CN109763964A - 一种压缩空气蓄能电站 - Google Patents

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胡大可
肖峰
付建军
黄志福
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Abstract

本发明公开了一种压缩空气蓄能电站，包括在地下开挖的多个洞室构成的洞室群、设置于地下的压缩空气蓄热器和透平膨胀机、设置于地表的压缩机组和发电机组；各洞室之间连通；压缩机组的输入端与能源设备连接，发电机组的输出端与用电设备连接；压缩机组的输出端通过管道与压缩空气蓄热器连接，压缩空气蓄热器通过管道与洞室群中的任一洞室连通；透平膨胀机与洞室群中的任一洞室通过管道连通，透平膨胀机与发电机组之间通过管道连通；压缩空气蓄热器与透平膨胀机之间连接有回热器。本发明采用地下洞室群储存压缩空气，储量巨大，且储气更安全，密封效果更好，成本低，耐久性更好，且维修方便。

Description

一种压缩空气蓄能电站
技术领域
本发明属于水电工程，具体涉及一种压缩空气蓄能电站。
背景技术
压缩空气蓄能电站主要为配合风能、潮汐能和水电等能源，把电网中电力负荷低谷时的多余电能转化成压缩空气的势能存在储气库中，在用电高峰时期释放被压缩空气发电，起到“蓄电池”的作用，在电力系统中有削峰填谷、优化电网和紧急备用作用。
目前世界上仅有的几座压缩空气蓄能电站均建在盐岩地区，其利用特有的地貌，采用化学方法利用盐岩溶腔形成高压储气库，但其成本较高且推广使用受地质条件限制。
因此，为了不受地质条件的限制，现有技术一般在建造蓄能电站是采用地面钢罐压缩空气储能系统，但是采用钢罐密封空气，存在以下问题：
1）大直径、长距离的钢罐制作难度大，在地面大规模储气，建造钢罐数量太多，安全风险很大。
2）压缩空气需要压力往往达到10MPa以上，按照压力容器设计规范，储气钢罐厚度需要达到5cm以上，如果采用大直径钢罐，工厂制作很难一次成型，必须现场焊接，造价很高。
3）每个压力钢罐内部检修必须要留有密封门，压缩空气产生的热量和水对钢罐有一定程度腐蚀作用，需要经常维修，一旦某个钢罐的密封门密封失效，就会导致整个储能系统失效，设置多个密封门也会导致密封失效概率增加。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种安全、储量大、储气成本低的压缩空气蓄能电站。
本发明解决问题的技术方案是：一种压缩空气蓄能电站，包括在地下开挖的多个洞室构成的洞室群、设置于地下的压缩空气蓄热器和透平膨胀机、设置于地表的压缩机组和发电机组；各洞室之间连通；
所述压缩机组的输入端与能源设备连接，发电机组的输出端与用电设备连接；
所述压缩机组的输出端通过管道与压缩空气蓄热器连接，压缩空气蓄热器通过管道与洞室群中的任一洞室连通；
所述透平膨胀机与洞室群中的任一洞室通过管道连通，透平膨胀机与发电机组之间通过管道连通；
所述压缩空气蓄热器与透平膨胀机之间连接有回热器。
上述方案不采用地面大量钢罐，而采用地下洞室群储存压缩空气，地下洞室群内部互相联通，压缩空气在各洞室内部同步加压，储量巨大。而且，采用地下洞室储气更安全，密封效果更好，耐久性更好。
进一步的，洞室群中的其中任一洞室连接有与外界连通的辅助洞室，在该洞室与辅助洞室之间设有密封堵头，所述密封堵头内设有将该洞室与辅助洞室连通的通道；
在通道的一端、且位于密封堵头与该洞室的连接处设有密封门。
洞室群与外界仅采用一个密封堵头进行密封，单个密封门密封失效的概率小。 辅助洞室为检修通道。
优选的，所述密封堵头采用混凝土浇筑成型。
进一步的，所述洞室群的每个洞室内壁均设有密封层。
本发明的显著效果是：
1. 采用地下洞室群储存压缩空气，地下洞室群内部互相联通，压缩空气在各洞室内部同步加压，其形成高压储气库不需要像盐岩地区那样经过特殊处理，成本较低且推广使用不受地质条件限制。相对于地面大量钢罐的储气方式而言，储量巨大，更安全，密封效果更好，耐久性更好。
2. 对于每个压力钢罐都设置密封门的情况来说，由于更多的密封门，就容易发生给更多的故障，带给储能系统失效的概率就更大。本申请的结构洞室群与外界仅采用一个密封堵头进行密封，相对导致整个储能系统失效的概率小、耐久性更好，且维修方便。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明压缩空气蓄能电站结构示意图。
图中：1-能源设备，2-压缩机组，3-管道，4-压缩空气蓄热器，5-回热器，6-用电设备，7-发电机组，8-透平膨胀机，9-洞室群,10-密封堵头，11-辅助洞室。
具体实施方式
如图1所示，一种压缩空气蓄能电站，包括在地下开挖的多个洞室构成的洞室群9、设置于地下的压缩空气蓄热器4和透平膨胀机8、设置于地表的压缩机组2和发电机组7。所述洞室群9的每个洞室内壁均设有密封层。各洞室之间连通。
所述压缩机组2的输入端与能源设备1连接。压缩机组2的输出端通过管道3与压缩空气蓄热器4连接。压缩空气蓄热器4通过管道3与洞室群9中的任一洞室连通。
所述透平膨胀机8与洞室群9中的任一洞室通过管道3连通。透平膨胀机8与发电机组2之间通过管道3连通。发电机组2的输出端与用电设备6连接。
所述压缩空气蓄热器4与透平膨胀机8之间连接有回热器5。
洞室群6中的其中任一洞室连接有与外界连通的辅助洞室11，在该洞室与辅助洞室11之间设有密封堵头10。所述密封堵头10内设有将该洞室与辅助洞室11连通的通道。在通道的一端、且位于密封堵头10与该洞室的连接处设有密封门。
所述密封堵头10采用混凝土浇筑成型。
以风力发电为例，能源设备1为风机，风机通过压缩空气蓄热器4将空气压缩，通过管道进入洞室群9，此阶段为充气储能阶段，压缩空气蓄热器4存储热能，洞室群9内储存高压空气。当需要发电时，压缩空气蓄热器4通过回热器5将热量传递给透平膨胀机8，同时洞室群9内的高压气体进入透平膨胀机8，透平膨胀机8与发电机组7联合进行发电，供电给用电设备6，此阶段为放气发电阶段。

Claims (4)

1.一种压缩空气蓄能电站，其特征在于：包括在地下开挖的多个洞室构成的洞室群（9）、设置于地下的压缩空气蓄热器（4）和透平膨胀机（8）、设置于地表的压缩机组（2）和发电机组（7）；各洞室之间连通；
所述压缩机组（2）的输入端与能源设备（1）连接，发电机组（2）的输出端与用电设备（6）连接；
所述压缩机组（2）的输出端通过管道（3）与压缩空气蓄热器（4）连接，压缩空气蓄热器（4）通过管道（3）与洞室群（9）中的任一洞室连通；
所述透平膨胀机（8）与洞室群（9）中的任一洞室通过管道（3）连通，透平膨胀机（8）与发电机组（2）之间通过管道（3）连通；
所述压缩空气蓄热器（4）与透平膨胀机（8）之间连接有回热器（5）。
2.根据权利要求1所述的压缩空气蓄能电站，其特征在于：洞室群（6）中的其中任一洞室连接有与外界连通的辅助洞室（11），在该洞室与辅助洞室（11）之间设有密封堵头（10），所述密封堵头（10）内设有将该洞室与辅助洞室（11）连通的通道；
在通道的一端、且位于密封堵头（10）与该洞室的连接处设有密封门。
3.根据权利要求2所述的压缩空气蓄能电站，其特征在于：所述密封堵头（10）采用混凝土浇筑成型。
4.根据权利要求1-3任一项所述的压缩空气蓄能电站，其特征在于：所述洞室群（9）的每个洞室内壁均设有密封层。
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