了提高能量密度，存储气体的压力可达10MPa以上，不仅对压缩设备的要求提高，而且压缩过程中产生的热量更大，造成系统效率降低；而本发明中气体压力恒等于储存室水压，存储压力维持在数兆帕，低压存储条件下，压气消耗能量少，同时本发明中每次放气时，柔性储气袋中的气体可全部放出，系统整体效率高；
3)气体密封不泄露：由于柔性储气袋是气密的，压缩空气存储过程中不会出现泄漏的问题，减少了能量的损失；
4)储气系统易于维护：传统的储气方法一旦围岩破损造成气体泄漏时，很难检测到泄漏的位置，只能大范围进行注浆等加固措施，成本较高；本发明中储气袋破损位置容易定位，可通过修补或替换方式快速维护，保障系统的正常运行；
5)储存室稳定易控：传统的压缩空气储能技术不仅空气存储的压力高，而且气体不能完全放出，储存室始终受内压的作用，对储存室的稳定性控制不利；本发明中空气存储压力低，且每次放气都可完全放出，洞室围岩岩体和衬砌受力较小，易于维护。
附图说明
图1是本发明的实施例所提供的一种恒压压缩空气储能装置的示意图；
图2是本发明的实施例所提供的一种恒压压缩空气储能装置的储存室的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种恒压压缩空气储能装置，包括储存室1、储存室1通过一水管21连接有蓄水池2，所述蓄水池2沿竖直方向设置于储存室1上方，从而给储存室1内提供恒定的水压。储存室1内设置有一储气袋3，储气袋3通过一穿过储存室1的气管31分别与压缩管路4和发电管路5连通；压缩管路4包括压缩机41，发电管路5包括发电机，压缩管路4、发电管路5和水管21上均设置有一个阀门6。
在储存能量时，关闭发电管路5上的阀门6，打开水管21和压缩管路4上的阀门6，此时储存室1内被水灌满，储气袋3被完全压缩。通过电能带动空气压缩机41工作将压缩空气输入储气袋3中，储气袋3逐渐膨胀将储存室1内的水挤压回到蓄水池中。储存完成后，关闭所有阀门6即可。当需要向外发电时，关闭压缩管路4的阀门6，打开水管21和发电管路5的阀门6，在压力作用下，蓄水池2中的水流进储存室1中，挤压储气袋3，将储气袋3中的压缩空气寄出并作用于汽轮发电机51对外供电，由于这一过程储存室1内的液面与蓄水池2中的液面高度差基本一致，所以水压基本保持恒定，确保了电力能够平稳输出；从而实现整个储能和发电的过程。
为了节省建造成本，提高空间利用率，本发明提供的恒压压缩空气储能装置所采用的储存室1利用废弃煤矿井下巷道建造。结合图1和图2，将巷道1两端封闭，沿巷道1表面由内而外包括防渗层11和加固层12，所述防渗层11由橡胶或钢板或能起到类似作用的防水材料制成；所述加固层12优选为混凝土浇筑而形成的混凝土层。为了提高存储室1的抗压能力，储存室1的横截面为圆形、椭圆形等曲线形状。
考虑到储存室1和蓄水池2的高度差较大，优选实施例中还可以在水管21上加设水泵22，在储能时，通过水泵将储存室1中的水抽回蓄水池2中，从而降低空气压缩机41的负载。蓄水池2还可以设置一补水管道23，以调整蓄水池2的液位。
所述发电管路5还包括一与气管31通过管道连接的透平膨胀机52，透平膨胀机52的动力输出轴(图未示)能够带动发电机51转动发电，在向外发电时，高压气体沿管道进入透平膨胀机52释放压力，带动透平膨胀机52内部的叶轮(图未示)转动，从而使透平膨胀机52的动力输出轴转动，最终实现电动机51转动发电。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，在不脱离本发明的精神和原则的前提下，本领域普通技术人员对本发明所做的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：包括一储存室，所述储存室通过一水管连接有一蓄水池，所述蓄水池沿竖直方向高于储存室设置，储存室内设置有一储气袋，所述储气袋通过一穿过储存室的气管分别连接有压缩管路和发电管路，所述压缩管路将空气压缩送入储气袋中，所述发电管路将储存的高压气体释放出来进行发电。
2.根据权利要求1所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述水管上还连接有一水泵。
3.根据权利要求1所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述发电管路包括透平膨胀机和发电机，所述透平膨胀机的气体输入端与气管连接，透平膨胀机的动力输出轴能够带动发电机转动发电。
4.根据权利要求1所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述压缩管路、发电管路和水管上分别设置有一个阀门。
5.根据权利要求1所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述蓄水池还设置有补水管道。
6.根据权利要求1所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述储存室为地下矿井巷道，所述巷道两端封闭，沿巷道表面由内而外包括防渗层和加固层。
7.根据权利要求6所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述防渗层由橡胶或钢板制成。
8.根据权利要求6所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述加固层为混凝土层。
9.根据权利要求6所述的一种恒压压缩空气储能装置，其特征在于：所述储存室横截面边缘为曲线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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