CN110332462B - 一种水下压缩空气储能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下压缩空气储能发电装置，其包括用于存储压缩空气的高压储气室；用于调节水下压缩空气储能发电装置水中浮力大小的浮力调节气室；用于压缩空气至高压储气室的空压机；用于发电的压缩空气发电机；用于导通所述空压机、高压储气室、压缩空气发电机及浮力调节气室的导气管；高压储气室设置于所述浮力调节气室的相对下方，且高压储气室和浮力调节气室与水体连通。通过设置浮力调节气室，可以实时抵消高压储气室存储释放压缩空气时，带来的浮力变化；也使得水下压缩空气储能发电装置在不额外设置压舱物的情况下，在水体中保持平稳运行；使得其摆脱了压舱物和水底构造的依赖，显著的提升了其适用范围和便利性，降低了其成本。

Description

一种水下压缩空气储能发电装置

技术领域

本发明涉及储能发电技术领域，尤其涉及一种水下压缩空气储能发电装置。

背景技术

压缩空气储能发电技术是目前储能技术的热点之一。水下压缩空气储能利用水压特性实现压缩空气的等压存储，具有效率高、受地形限制小、储能规模灵活可变的特点。尤其适合于海上风能，太阳能，潮汐和波浪能等可再生能源的规模化存储；也可以依据需求将存储的高压压缩空气释放做功发电，实现能源转化。

目前，水下压缩空气存储的方法有刚性容器和柔性容器二种，但是无论何种压缩空气存储方法，都是需要额外设置一沉于水底的压舱物固定储气的容器；同时，在储气量较大的情况下，容器受到的水的升力巨大，需要的压舱物也就越重。结构越复杂，成本就越较高；同时，在有些情况下，压舱物的固定往往还需要对水底结构进行改造，这些势必造成压缩空气储能成本高和使用不便。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述缺陷，提供了一种水下压缩空气储能发电装置，旨在解决现有技术中压缩空气储能发电中压缩空气储能不便和成本高的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种水下压缩空气储能发电装置，用于水下存储高压压缩气体，并利用高压压缩气体发电，其包括：用于存储压缩空气的高压储气室；用于调节水下压缩空气储能发电装置水中浮力大小的浮力调节气室；用于压缩空气至高压储气室的空压机；用于发电的压缩空气发电机；用于导通所述空压机、高压储气室、压缩空气发电机及浮力调节气室的导气管；所述高压储气室设置于所述浮力调节气室的相对下方，且所述高压储气室和浮力调节气室与水体连通。

进一步的，所述水下压缩空气储能发电装置还包括水面浮动平台；所述空压机、压缩空气发电机固定于水面浮动平台背离水体的端面上，所述浮力调节气室设置于所述水面浮动平台朝向水体的端面上。

进一步的，所述高压储气室和浮力调节气室设置为刚性气室。

进一步的，所述高压储气室和浮力调节气室设置为可扩展气室。

进一步的，所述导气管设置于高压储气室和浮力调节气室靠近水面的顶部上。

进一步的，所述导气管设置为可扩展式刚性气管，其用于调节所述高压储气室在水体中的深度。

进一步的，所述水下压缩空气储能发电装置还包括气流控制阀，所述气流控制阀设置于空压机与浮力调节气室之间，用于调节进入浮力调节气室的气体体积。

进一步的，所述水下压缩空气储能发电装置还包括气流控制阀，所述气流控制阀设置于压缩空气发电机与浮力调节气室之间，用于调节进入浮力调节气室的气体体积。

进一步的，所述空压机上可设置有风力发电组件和/或太阳能发电板，或所述空压机电连接风力发电设备、太阳能发电设备、潮汐发电设备、波浪能发电设备、或温差发电设备中的任一种或多种。

进一步的，所述高压储气室与所述浮力调节气室设置为非密封气室，所述高压储气室和浮力调节气室背离水面的侧壁设置有通孔。

与现有技术相比，本发明提供了一种水下压缩空气储能发电装置，所述水下压缩空气储能发电装置用于水下存储高压压缩气体和利用高压压缩气体发电，其包括：用于存储压缩空气的高压储气室；用于调节水下压缩空气储能发电装置水中浮力大小的浮力调节气室；用于压缩空气至高压储气室的空压机；用于发电的压缩空气发电机；用于导通所述空压机、高压储气室、压缩空气发电机及浮力调节气室的导气管；所述高压储气室设置于所述浮力调节气室的相对下方，且所述高压储气室和浮力调节气室与水体连通。通过设置浮力调节气室，可以实时抵消高压储气室存储和释放压缩空气时，带来的浮力变化；使得水下压缩空气储能发电装置在不额外设置压舱物的情况下，在水体中保持平稳运行；进而使得压缩空气发电机摆脱了压舱物和水底构造的依赖，显著的方便了水下压缩空气储能发电装置的使用，提升了其适用范围，降低了其成本。

附图说明

图1是本发明中的水下压缩空气储能发电装置的示意图。

图2是本发明中的水下压缩空气储能发电装置与水体配合关系示意图。

附图标记说明：

10、水下压缩空气储能发电装置；11、空压机；12、高压储气室；13、压缩空气发电机；14、浮力调节气室；15、导气管；16、气流控制阀；17、水面浮动平台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种水下压缩空气储能发电装置10，所述水下压缩空气储能发电装置10用于水下存储高压压缩气体，同时利用存储的高压压缩气体进行发电；也就是说，本发明中的压缩气体储能发电装置10，利用水体不同深度，水体压力(水压)不同的特性，在水下实现压缩空气等气体的等压存储；同时，在需要时将存储的高压压缩气体导出进行发电；进而将压缩空气储能转化为电能，有效的提升了能源的综合利用率。

进一步的，所述水下压缩空气储能发电装置10包括依次气导通的所述空压机11、高压储气室12、压缩空气发电机13及浮力调节气室14；所述高压储气室12用于存储高压压缩气体，所述浮力调节气室14用于调节水下压缩空气储能发电装置10水体中的浮力大小，用于实时调节抵消所述高压储气室12受到水体中的浮力，所述空压机11用于压缩空气至高压储气室12，压缩空气发电机13用于发电。

可以理解的是，所述高压储气室12和所述浮力调节气室14都浸没于水体中，且与所述水体连通，进而实现在水下利用水体的压力方便的存储压缩空气；同时，也可以保持高压压缩空气的稳定存储，且不需昂贵的高压储气罐，显著的降低了水下压缩空气储能发电装置10的生产成本。进一步的，所述高压储气室12设置于所述浮力调节气室14的相对下方，进而当所述高压储气室12储存压缩气体时会受到水体的浮力，所述浮力调节气室14用于抵消所述高压储气室12所受到的水体浮力，所述高压储气室12存储不同压力压缩气体时，其受到的水体浮力也不相同；所述浮力调节气室14通过调节其内气体体积，进而有效抵消高压储气室12浮力变化；进而相对现有技术中通过压舱物固定于水底的压缩空气储能装置，可以不需要额外设置压舱物，仅仅通过浮力调节气室14即可实现高压储气室12平稳保持于水体中，进而有效保证了水下压缩空气储能发电装置10平稳保持于水体中；进而有效的扩充了水下压缩空气储能发电装置10使用范围和运行成本。

在一较佳的实施例中，所述水下压缩空气储能发电装置10还包括水面浮动平台17；所述空压机11、压缩空气发电机13固定于水面浮动平台17背离水体的端面上，所述浮力调节气室14设置于所述水面浮动平台17朝向水体的端面上。可以理解，所水面浮动平台17悬浮于水面上，所述空压机11和压缩空气发电机13设置于所述水面浮动平台17接触空气的端面上；所述浮力调节气室14固定于所述水面浮动平台17沉浸在水体中的端面上，进而通过所述浮力调节气室14存储气体后产生的浮力，支撑所述水面浮动平台17，及支撑设置于所述水面浮动平台17之上的空压机11和压缩空气发电机13，有效保证了水下压缩空气储能发电装置10的平稳运行。

在一些实施例中，所述高压储气室12和浮力调节气室14设置为刚性气室；可以理解，通过将所述高压储气室12和浮力调节气室14设置为刚性气室，进而有效强化了高压储气室12和浮力调节气室14的强度和安全性，有效的提升了高压储气室12和浮力调节气室14的储气能力。

优选的，所述高压储气室12和浮力调节气室14设置为可扩展气室；具体的，所述高压储气室12和浮力调节气室14的侧壁设置为可扩展侧壁。可以理解，通过将所述高压储气室12和浮力调节气室14设置为可扩展气室，进而显著提升了高压储气室12和浮力调节气室14的储气能力，相对于刚性气室，利用等水压的特性，可以在更低廉的材料制备高压储气室12成本和浮力调节气室14，并且，可以依据存储压缩空气的体积自动调节高压储气室12和浮力调节气室14自身的大小；显著提升了水下压缩空气储能发电装置10的适用性和生产成本。

更进一步的，所述高压储气室12和浮力调节气室14设置为非气密性气室，进而实现高压储气室12和浮力调节气室14与水体的连通，实现利用水压等压存储压缩气体；进而降低了高压储气室12对材料的要求，显著的降低了水下压缩空气储能发电装置10的生产成本。

具体的，所述高压储气室12和浮力调节气室14背离水面的底壁设置有通孔；进而显著提升高压储气室12和浮力调节气室14的空间利用率，提升超高压储气室12和浮力调节气室14的储气能力。

在一些较佳实施方式中，所述水下压缩空气储能发电装置10还包括一根或多跟导气管15，所述空压机11、高压储气室12、压缩空气发电机13及浮力调节气室14通过所述导气管15导通；此外，通过设置所述导气管15可以辅助固定高压储气室12。需要说明的是，高压储气室12和浮力调节气室14靠近水面的顶壁上连接有导气管15，进而实现水下等压存储压缩空气。

进一步的，所述导气管15一端贯穿所述水面浮动平台17，另一端连接于所述高压储气室12靠近水面的一侧壁上；可以理解，所述空压机11通过所述导气管15可以将压缩空气导入高压储气室12，或有一根专用高压气管通过导气管15与高压储气室12相通，进而实现压缩气体储能和发电的操作。这时，多只导气管15可只担任浮动平台与高压储气室12的刚性连接，而没有高压的气密的要求，进一步减低了导气管15和安装的成本。

优选的，所述导气管15设置为可扩展式刚性气管，其用于调节所述高压储气室12在水体中的深度。可以理解，将所述导气管15设置为可扩展式导气管15，可以通过调节所述导气管15的扩展长度，调节所述高压储气室12在水体中的深度，进而利用不同水体深度中水压大小存储不同的压力的压缩空气；通过将所述导气管15为刚性气管，进而可以通过所述导气管15将所述高压储气室12和水面浮动平台17连接固定一起，进而辅助固定所述高压储气室12。

在一些实施例中，所述水下压缩空气储能发电装置10还包括气流控制阀16，所述气流控制阀16设置于空压机11与浮力调节气室14之间，用于调节进入浮力调节气室14的气体体积。具体的，当所述高压储气室12释放压缩气体，所述压缩气体通过导气管15进入压缩空气发电机13，将压缩空气储能转化为电能，进而实现能源的转化；压缩空气经过所述压缩空气发电机13后一部分进入大气中，另一部分直接通过导气管15进入浮力调节气室14，进而调节浮力调节气室14中的储备气体体积，进而调节所述浮力调节气室14的提供的实时浮力大小，进而有效抵消高压储气室12的浮力变化，进而使所述水下压缩空气储能发电装置10在水体中平稳运行，提高了水下压缩空气储能发电装置10的安全性和稳定性。

可以理解的是，所述空压机11与高压储气室12之间、以及所述高压储气室12与所述压缩空气发电机13之间，也可以设置有气流控制阀16，进而方便控制空压机11、高压储气室12及压缩空气发电机13之间的气流大小，进一步提升了水下压缩空气储能发电装置10的稳定性和安全性；同时，也能依据需求控制高压储气室12释放压缩气体发电的时间，进而可以实现能源转化的时间性需求；例如，可以在用电高峰期控制所述水下压缩空气储能发电装置10进行发电作业，进而保障电力的充足供应；而在用电低谷期，可以运行空压机11进行压缩空气储能作业存储能源。

优选的，所述空压机11上设置有风力发电组件和/或太阳能发电板；或这所述空压机11电连接风力发电设备、太阳能发电设备、潮汐发电设备、波浪能发电设备、或温差发电设备中的任一种或多种；也就是说，所述空压机11压缩空气的能源来自于风能、太阳能、潮汐能、波浪能或热能中的一种或几种；通过利用风能、太阳能、潮汐能、波浪能或热能中的一种或几种，在有风、有阳光、潮起潮落、冷热变化的时候对空气进行压缩储能，之后在需要电能的时候，随时可以通过压缩空气发电供使用。进而实现将风能、太阳能、潮汐能、波浪能或热能通过水下压缩空气储能发电装置10转化为电能，完成能源的储能转化。

进一步的，在用电低谷时空气进行压缩储能，在用电高峰期将存储的压缩空气进行释放，谷电峰用，优化能源配置，利用峰谷电价的差价，实现盈利。

在一具体实施例中，所述水下压缩空气储能发电装置10用于海水中存储高压压缩空气和动态发电；其包括水面浮动平台17、空压机11、压缩空气发电机13、高压储气室12、浮力调节气室14、导气管15和气流控制阀16；所述水面浮动平台17漂浮于海水面上，所述空压机11和压缩空气发电机13固定安装于所述水面浮动平台17背离水面的端面上，即所述空压机11和压缩空气发电机13固定安装于水面以为的端面上；所述浮力调节气室14固定安装于所述水面浮动平台17的与所述空压机11和压缩空气发电机13所在端面相对的端面上，所述浮力调节气室14固定安装于所述水面浮动平台17背离水面的端面上；所述高压储气室12沉浸于所述水面浮动平台17下方的海水中；所述空压机11、高压储气室12、压缩空气发电机13和浮力调节气室14，通过所述导气管15依次连接；并且，所述空压机11与高压储气室12之间，所述高压储气室12与压缩空气发电机13之间，以及所述压缩空气发电机13与所述浮力调节气室14之间都设置有气流控制阀16。

进一步的，需要说明的是，所述导气管15设置为可扩展式刚性导气管15，进而有效避免因海浪或潮汐，使连接的气管难以准确定位，且能有效避免因海水波动冲击导气管15，而影响导气管15的使用寿命；同时，通过所述可扩展式刚性导气管15，能将所述高压储气室12辅助固定于水面浮动平台17的下方水体中，以及可以通过调节导气管15的扩展长度，调节高压储气室12在海水中的沉浸深度，进而获得不同的水压，以高压储气室12存储不同压力的压缩气体。此外，所述高压储气室12和浮力调节气室14设置可扩展气室，即所述高压储气室12和浮力调节气室14的侧壁设置为可扩展侧壁，进而能显著提升所述高压储气室12和浮力调节气室14的储气能力。

进一步的，所述浮力调节气室14在海水中深度保持不变；可以理解，通过额外设置浮力调节气室14，可以有效抵消所述高压储气室12中存储和释放压缩空气时，带来的浮力浮动变化；进而有效的使所述水下压缩空气储能发电装置10的平稳保持于所述海水中。需要强调的是，通过所述浮力调节气室14和导气管15，可以实现无需设置水下压舱物，进而显著的降低了水下压缩空气储能发电装置10的运行成本，有效克服了现有压缩空气储能发设备对水底结构和压舱物的依赖性，显著的提升了水下压缩空气储能发电装置10的适用性和便捷性。

本实施例中，所述空压机11上设置有风力发电组件和阳能电池板，进而有效保障了空压机11的能源供应。所述水下压缩空气储能发电装置10，通过所述风力发单组件和太阳能电池板存储电能；在用电低谷期，运行所述空压机11进行压缩空气作业，并将所述压缩空气存储于所述高压储气室12中，完成储能作业；在用电高峰期，控制所述高压储气室12释放高压压缩气体至压缩空气发电机13，进行发电作业，进而有效保证了电力供应。

与现有技术相比，本发明提供了一种水下压缩空气储能发电装置，所述水下压缩空气储能发电装置用于水下存储高压压缩气体和利用高压压缩气体发电，其包括：用于存储压缩空气的高压储气室；用于调节水下压缩空气储能发电装置水中浮力大小的浮力调节气室；用于压缩空气至高压储气室的空压机；用于发电的压缩空气发电机；用于导通所述空压机、高压储气室、压缩空气发电机及浮力调节气室的导气管；所述高压储气室设置于所述浮力调节气室的相对下方，且所述高压储气室和浮力调节气室与水体连通。通过设置浮力调节气室，可以实时抵消高压储气室存储释放压缩空气时，带来的浮力变化；也使得水下压缩空气储能发电装置在不额外设置压舱物的情况下，在水体中保持平稳运行；进而使得压缩空气发电机摆脱了压舱物和水底构造的依赖，显著的方便了水下压缩空气储能发电装置10的使用，提升了其适用范围，降低了其成本。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种水下压缩空气储能发电装置，用于水下存储高压压缩气体，并利用高压压缩气体发电，其特征在于，包括：用于存储压缩空气的高压储气室；用于调节水下压缩空气储能发电装置水中浮力大小的浮力调节气室；用于压缩空气至高压储气室的空压机；用于发电的压缩空气发电机；用于导通所述空压机、高压储气室、压缩空气发电机及浮力调节气室的导气管；所述高压储气室设置于所述浮力调节气室的相对下方，且所述高压储气室和浮力调节气室与水体连通；

所述水下压缩空气储能发电装置还包括水面浮动平台；所述空压机、压缩空气发电机固定于水面浮动平台背离水体的端面上，所述浮力调节气室设置于所述水面浮动平台朝向水体的端面上；

所述高压储气室和浮力调节气室设置为可扩展气室，且所述高压储气室和浮力调节气室的侧壁设置为可扩展侧壁；

所述高压储气室和浮力调节气室设置为非气密性气室，所述高压储气室和浮力调节气室背离水面的底壁设置有通孔；

所述高压储气室和所述浮力调节气室悬浮于海水中，且所述浮力调节气室在海水中的深度保持不变；

所述导气管设置为可扩展式刚性气管，用于调节所述高压储气室在水体中的深度。

2.根据权利要求1所述水下压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述高压储气室和浮力调节气室设置为刚性气室。

3.根据权利要求2所述水下压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述导气管设置于高压储气室和浮力调节气室靠近水面的顶部上。

4.根据权利要求1所述水下压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述水下压缩空气储能发电装置还包括气流控制阀，所述气流控制阀设置于空压机与浮力调节气室之间，用于调节进入浮力调节气室的气体体积。

5.根据权利要求1所述水下压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述水下压缩空气储能发电装置还包括气流控制阀，所述气流控制阀设置于压缩空气发电机与浮力调节气室之间，用于调节进入浮力调节气室的气体体积。

6.根据权利要求1所述水下压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述空压机电连接风力发电设备、太阳能发电设备、潮汐发电设备、波浪能发电设备、温差发电设备中的任一种或多种。

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