CN110868139B - 一种水上光伏压缩空气储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水上光伏技术领域，尤其涉及一种水上光伏压缩空气储能装置，主要结构为：高压储气装置设置在光伏板下方；水管线连接在压储气装置的一侧；水管线和进气管线连接在压储气装置上且均位于水管线对侧；所述水管线主要用于将水压入高压储气装置中，所述进气管线主要用于将空气压缩至高压储气装置中，所述出气管线主要用于利用缩后的高压空气进行发电；所述清洗装置主要用于通过高压储气装置中的压缩空气依次推动高压储气装置中的隔板和水对光伏板进行清洗。本发明利用水上光伏下部空间安装高压储气装置，为压缩空气储能提供了新的储气场所，同时利用压缩空气作为储能系统，降低光伏上网时对电网的冲击。

Description

一种水上光伏压缩空气储能装置

技术领域

本发明涉及水上光伏技术领域，尤其涉及一种水上光伏压缩空气储能装置。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，由于能源和环境问题，光伏发电技术得到了高度的关注，其中水上光伏由于节约土地资源，有效防止水蒸发等优点，已经被大规模的应用于发电。在水上光伏发电并网运行时，由于太阳辐射的间歇性、不确定性等因素使得光伏发电对大电网造成了很大的冲击，使得大电网对光伏发电的接纳能力降低，这时就需要储能系统优化光伏的并网运行，提高大电网对光伏发电的接纳能力。

现有的储能系统主要有抽水蓄能、压缩空气储能以及电化学储能等，其中投入大规模商用的储能系统只有抽水蓄能和压缩空气储能。但是，抽水蓄能需要特定的地理条件建设水库或者水坝，其需要大量的初始投资并且在一定程度上会造成生态系统的破坏，这些缺点使得其发展受到了很大的制约。压缩空气储能主要是利用空气压缩机将空气压缩至洞穴或者其他高压储气装置，然后再送入燃烧室中和燃料进行燃烧。然而，现有的压缩空气储能需要特定的储气场所，并且驱动源一般为传统能源，会造成一定的环境污染。另外，当光伏板在雾霾天气运行过程中或者表面沉积灰尘等微小颗粒后，会使得光伏的发电量降低，减少了整个光伏场的发电效率。

发明内容

针对上述存在的不足，本发明提供一种水上光伏压缩空气储能装置。本发明利用水上光伏板下部空余空间安装高压储气装置，并在高压储气装置中设计可滑动式隔板，实现压缩空气储能和光伏板清洗工作，降低光伏发电对大电网生物冲击，提高发电效率。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

首先，本发明公开一种水上光伏压缩空气储能装置，包括：光伏板、高压储气装置，水管线、进气管线、出气管线和清洗装置；其中：

所述高压储气装置为具有腔室的方形结构，设置在光伏板下方空间中。所述水管线连接在压储气装置的一侧。所述水管线和进气管线连接在压储气装置上且均位于水管线对侧。

所述高压储气装置包括：隔挡、隔板和柔性褶皱板；所述隔挡为八个，每四个为一组，第一组隔挡分别固定在高压储气装置内部的前壁面、后壁面、顶壁、底面上，且该组隔挡的首尾依次连接形成方形结构；第二组隔挡与第一组隔挡的设置方式相同，且两组隔挡相隔一段距离设置。所述隔板竖直安装在两组隔挡之间。所述柔性褶皱板设置在隔板和隔挡之间，且柔性褶皱板和隔板、隔挡之间均密封固定，通过隔板和柔性褶皱板将高压储气装置的腔室分为独立、密封的两部分。

所述水管线主要用于将水压入高压储气装置中，所述进气管线主要用于将空气压缩至高压储气装置中，所述出气管线主要用于利用缩后的高压空气进行发电；所述清洗装置主要用于通过高压储气装置中的压缩空气依次推动高压储气装置中的隔板和水对光伏板进行清洗。

进一步地，所述水上光伏压缩空气储能装置还包括滑轨和滑轮，所述滑轨设置在高压储气装置的前壁面、后壁面上；所述滑轮固定在隔板上，且隔板能够通过滑轮在滑轨中滑动。

进一步地，所述柔性褶皱板通过热压制的方式与隔挡、隔板固定在一起，以增加柔性褶皱板和隔挡、隔板之间的整体性，尽可能降低柔性褶皱板在伸展或者压缩的过程中与隔挡、隔板脱离的几率。

进一步地，所述柔性褶皱板为柔性塑料制成的波浪形板，这种板具有可伸展或者压缩的功能，其能够随着隔板的运动实现伸展或者压缩，从而在满足隔板运动的情况下又实现对隔板两侧空间的密封，使得本发明的高压储气装置顺利实现储能功能。

进一步地，所述光伏板通过支架固定在高压储气装置上，可选地，固定在高压储气装置的顶面上。进一步地，所述支架的材质为不锈钢。

进一步地，所述隔板包括主体板和包边，所述包边包覆在主体板的边缘，降低主体板和压储气装置的内壁之间的摩擦力，增加隔板在滑动过程中的流畅性。可选地，所述包边为弧形的塑料板，例如，塑料材质的半圆柱。

进一步地，所述清洗装置设置在压储气装置上且与水管线同侧。由于隔板将压储气装置的分隔成了独立、密封的两部分，水管线压入到压储气装置中的水无法达到隔板的另一侧，因此，需要清洗装置设置在水管线一侧，便于利用水管线压入到压储气装置中的水进行光伏板的清洗，提高发电效率。

进一步地，所述水管线包括第一管道、第一阀门和水泵，所述压储气装置和水泵之间通过第一管道连通，所述第一阀门安装在第一管道上。通过水泵将外界的水压入压储气装置中，并推动隔板向另一侧运动压缩压储气装置中的空气。

进一步地，所述进气管线包括第二管道、第二阀门和空气压缩机，所述压储气装置和空气压缩机之间通过第二管道连接，所述第二阀门安装在第二管道上。通过空气压缩机将高压空气压入压储气装置，并推动挡板向另一侧运动，可以阀门控制将压储气装置中的水压入清洗装置中对光伏板进行清洗。

进一步地，所述出气管线包括第三管道、发电机、膨胀机和第三阀门；所述压储气装置、膨胀机、发电机之间通过第三管道依次连通，所述第三阀门安装在膨胀机和压储气装置之间的管道上。可利用压储气装置中被压缩的空气通过发电机发电。

进一步地，所述清洗装置包括清洗水管、喷头和第四阀门；所述压储气装置和喷头之间通过清洗水管连通，所述第四阀门设置在清洗水管上，且喷头朝向光伏板设置。

与现有技术相比，本发明取得的有益技术效果主要包括以下几部分：

(1)本发明利用水上光伏下部空间安装高压储气装置，为压缩空气储能提供了新的储气场所，同时利用压缩空气作为储能系统，降低光伏上网时对电网的冲击。

(2)本发明在高压储气装置中设计了可滑动式隔板，并利用隔档和褶皱塑料解决了隔板两侧的密封性问题，从而实现了利用隔板的移动将水压出清洗光伏板，提高了光伏的发电效率的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中水上光伏压缩空气储能装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中高压储气装置的内部结构示意图。

图3为本发明实施例中隔板和柔性褶皱板的结构示意图。

图4为本发明实施例中高压储气装置的主视图。

图5为本发明实施例中滑轮的结构示意图。

图6为本发明实施例中柔性褶皱板的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-光伏板、2-高压储气装置，3-水管线、4-进气管线、5-出气管线、6-清洗装置、7-隔挡、8-隔板、9-柔性褶皱板、10-滑轨、11-滑轮、12-支架、13-主体板、14-包边、15-第一管道、16-第一阀门、17-水泵、18-第二管道、19-第二阀门、20-空气压缩机、21-第三管道、22-发电机、23-膨胀机、24-第三阀门、25-清洗水管、26-喷头、27-第四阀门、28-连杆、29-滑轮支撑杆、30-滑轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如前文所述，现有的压缩空气储能需要特定的储气场所，并且驱动源一般为传统能源，会造成一定的环境污染。另外，当光伏板在雾霾天气运行过程中或者表面沉积灰尘等微小颗粒后，会使得光伏的发电量降低，减少了整个光伏场的发电效率。因此，本发明提出一种水上光伏压缩空气储能装置；现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

第一实施例，参考图1和2，示例一种本发明设计的水上光伏压缩空气储能装置，包括：光伏板1、高压储气装置2，水管线3、进气管线4、出气管线5和清洗装置6。

所述高压储气装置2为具有腔室的结构，设置在光伏板1下方空间中。所述水管线3连接在压储气装置2的一侧。所述水管线3和进气管线4连接在压储气装置2上且均位于水管线3对侧。

所述高压储气装置2包括：隔挡7、隔板8和柔性褶皱板9；所述隔挡为八个，每四个为一组，第一组隔挡分别固定在高压储气装置2内部的前壁面、后壁面、顶壁、底面上，且该组隔挡的首尾依次连接形成方形结构；第二组隔挡与第一组隔挡的设置方式相同，且两组隔挡相隔一段距离设置。所述隔板8竖直安装在两组隔挡之间。所述柔性褶皱板9设置在隔板8和隔挡7之间，且柔性褶皱板9和隔板8、隔挡7之间均密封固定，通过隔板8和柔性褶皱板9将高压储气装置2的腔室分为独立、密封的两部分。

所述水管线3包括第一管道15、第一阀门16和水泵17，所述压储气装置2和水泵17之间通过第一管道15连通，所述第一阀门16安装在第一管道15上。通过光伏发电带动水泵17将外界的水压入压储气装置2中，并推动隔板8向另一侧运动压缩压储气装置2中的空气，从而将光伏发电的电能存储在压缩空气中，以便于下一步发电。

所述进气管线4包括第二管道18、第二阀门19和空气压缩机20，所述压储气装置2和空气压缩机20之间通过第二管道18连接，所述第二阀门19安装在第二管道18上。所述清洗装置6包括清洗水管25、喷头26和第四阀门27；所述压储气装置2和喷头26之间通过清洗水管25连通，所述第四阀门27设置在清洗水管25上，且喷头26朝向光伏板1设置。通过空气压缩机20将高压空气压入压储气装置2，并推动挡板8向另一侧运动，可以阀门控制将压储气装置2中的水压入清洗装置6中对光伏板1进行清洗，去除光伏板上的灰尘，避免影响发电效率。

所述出气管线5包括第三管道21、发电机22、膨胀机23和第三阀门24；所述压储气装置2、膨胀机23、发电机22之间通过第三管道21依次连通，所述第三阀门24安装在膨胀机23和压储气装置2之间的管道上。出气管线5主要作用是利用压储气装置2中被压缩的空气通过发电机22发电。

可以理解的是，在所述第一实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同的技术问题，实现不同的发明目的，具体示例如下：

第二实施例，参考图1-4，所述水上光伏压缩空气储能装置还包括滑轨10和滑轮11，所述滑轨10设置在高压储气装置2的前壁面、后壁面上；所述滑轮11固定在隔板8上，且隔板8能够通过滑轮11在滑轨10中滑动。利用在隔板前后两侧安装三组T形滑轮组解决了隔板由于受力不均的倾覆问题。

需要说明的是，单独的隔板在沿着高压储气装置2的内壁进行滑动时，可能会出现由于水管线3压入的水压在高压储气装置2中的压力分布不均匀，导致隔板在滑动时倾斜，甚至倒在高压储气装置2中，导致隔板无法将高压储气装置2的腔室分隔成独立、密封的两部分，进而使高压储气装置2的整个功能都无法实现。而通过在高压储气装置2内壁上设置滑轨10，使隔板沿着滑轨滑动，即可以起到稳固隔板的作用，又能够降低隔板与高压储气装置2内壁之间的摩擦力，减小对机械能的消耗的同时提高装置的使用寿命。

第三实施例，参考图5，所述滑轮11由连杆28、滑轮支撑杆29和滑轮30组成，其中，所述连杆28和滑轮支撑杆29连接，所述滑轮30安装在滑轮支撑杆29的两侧，且滑轮30能够以滑轮支撑杆29为轴转动，所述滑轮30能够在滑轨10中沿着滑轨滑动，所述滑轨10为T形轨道。进一步地，所述高压储气装置2的前壁面、后壁面上各分步三条滑轨，且每个壁面上的滑轨之间平行设置。

第四实施例，所述柔性褶皱板9通过热压制的方式与隔挡、隔板固定在一起，以增加柔性褶皱板和隔挡、隔板之间的整体性，尽可能降低柔性褶皱板9在伸展或者压缩的过程中与隔挡、隔板脱离的几率。

第五实施例，参考图6，所述柔性褶皱板9为柔性塑料制成的波浪形板，这种板具有可伸展或者压缩的功能，其能够随着隔板的运动实现伸展或者压缩，从而在满足隔板运动的情况下又实现对隔板两侧空间的密封，使得本发明的高压储气装置顺利实现储能功能。

第六实施例，继续参考图1，所述光伏板1通过不锈钢支架12固定在高压储气装置2的顶面上，不锈钢支架12可以提高支架实用寿命，而且通过将光伏板1固定在高压储气装置2上方，从而利用光伏板下方的空余空间。

第七实施例，参考图3，所述隔板8包括主体板13和包边14，所述包边14包覆在主体板的边缘，降低主体板13和压储气装置2的内壁之间的摩擦力，增加隔板在滑动过程中的流畅性，降低隔板倾倒的风险。可选地，所述包边14为弧形的塑料板，例如，塑料材质的半圆柱。

第八实施例，继续参考图1，所述清洗装置6设置在压储气装置2上且与水管线3同侧。由于隔板将压储气装置2的分隔成了独立、密封的两部分，水管线压入到压储气装置2中的水无法达到隔板的另一侧，因此，需要清洗装置6设置在水管线3一侧，便于利用水管线压入到压储气装置2中的水进行光伏板的清洗，提高发电效率。

本发明上述实施例中水上光伏压缩空气储能装置的运行原理为：

(1)储水压缩空气过程：打开第一阀门16，光伏发电带动水泵17将水压入高压储气装置2中隔板8的右侧，右侧的水将推动隔板8沿着容器壁22上的滑轨10向另一侧运动，在运动过程中，将隔板左侧的空气进行压缩，最后停止在隔档7处，褶皱塑料9也将被紧压在隔档7处，保证隔板8在隔档7处两边的密封性；在储水压缩空气过程中，第二阀门19、第三阀门24和第四阀门27均为关闭状态，在储水压缩空气过程结束后，关闭第一阀门16。

(2)储水压缩空气后的发电过程：在上述的过程(1)结束之后，打开第三阀门24，高压储气装置2中隔板左侧的高压空气经由出气管进入膨胀机23带动发电22发电，发电结束后关闭第三阀门24。

(3)压缩空气并清洗光伏板过程：在上述过程(2)结束后，打开第二阀门19，光伏发电带动空气压缩机20，将空气压缩至高压储气装置2中的隔板8左侧，此时打开第四阀门27，隔板右侧的水在左侧压缩空气作用下经由清洗水管25进入到喷头26中，然后对光伏1板进行清洗；在隔板左侧空气压力持续升高过程中，隔板8将沿着滑轨10向右侧移动，最后停止在隔档7处，关闭第四阀门27；此时隔板左侧相当于密闭容器，以便于满足空气压缩机17持续向容器内压缩空气的需求，当气压达到要求之后，关闭第二阀门19。

(4)压缩空气清洗光伏板后的发电过程：当上述过程(3)结束之后，打开第三阀门24，压缩后的高压空气经由出气管进入膨胀机23后，带动发电机22发电，这个过程中高压储气装置内的空气压力应该放至高于空气压力，保证之后进行过程(1)时，使得空气得到充分的压缩。

(5)储能系统辅助光伏上网过程：当光伏板1竞价上网后，要保证每个时刻上网电量和竞价是的电量相同。在光伏板1发电量超过竞价电量时，多余的电量带动水泵17或者空气压缩机20进行压缩空气储能，消纳多余的发电量；在光伏板1发电量低于竞价电量时，储能容器2通过释放压缩后的高压空气带动发电机22进行发电，从而满足竞价电量，在整个过程中，光伏板1发电量实时等于竞价电量，从而降低了光伏上网时对大电网的冲击性。

可以看出，本发明不仅利用水上光伏下部空间安装高压储气装置，为压缩空气储能提供了新的储气场所，同时利用压缩空气作为储能系统，能够有效降低光伏上网时对电网的冲击。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，包括：光伏板、高压储气装置，水管线、进气管线、出气管线和清洗装置；其中：

所述高压储气装置为具有腔室的方形结构，设置在光伏板下方空间中；所述水管线连接在高压储气装置的一侧；所述水管线和进气管线连接在高压储气装置上且均位于水管线对侧；

所述高压储气装置包括：隔挡、隔板和柔性褶皱板；所述隔挡为八个，每四个为一组，第一组隔挡分别固定在高压储气装置内部的前壁面、后壁面、顶壁、底面上，且该组隔挡的首尾依次连接形成方形结构；第二组隔挡与第一组隔挡的设置方式相同，且两组隔挡相隔一段距离设置；所述隔板竖直安装在两组隔挡之间；所述柔性褶皱板设置在隔板和隔挡之间，且柔性褶皱板和隔板、隔挡之间均密封固定，通过隔板和柔性褶皱板将高压储气装置的腔室分为独立、密封的两部分；

所述水管线用于将水压入高压储气装置中，所述进气管线用于将空气压缩至高压储气装置中，所述出气管线用于利用缩后的高压空气进行发电；所述清洗装置用于通过高压储气装置中的压缩空气依次推动高压储气装置中的隔板和水对光伏板进行清洗；

还包括滑轨和滑轮，所述滑轨设置在高压储气装置的前壁面、后壁面上；所述滑轮固定在隔板上，且隔板能够通过滑轮在滑轨中滑动。

2.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述滑轮由连杆、滑轮支撑杆和滑轮组成，其中，所述连杆和滑轮支撑杆连接，所述滑轮安装在滑轮支撑杆的两侧，且滑轮能够以滑轮支撑杆为轴转动，所述滑轮能够在滑轨中沿着滑轨滑动，所述滑轨为T形轨道。

3.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述高压储气装置的前壁面、后壁面上各分步三条滑轨，且每个壁面上的滑轨之间平行设置。

4.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述柔性褶皱板通过热压制的方式与隔挡、隔板固定在一起。

5.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述柔性褶皱板为柔性塑料制成的波浪形板。

6.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述光伏板通过支架固定在高压储气装置上。

7.如权利要求6所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述光伏板通过支架固定在高压储气装置的顶面上。

8.如权利要求6所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述支架的材质为不锈钢。

9.如权利要求1所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述隔板包括主体板和包边，所述包边包覆在主体板的边缘。

10.如权利要求9所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述包边为弧形的塑料板。

11.如权利要求9所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述包边为塑料材质的半圆柱。

12.如权利要求1-11任一项所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述水管线包括第一管道、第一阀门和水泵，所述高压储气装置和水泵之间通过第一管道连通，所述第一阀门安装在第一管道上。

13.如权利要求12所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述清洗装置设置在高压储气装置上且与水管线同侧。

14.如权利要求1-11任一项所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述进气管线包括第二管道、第二阀门和空气压缩机，所述高压储气装置和空气压缩机之间通过第二管道连接，所述第二阀门安装在第二管道上。

15.如权利要求1-11任一项所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述出气管线包括第三管道、发电机、膨胀机和第三阀门；所述高压储气装置、膨胀机、发电机之间通过第三管道依次连通，所述第三阀门安装在膨胀机和高压储气装置之间的管道上。

16.如权利要求1-11任一项所述的水上光伏压缩空气储能装置，其特征在于，所述清洗装置包括清洗水管、喷头和第四阀门；所述高压储气装置和喷头之间通过清洗水管连通，所述第四阀门设置在清洗水管上，且喷头朝向光伏板设置。

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