CN111594410A - 链式液体活塞压缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了链式液体活塞压缩系统，包括以下步骤：1、压缩前第一压力容器与外界低压管道连接，其余压力容器作为高压容器组串连，并经单向阀连接高压，液体驱动装置控制第一压力容器与高压容器组的液体通路连接；2、压缩时第一压力容器内的液体经液体驱动装置进入高压容器组，低压气体进入第一压力容器，成为低压容器组；高压容器组内气体被压缩，高压容器组中充满液体的压力容器通过阀门切换到低压管道转成第一压力容器；3、循环执行步骤2，当高压容器组全部转换为低压容器组时，完成一次链式压缩；4、将所有低压容器组视为高压容器组，最后一个容器作为第一压力容器切到低压管道，重复执行步骤1‑3实现连续链式压缩和压缩方向的可逆。

Description

链式液体活塞压缩系统

技术领域

本发明涉及大规模电力系统储能技术领域，特别是涉及链式液体活塞压缩系统。

背景技术

近年来，随着我国经济不断发展，用电量不断升高。新能源以及间歇性可再生能源的大规模运用造成的电网频率问题、传统电力峰谷差值的扩大增长以及各种电力能源相关问题不断出现。压缩空气储能作为一种重要的储能技术，有着建造和运行成本较低、工作时间长、寿命长和场地限制小等优点，是一种很有发展前景的储能技术。

现已存在分级空气压缩技术，利用多个不同耐压等级的液体驱动装置两两相连，每一个压缩等级活塞缸只压缩一部分压强范围。解决了处理较小压强气体时，建造的设备的耐压性能冗余的问题。但是，在每一个压缩等级的液压设备中，压力容器需要装满液体，使用的压缩液体量较多，并且压力容器的体积也较大，建造成本比较高。

因此希望有一种链式液体活塞压缩系统能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明公开了链式液体活塞压缩系统,所述链式液体活塞压缩系统使用三个及以上库容相等的压力容器两两相连，将压力容器分为低压容器组和高压容器组，并将充满液体的压力容器称为第一压力容器；所述链式液体活塞压缩系统的使用方法包括以下步骤：

步骤一：将充满液体的压力容器称为第一压力容器，压缩前，第一压力容器与外界低压管道相连接，其余的两个及以上压力容器作为高压容器组串连，并经单向阀与外界高压管道相连，液体驱动装置经阀门控制第一压力容器与高压容器组的液体通路连接；

步骤二：压缩时，第一压力容器内的液体经液体驱动装置进入高压容器组，低压气体进入第一压力容器，成为低压容器组；高压容器组内气体被压缩，高压容器组中充满液体的压力容器通过阀门切换到低压管道转成第一压力容器；

步骤三：循环执行步骤二，高压容器组数量减少，当高压容器组全部转换为低压容器组或第一压力容器时，完成一次链式压缩；

步骤四：将所有低压容器组视为高压容器组，将最后一个容器作为第一压力容器切到低压管道，重复执行步骤一至三实现连续链式压缩和压缩方向的可逆。

优选地，所述压力容器与液体驱动装置的连接方式包括：

方式一：使用一个液体驱动装置，所述液体驱动装置的入口和出口管道连接所有的压力容器，经阀门控制策略控制开断；

方式二：使用n-1个液体驱动装置，其中压力容器数量为n，每个液体驱动装置都与两个相邻的压力容器相连接。

优选地,所述方式一中液体驱动装置的入口和出口管道分别连接n-1个压力容器，该链式压缩系统是对称的，在调转压缩方向时，不需要改变系统结构。

优选地,所述方式一中阀门控制策略为：当一个压力容器内液体进入相邻高压容器组之一时，该高压容器与所述液体驱动装置的出端连接关闭并将入端连接打开，原第一压力容器与所述液体驱动装置的入端连接关闭；下一个高压容器与所述液体驱动装置的出端连接开通，直到当前压缩方向上最后一个压力容器充满液体；

在完成一次压缩后，由管道阀门控制转换压缩方向，实现压缩方向可逆，提高压缩效率。

优选地,所述调转压缩方向为：一次压缩完成时，所述液体驱动装置与压力容器的阀门全部断开进行转换，将原最后一个压力容器视为第一压力容器，液体向倒数第二个压力容器的方向进行压缩。

本发明提出了一种链式液体活塞压缩系统，本发明的有益效果包括：

1.较之前需要使用体积较大罐体的压缩空气技术，需要使用等同于一个压力容器的压缩液体，使用液体量较多，本发明所用的液体体积更少。若链式压缩单元共有n个压力容器，则本发明使用液体体积为：

常规空气压缩技术使用液体体积为

2.本发明用多个压力容器连接，多个压力容器的总罐体体积小于常规压缩空气技术，本发明所用压力容器体积为V，常规分级压缩空气技术所用压力容器体积为

压力容器的建设成本更低。

3.本发明在使用多个压力容器进行压缩时，可以进行压缩方向的改变。并且，基于上述链式压缩结构与连接方式，改变压缩方向的操作较为简单。提高了压缩空气的效率。

4.本发明的适应性强，可以针对不同压缩范围进行结构改变。所用压力容器的数量可以在合理范围内进行改变，当压缩范围较小时，可以减少压力容器的数量，减小设备成本以及控制系统的复杂程度。

5.每次压缩所使用的液体量较少，故液体驱动设备的功率及容量规格也随之下降，降低了设备成本以及系统运行成本。

附图说明

图1为本发明在压缩前，压力容器与液体驱动装置采用方式一连接的结构示意图。

图2为本发明在压缩前，压力容器与液体驱动装置采用方式二连接的结构示意图。

图3为本发明正向压缩过程中的五个步骤示意图。

图4为本发明逆向压缩过程中的五个步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

链式液体活塞压缩系统包括三个或三个以上的压力容器相连组成压力容器链，一个液体驱动设备。其中压力容器链的首端和尾端压力容器均接入高压与低压气体管道，液体驱动设备的入端和出端分别连接(n-1)个压力容器，并在压缩过程中通过阀门控制来改变压缩状态。其中n为总压力容器的数量，低压气体管道连接低压气源向压力容器中注入低压气体，高压气体管道连接高压储气罐用以储存高压气体。

可将压力容器分为两组：低压容器组与高压容器组。在当前压缩方向上，液体已经经过的压力容器中充满低压气体，称为低压容器组并相互连接；液体未经过的压力容器称为高压容器组，高压容器组相互连接。在此之外，液体驱动设备经阀门切换动作前，充满液体的压力容器为第一压力容器，第一压力容器与低压容器组相连接。

通过电力或其他外部能源驱动液体驱动设备G向高压容器组注入液体同步压缩高压容器组内气体。即使用外界对驱动设备的电能或其它能源转换为高压空气的势能。

本装置在压缩方向上是可逆的，在压力容器的排列上存在先后顺序。当一个方向上压缩动作结束时，由管道阀门控制转换压缩方向，实现压力容器角色的切换。

压力容器之间的连接通过特定阀门控制策略来控制，压力容器之间的连接为气体通道，在链式压缩时打开气体通道的目的是使互相连接的压力容器组内气体压强相等，在压缩空气时，高压容器组内的空气可以同时被压缩。

低压气体管道的控制阀门为单向阀，气体只能由低压气源流向压力容器中。低压气源指压强符合链式压缩设备压缩范围下限的气体，其压强根据压缩要求而定，气体压强可以来自压强较低的空气压缩机或者使用环境空气。

高压气体管道的控制阀门为单向阀，气体只能从压力容器中向高压气罐中单向流动。

液体驱动设备与压力容器之间通道为阀门控制的液体通道，经特定阀门控制策略控制使单个液体驱动设备可以在不同的两个压力容器之间切换。

液体驱动设备的阀门控制策略是指：当检测到第一压力容器内的液体量低于设定的一个低水位零值时，关断液体驱动设备的入端阀门；当检测到与其相邻的高压容器组之一内液体压强达到一个固定的值时，关断液体驱动设备的出端阀门。之后将液体驱动设备入端与该高压容器的通道阀门打开，该高压容器转换为新的第一压力容器；并将液体驱动设备出端与相邻高压容器组之一连接。

压力容器连接的控制策略是指：初始状态，第一个压力容器充满液体，其余压力容器相互连接作为高压容器组。压缩过程中，当第一压力容器内液体全部转移出时，将相邻高压容器与高压容器组连接通道断开，并作为新的第一压力容器与低压容器组相连。

如图1所示，链式液体活塞压缩系统包括：压力容器A1，压力容器A2，压力容器A3和压力容器A4相连组成压力容器链，一个液体驱动设备G；其中压力容器A1接入高压气体管道D1和低压气体管道D2，压力容器A4接入高压气体管道D3和低压气体管道D4，压力容器A1-A4之间通过控制压力容器间的阀门E1-E3连接；压力容器A1，压力容器A2和压力容器A3的出口分别连接控制液体驱动装置的阀门B1、阀门B2和阀门B4，并最终通过控制液体驱动装置的阀门B7连接液体驱动设备G的入口；压力容器A2，压力容器A3和压力容器A4的出口分别连接控制液体驱动装置的阀门B3、阀门B5和阀门B6，并最终通过控制液体驱动装置的阀门B8连接液体驱动设备G的出口。

如图2所示，链式液体活塞压缩系统包括：压力容器A1，压力容器A2，压力容器A3和压力容器A4相连组成压力容器链，三个液体驱动设备G1-G3；其中压力容器A1接入高压气体管道D1和低压气体管道D2，压力容器A4接入高压气体管道D3和低压气体管道D4，压力容器A1-A4之间通过控制压力容器间的阀门E1-E3连接；压力容器A1的出口通过阀门连接液体驱动设备G1的入口，液体驱动设备G1的出口通过阀门连接压力容器A2的入口，压力容器A2的出口通过阀门连接液体驱动设备G2的入口，液体驱动设备G2的出口通过阀门连接压力容器A3的入口，压力容器A3的出口通过阀门连接液体驱动设备G3的入口，液体驱动设备G3的出口通过阀门连接压力容器A4的入口。

如图1和3所示，采用单个液体驱动设备的链式液体活塞压缩系统的正向压缩过程包括：

状态一：如图3-A所示，初始状态，压力容器A1中充满液体并接入低压气体管道D2。阀门E2、E3闭合，压力容器A2、A3、A4之间相连。

状态二：如图3-B所示，压缩状态一，低压气体管道D2接入压力容器A1，阀门B1、B3、B7、B8闭合，阀门压力容器A1的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A2的入口，液体经驱动设备G从A1迁移到A2。阀门E2、E3闭合，压力容器A2、A3、A4之间相连。

状态三：如图3-C所示，压缩状态二，低压气体管道D2接入压力容器A1，阀门B2、B5、B7、B8闭合，阀门压力容器A2的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A3的入口，液体经驱动设备G从A2迁移到A3。阀门E1、E3闭合，压力容器A1、A2之间相连，压力容器A3、A4之间相连。

状态四：如图3-D所示，压缩状态三，低压气体管道D2接入压力容器A1，阀门B4、B6、B7、B8闭合，阀门压力容器A3的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A4的入口，液体经驱动设备G从A3迁移到A4。阀门E1、E2闭合，压力容器A1、A2、A3之间相连。

状态五：如图3-E所示，压缩结束状态。高压气体管道D3接入压力容器A4，压力容器A4中充满液体，高压气体经高压气体管道D3输出。阀门E1、E2闭合，压力容器A1、A2、A3之间相连。

如图1和4所示，采用单个液体驱动设备的链式液体活塞压缩系统的逆向压缩过程包括：

状态一：如图4-A所示，初始状态，压力容器A4中充满液体并接入低压气体管道D4。阀门E1、E2闭合，压力容器A1、A2、A3之间相连。

状态二：如图4-B所示，压缩状态一，低压气体管道D4接入压力容器A4，阀门B4、B6、B7、B8闭合，阀门压力容器A4的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A3的入口，液体经驱动设备G从A4迁移到A3。阀门E1、E2闭合，压力容器A1、A2、A3之间相连。

状态三：如图4-C所示，压缩状态二，低压气体管道D4接入压力容器A4，阀门B2、B5、B7、B8闭合，阀门压力容器A3的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A2的入口，液体经驱动设备G从A3迁移到A2。阀门E1、E3闭合，压力容器A1、A2之间相连，压力容器A3、A4之间相连。

状态四：如图4-D所示，压缩状态三，低压气体管道D4接入压力容器A4，阀门B1、B3、B7、B8闭合，阀门压力容器A2的出口连接液体驱动设备G的入口，液体驱动设备G的出口连接压力容器A1的入口，液体经驱动设备G从A2迁移到A1。阀门E2、E3闭合，压力容器A2、A3、A4之间相连。

状态五：如图4-E所示，压缩结束状态。高压气体管道D1接入压力容器A1，压力容器A1中充满液体，高压气体经高压气体管道D1输出。阀门E2、E3闭合，压力容器A2、A3、A4之间相连。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.链式液体活塞压缩系统，其特征在于，所述链式液体活塞压缩系统使用三个及以上库容相等的压力容器两两相连，将压力容器分为低压容器组和高压容器组，并将充满液体的压力容器称为第一压力容器；所述链式液体活塞压缩系统的使用方法包括以下步骤：

步骤一：将充满液体的压力容器称为第一压力容器，压缩前，第一压力容器与外界低压管道相连接，其余的两个及以上压力容器作为高压容器组串连，并经单向阀与外界高压管道相连，液体驱动装置经阀门控制第一压力容器与高压容器组的液体通路连接；

步骤二：压缩时，第一压力容器内的液体经液体驱动装置进入高压容器组，低压气体进入第一压力容器，成为低压容器组；高压容器组内气体被压缩，高压容器组中充满液体的压力容器通过阀门切换到低压管道转成第一压力容器；

步骤三：循环执行步骤二，高压容器组数量减少，当高压容器组全部转换为低压容器组或第一压力容器时，完成一次链式压缩；

步骤四：将所有低压容器组视为高压容器组，将最后一个容器作为第一压力容器切到低压管道，重复执行步骤一至三实现连续链式压缩和压缩方向的可逆。

2.根据权利要求1所述的链式液体活塞压缩系统，其特征在于：所述压力容器与液体驱动装置的连接方式包括：

方式一：使用一个液体驱动装置，所述液体驱动装置的入口和出口管道连接所有的压力容器，经阀门控制策略控制开断；

方式二：使用n-1个液体驱动装置，其中压力容器数量为n，每个液体驱动装置都与两个相邻的压力容器相连接。

3.根据权利要求2所述的链式液体活塞压缩系统，其特征在于：所述方式一中液体驱动装置的入口和出口管道分别连接n-1个压力容器，该链式压缩系统是对称的，在调转压缩方向时，不需要改变系统结构。

4.根据权利要求2所述的链式液体活塞压缩系统，其特征在于：所述方式一中阀门控制策略为：当一个压力容器内液体进入相邻高压容器组之一时，该高压容器与所述液体驱动装置的出端连接关闭并将入端连接打开，原第一压力容器与所述液体驱动装置的入端连接关闭；下一个高压容器与所述液体驱动装置的出端连接开通，直到当前压缩方向上最后一个压力容器充满液体；

在完成一次压缩后，由管道阀门控制转换压缩方向，实现压缩方向可逆，提高压缩效率。

5.根据权利要求3所述的链式液体活塞压缩系统，其特征在于：所述调转压缩方向为：一次压缩完成时，所述液体驱动装置与压力容器的阀门全部断开进行转换，将原最后一个压力容器视为第一压力容器，液体向倒数第二个压力容器的方向进行压缩。

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