CN112119213A - 泵式水电蓄能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种泵式水电蓄能系统和方法。该系统采用高密度流体(例如浆料)来提高功率输出。在某些情况下，该流体是二元流体系统，具有高密度流体和低密度流体，例如水。低密度流体流经系统的涡轮单元，从而避免了修改系统以处理高密度流体的需求，同时实现了更高的功率输出。该系统可以配置有一个用于高密度流体的常压蓄水池，以及另一个用于低密度流体的常压蓄水池。它们中的每一个都连接到充满高密度或轻密度流体的加压腔中。常压罐可能处于相同的高度，或者高密度流体罐可能更高，以增加能量输出。例如，可以将系统放置在一地形高度。

Description

泵式水电蓄能系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月16日提交的美国临时申请62/657,941；2018年5月16日提交的美国临时申请62/672,566；2018年6月5日提交的美国临时申请62/680,597；以及2018年10月19日提交的美国临时申请62/747,678的优先权，出于所有目的将其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本公开涉及泵式水电蓄能系统和方法。具体地，本公开涉及使用高密度流体或高密度流体和低密度流体(诸如水)的组合以增加功率输出的泵式水电蓄能系统和方法。

背景技术

可再生能源，例如从太阳，风和水中利用的可再生能源，是产生电力的流行能源形式，因为它们对我们的环境影响很小。例如，可再生能源不会污染环境，例如二氧化碳排放量。尽管可再生能源具有优势，但也有劣势。例如，可再生能源高度依赖自然，而自然是不可依赖的或至多是不可靠的。太阳能需要阳光，阳光可能会受到云的影响；风力依靠风能，而风会来来去去；水力依赖水，水依赖于数量有限的水路，并且面临着众多挑战。这些可再生能源的不可靠性或不一致性导致供需不平衡。这种不平衡会导致能源价格大幅波动。

传统的泵送水能依赖于水从上部蓄水池通过压力管流到下部蓄水池。然后，水转动涡轮发电，然后将其送到电网。为了给上部蓄水池补水，将水泵入压力管。泵式水能存储，因为它除了涡轮外，还具有用于给系统补水的泵，因此具有可控性和可靠性。这可以稳定传统可再生能源固有的供需失衡。此外，常规水力发电系统和泵送水电蓄能的重要考虑因素是蓄水池所需的占地面积。

本公开针对具有高功率输出的小占地面积的泵送水能蓄能系统和方法。

发明内容

实施例总体上涉及非常规泵式电蓄能系统和该泵式水电蓄能系统的应用。与传统的泵式水电能源系统相比，该系统具有更小的占地面积和更高的能量密度。该系统使用高密度流体，并允许不同的配置，其中上部和下部蓄水池可能处于同一高度。液压泵和涡轮机可以放置在高于下部蓄水池的位置，例如，在地下矿井上方的地面上。

具体地，一个实施例涉及一种泵式水电蓄能系统，该泵式水电蓄能系统包括第一蓄水池和设置在第一蓄水池下方的第二蓄水池。该系统还包括涡轮单元。涡轮单元包括第一涡轮单元流口和第二涡轮单元流口。提供与第一和第二蓄水池流体连通的压力管。压力管包括第一部分，其连接至第一蓄水池和第一涡轮单元流口；第二部分，其连接至第二蓄水池和第二涡轮单元流口。涡轮单元被布置为靠近第二蓄水池。浆料在系统中循环。浆料是高密度流体，其密度大于水。浆料沿第一方向或向前方向从第一蓄水池经涡轮流向第二蓄水池，从而使涡轮单元产生能量。在再充模式下，浆料沿第二方向或相反方向从第二蓄水池经涡轮流向第一蓄水池，从而对系统进行再充。与使用水的系统相比，高密度浆料增加了系统的功率输出。

通过参考以下描述和附图，本文公开的实施例的这些和其他优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，本文描述的各种实施例的特征不是互相排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。

附图说明

在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记通常指代相同的部分。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明各实施例的原理上。在以下描述中，参考以下内容描述了本公开的各实施例，其中：

图1示出了泵式水电蓄能系统的示例性实施例的简化图；

图2示出了泵式水电蓄能系统的替代示例性实施例的简化图；

图3示出了泵式水电蓄能系统的另一替代示例性实施例的简化图；

图4a-d示出了泵式水电蓄能系统的替代示例性实施例的简化图；和

图5示出了涡轮和泵构造的示例性实施例。

具体实施方式

本文描述的实施例总体上涉及泵式水电蓄能系统。与传统的泵式水电蓄能系统相比，该泵式水电蓄能系统每单位体积产生更高的能量输出。在一些实施例中，与常规的泵式水电蓄能系统不同，该泵式水电蓄能系统可以在平坦的土地或均匀地形上实施。

图1示出了泵式水电蓄能系统100的实施例的简化图。如图所示，泵式水电蓄能系统包括通过压力管130连接的上部蓄水池110和下部蓄水池120。在一个实施例中，上部蓄水池设置在下部蓄水池上方。两个蓄水池的海拔或高度的差异可以称为水头。所述压力管连接到上部蓄水池口112和下部蓄水池口121。压力管可以是管道，通道或其他类型的导管，其通过上部和下部蓄水池口在上部和下部蓄水池之间提供流体连通。在一个实施例中，涡轮单元140被布置为靠近下部蓄水池口。涡轮单元是可逆涡轮机。例如，涡轮是弗朗西斯涡轮，其在沿第一方向旋转时用作发电机，而在沿第二方向旋转时用作泵。其他类型的涡轮或涡轮单元构造也是可用的。例如，涡轮单元可以包括用于产生能量的单独的涡轮和用于给系统补给的泵。提供单独的涡轮和泵对于高压应用可能特别有用。例如，弗朗西斯涡轮只能在70BAR下运行。使用单独的涡轮和泵配置的运行可以超过70BAR。

在操作中，容纳在上部蓄水池中的流体在重力作用下通过压力管流到下部蓄水池。这可以称为系统的释放状态。当流体流经压力管进入下部蓄水池时，它会在第一方向旋转弗朗西斯涡轮以发电。电力可以通过传输线传输。例如，在面临能量需求时，流体从上部蓄水池流到下部蓄水池以发电。涡轮可以沿第二方向旋转，将下部蓄水池中的流体向上泵向上部蓄水池。可替代地，使用泵将流体向上泵向上部蓄水池。这可以称为系统的补充或再充状态。该系统可以在低能量需求时或在上部蓄水池为空或接近为空时再充。

在一个实施例中，该系统是封闭系统。在封闭系统中，蓄水池是封闭的。例如，蓄水池是形成闭环的流体箱。下部蓄水池可以被称为高压蓄水池，而相对于下部蓄水池，上部蓄水池可以被称为低压蓄水池。在一个实施例中，上部蓄水池可以是圆柱形常压罐，而下部蓄水池可以是高压球形罐。储罐也可以采用其他构造。蓄水池可以包括用于向其填充流体的填充口。储罐可被构造成具有大致相同的容量。

系统可以被设计为具有所需参数，以产生所需电量以及何时需要对系统进行补给。例如，压力管尺寸取决于流体的流量，水头取决于上部和下部蓄水池之间的高度，以及蓄水池的容积可配置来决定功率输出和系统补给时间。流量和水头决定功率输出，蓄水池的容积决定再充之间的时间。

在一个实施例中，泵式水电蓄能系统的流体是高密度流体。高密度流体的密度大于水。例如，高密度流体的密度可以为≥3x，其中x是水的密度。在一实施例中，高密度流体是浆料混合物。可以使用各种类型的浆料混合物。浆料混合物可包括与低密度流体例如水混合的金属氧化物颗粒。其他类型的颗粒和低密度流体也是可用的。浆料中颗粒的体积可以等于或大于约50％。例如，颗粒的百分比可以为约50-85％。在其他实施例中，颗粒的百分比可以是50-75％。颗粒的体积越大，浆料的密度越高。所有百分比均为体积百分比。其他百分比也可用。

在一个实施例中，浆料的颗粒为亚微米尺寸，以避免损坏涡轮。至于其余的组合物，它包括低密度流体，例如水。在一个实施方案中，为了防止浆料聚结并改善流动性，可以添加少量的表面活性剂。例如，可以添加约少于1％的表面活性剂。在某些情况下，可以添加防冻剂以防止浆料冻结。防冻剂的浓度应足以防止浆料冻结。

在一个实施例中，高密度流体是磁铁矿浆料混合物。磁铁矿浆混合物的密度可以达到3至4吨/立方米，是水密度的3倍以上。如上所述，其他类型的浆料混合物也可以用作高密度流体。密度可取决于矿物质含量和组成。

通过采用高密度流体，可以实现更加紧凑的泵式水电蓄能系统。对于给定的蓄水池或储罐容积，蓄能能力与流体密度成正比。例如，在高密度流体的密度为3x的情况下，系统的蓄能能力是使用水时的3倍。这是由于质量流量约为水的3倍。可替代地，该系统可以使用较小的流体体积和/或较小的上部和下部蓄水池之间的高度差来产生相同量的能量输出。这样可以降低成本，并在设计满足输出要求的系统时具有更大的灵活性。

如所讨论的使用高密度流体，优点是较高的功率输出。通过修改压力管和泵以处理高密度流体，可以很容易地将高密度流体的使用改装到现有的泵式水电蓄能系统中，从而增加功率输出。此外，可以修改现有水电蓄能系统的设计，以用作处理高密度流体的高效水电蓄能系统的模型。对于给定的功率输出要求，由于所需的体积较小，压力管较小和/或蓄水池之间的海拔或高度减小，因此建造成本将降低。

图2示出了泵式水电蓄能系统200的另一实施例的简化图。该系统可以包括与图1中所描述的组件相似的组件。可以不对这些组件进行描述或详细描述。

在一个实施例中，该系统是具有上部和下部蓄水池210和220的封闭系统。蓄水池通过压力管230流体连通地连接。如图所示，该系统被配置为利用第一和第二流体251和255的二元流体系统。在一个实施例中，第一流体是高密度流体，而与第一流体相比，第二流体是低密度流体。例如，高密度流体的密度大于水。高密度流体的密度应≥3.0x，其中x是水的密度。其他密度的高密度流体也是可用的。高密度流体可以是浆料混合物，例如磁铁矿浆料混合物。其他类型的浆料混合物或高密度流体也是可用的。至于第二流体，在一个实施例中，它是水。例如，高密度流体的密度是低密度流体的3倍。在流体之间提供不同的密度差也可以。差异越大，系统越有效。其他类型的低密度流体也是可用的。

压力管230包括在两端可连通地连接到第一和第二蓄水池的第一和第二部分230a和230b，以及连接至压力管的第一和第二部分的第二端的腔蓄水池270。在一实施例中，腔蓄水池是高压腔罐。高压腔罐应能承受系统的过载压力。在一个实施例中，高压腔罐所承受的压力与系统的过载压力大致相同。腔罐可以是球形高压腔罐。其他类型的高压腔罐也可用。

在一个实施例中，腔罐设置在靠近第二或下部蓄水池处，但是以一定的水平距离设置，以确保过载压力接近浆塔施加的压力。腔罐的第一腔罐端口271连接到压力管的第一部分的，且设置在腔罐的底部，而腔罐的第二腔罐端口272连接到压力管的第二部分的，且设置在腔罐的顶部。涡轮单元240设置为靠近下部蓄水池端口。涡轮可以是弗朗西斯涡轮。可替代地，涡轮单元可以包括单独的涡轮，例如佩尔顿涡轮和泵。其他类型的涡轮或涡轮单元的配置也可以。

在一个实施例中，腔罐中的压力是由高密度流体柱产生的。下部蓄水池可以是常压罐。例如，下部蓄水池可以是圆柱形常压罐。至于上部蓄水池，也可以是常压罐。

在运行中，上部蓄水池中容纳的高密度流体在重力作用下通过压力管流向腔罐。由于浆塔的作用，腔罐中的压力比下部蓄水池中容纳的低密度流体塔的压力高得多，因此它将向上流动，然后通过上方的涡轮喷射器。例如，喷射器端口是水被馈送到涡轮中的入口。由于密度的明显差异，高密度流体保留在腔罐的底部，而低密度流体位于腔罐中高密度流体的上方。此外，第一腔罐端口和第二腔罐端口的构造被构造成防止第一流体和第二流体混合。随着高密度流体在重力作用下继续从第一或上部蓄水池中流出，它迫使低密度流体向上返回第二或下部蓄水池，从而使涡轮旋转发电。这可以称为系统的释放或发电状态。相反，在再充状态下，低密度流体(例如水)被向下泵入腔蓄水池，迫使高密度流体回到上部蓄水池。腔罐应配置成适应由高密度流体产生的压力，迫使低密度流体返回下部蓄水池。

在一个实施例中，系统被配置成使得高密度流体不与涡轮单元接触。这有利地避免了将系统配置为处理高密度流体。例如，高密度流体的粒度不必处于亚微米范围内，以避免损坏涡轮。浆料的粒度可以为约几微米至几百微米。浆料的粒度应具有不均匀的分布，以促进浆料中颗粒的更高体积百分比和压力管内的流动。

图3示出了图2的泵式水电蓄能系统的应用。图3的系统包括与图2的系统的共同元素。共同元素可以不描述或不详细描述。说明性地，该系统在例如山305中的矿井中实施。该矿井可以是煤矿。其他类型的矿井也可用。在矿井中实施该系统具有优势，因为深埋在地下301中的矿井已经存在，从而降低了建设成本。

该系统包括位于靠近山顶的上部蓄水池210，从而与位于山(例如，在矿井内)的底部的下部蓄水池220之间产生高度差。位于其他位置的蓄水池也可用。该位置可以利用地形和/或现有结构(例如隧道和竖井)的优势。尽管该系统被植入现有矿井中，但在利用自然地形的其他位置(例如盐丘或地层)实施该系统也可以。

上部蓄水池被构造成经由压力管230与下部蓄水池流体连通。腔罐270布置在下部蓄水池下方的压力管内。压力管包括第一压力管部分230a和第二压力管部分230b。第一压力管部分连接到上部蓄水池端口和位于腔罐底部的第一腔罐端口；第二压力管部分连接到下部蓄水池端口和位于腔罐顶部的第二腔罐端口。如图所示，第一压力管包括第一和第二压力管子部分230a₁和230a₂。第一压力管子部分设置在地面上方并连接至上部蓄水池，而第二压力管子部分设置在地面下方并连接至腔罐。

换句话说，腔罐位于地下。在一个实施例中，涡轮单元240被布置为靠近下部蓄水池。例如，将其布置在压力管和下部蓄水池端口之间。在一个实施例中，涡轮单元包括涡轮354和泵356。例如，涡轮是佩尔顿涡轮。其他类型的涡轮也是可用的。例如，涡轮可以承受系统的高压。

高密度流体251容纳在上部蓄水池中。低密度流体255设置在下部蓄水池中。系统300的操作类似于图2的系统200的操作。例如，流入下部蓄水池的低密度流体使涡轮沿第一方向转动，从而产生电力。为了给系统再充，泵在第二方向将低密度流体向下泵送至腔罐，使高密度流体流回上部蓄水池。

将高压腔罐设置在地下是有利的，因为它可以利用静压压力，从而抵消由流体引起的压力。这降低了下部蓄水池的建造成本。此外，山区地形为上部蓄水池提供了自然海拔。可以根据输出要求来配置上部蓄水池的升高高度。例如，如果满足输出要求，则较低的海拔高度可用于减少与建造上部蓄水池和压力管相关的成本。

图4a-4d示出了泵式水电蓄能系统的各种替代实施例。该系统包括与图1-3的系统相似的组件。共同元素可以不描述或不详细描述。该系统可以有利地在平坦的地形上实施。例如，第一和第二蓄水池410和420可以设置在大约相同的海拔。这些实施例对于在平坦土地上的实施或在深水上漂浮可能是特别有利的。这与传统的泵式水电蓄能系统相反，传统的泵式水电蓄能系统在上部和下部蓄水池之间需要不同的高度或海拔。

参照图4a，示出了泵式水电蓄能系统400a的实施例。该系统包括第一和第二蓄水池410和420。在一个实施例中，所述蓄水池设置在大约相同的海拔或高度。例如，所述蓄水池位于水平地面上，或者，在使用水的情况下，位于船舶或海上钻井平台上。在不同高度处提供蓄水池也可行。优选地，高密度蓄水池位于低密度蓄水池上方。所述蓄水池通过压力管430流体连通。如图所示，压力管是U形压力管。其他形状的压力管也可用。压力管的长度可以从几百米到几千米长。

第一蓄水池用作高密度流体451的容器，第二蓄水池用作容纳低密度流体455。由于高密度流体相对于低密度流体的密度较高，重力导致了高密度流体向下流动，迫使低密度流体向上进入第二蓄水池。这使布置在靠近第二蓄水池端口的涡轮单元440旋转以发电。例如，涡轮单元包括组合的涡轮泵，例如弗朗西斯涡轮泵。该系统通过使涡轮单元向第二方向反向旋转来进行再充。反向旋转涡轮将水向下泵向第一蓄水池。这迫使高密度流体返回进入第一蓄水池，从而对系统进行再充。在其他实施例中，涡轮单元可包括单独的涡轮，例如佩尔顿涡轮，以及泵。其他类型的涡轮或涡轮单元的构造也是可用的。

在一个实施例中，第一或高密度流体和第二或低密度流体的体积被构造成使得在释放或补充状态下，高密度流体不接触涡轮。这种配置有利地避免了配置泵以处理高密度流体的需要。这也使得能够在浆料中使用较大的颗粒，从而有利地降低成本。

图4b示出了泵式水电蓄能系统400b的另一实施例。图4b的系统类似于图4a中描述的系统。共同元素可以不描述或不详细描述。

该系统包括位于大约相同的海拔或高度的第一和第二蓄水池410和420。在不同高度处提供蓄水池也可以。所述蓄水池通过压力管430流体连通。如图所示，压力管是U形压力管。其他形状的压力管也可用。在一个实施例中，压力管分为第一部分430a和第二部分430b，由腔蓄水池或腔罐470分开，例如图2-3中所述。例如，所述腔蓄水池是球形的高压腔蓄水池。上部和下部蓄水池可以是圆柱形的常压蓄水池。蓄水池的其他构造也是可用的。

提供腔蓄水池有利地增加了系统的流体容量。如图所示，腔罐设置在第一和第二压力管部分之间的第二蓄水池下方。例如，连接至第一蓄水池的第一压力管部分连接至位于腔罐底部的第一腔罐端口，第二压力管部分连接至第二蓄水池和位于腔罐顶部的第二腔罐端口。这种设置还降低了高密度和低密度流体之间混合的风险。该系统的操作类似于图4a中所述的操作，除了由于腔罐而增加了容量。

图4c示出了泵式水电蓄能系统400c的另一实施例。图4c的系统类似于图4a-4b中所描述的系统。共同元素可以不描述或不详细描述。

该系统包括位于大约相同的海拔或高度的第一和第二蓄水池410和420。在不同高度处提供蓄水池也是可用的。所述蓄水池通过压力管430流体连通。如图所示，压力管是U形压力管。其他形状的压力管也可用。在一个实施例中，流体分离器480设置在第一流体451和第二流体455之间的压力管中。例如，流体分离器可以由高度耐磨的塑料形成，其密度介于两种流体的密度之间。例如，分离器漂浮在高密度流体上，而沉没在低密度流体中。流体分离器构造成可在压力管内滑动，并保持高密度和低密度流体的分离。设置分离器可确保高密度流体中的小颗粒不会意外地被携带流到涡轮单元中。流体分离器的使用也可以应用于图2-3中描述的实施例。该系统被构造成使得流体分离器不到达涡轮440。该系统的操作类似于图4a-b中所描述的。

图4d示出了泵式水电蓄能系统400d的另一实施例。图4d的系统类似于图4a-4c中描述的系统。共同元素可以不描述或不详细描述。

该系统包括位于大约相同的海拔或高度的第一和第二蓄水池410和420。在不同高度处提供蓄水池也是可用的。所述蓄水池通过压力管430流体连通。如图所示，压力管是U形压力管。类似于图4b，压力管被分成第一部分430a和第二部分430b，由腔蓄水池470分开，诸如图2-3中所述。而且，类似于图4c，流体分离器480设置在压力管中，以确保分离高密度和低密度流体。在一个实施例中，腔罐配置有流体分离器壳体475，该流体分离器壳体475确保流体分离器可以穿过腔罐到达压力管的第一或第二部分。例如，壳体用作流体分离器的引导件，同时允许流体在壳体外流动并保持分离。壳体可以是一组垂直杆或带有侧孔的穿孔管。所述壳体被构造成使流体分离器能够在腔蓄水池上方和下方流动。该系统的操作类似于图4a-c中所描述的。此外，应当理解，流体分离器也可以被配置成图2-3中所述的系统。

图5示出了涡轮单元240的实施例。如图所示，涡轮单元包括单独的涡轮554和泵556。例如，涡轮单元包括连接到压力管230的分离的流道或管道。如图所示，涡轮单元包括泵送路径546和涡轮路径542。例如，在图2-3和图4a-d中描述的应用中，压力管的上端连接到容纳低密度流体的第二或下部蓄水池，而压力管的下端连接到容纳高密度流体的第一或上部蓄水池，直接或间接地通过腔罐。例如，压力管的上端是涡轮出口561，压力管的下端是涡轮入口562。如所讨论的，系统被配置为使得高密度流体不与涡轮单元接触。例如，只有较低密度的流体流过涡轮单元。

在发电模式下，如向上的箭头所示，低密度流体(例如水)通过涡轮路径向上推向下部蓄水池。这使涡轮沿第一方向旋转，从而产生电力。在再充模式下，低密度流体被泵通过泵送路径向下泵回上部蓄水池，如向下箭头所示。这导致高密度流体被推回到上部蓄水池中，从而对系统进行再充。

如所描述的，在系统中使用高密度流体改善了功率输出。例如，在系统采用具有高密度流体和低密度流体(例如水)的二元流体系统的情况下，在涉及处于相同高度的第一和第二常压罐和下方的高压腔罐的平坦地形中，例如图4b和4d中所述的系统，底部腔罐处的压力是由高密度流体塔施加的压力＝c*H*d1，并且涡轮入口处的压力为cHd1-cHd2＝cH(d1-d2)，其中

H是第一个(高密度流体)蓄水池与加压腔罐之间的高度差，

d1是高密度流体的密度，

d2是低密度流体的密度，并且

c是一个常数。

系统产生的功率P与流量Q和涡轮入口处的压力成正比，可以定义为P＝k*Q*cH(d1-d2)，其中k为常数。在高密度流体的密度是低密度流体的3倍的情况下，使用二元流体系统会将功率输出增加大约2倍。如上所述，系统中高密度流体的使用提高功率输出。

在采用高密度流体和低密度流体(例如水)的情况下，其包括处于不同高度的第一和第二常压罐以及下方的高压腔罐，例如图2-3中所述的系统，底部加压腔罐处的压力为cHd1，而涡轮进口处的压力为cHd1-chd2，其中h是腔罐与第二(低密度流体)蓄水池之间的高度差。系统产生的功率可以定义为P＝k*Q*(cHd1-chd2)。如果H远远大于h，则我们将获得与仅使用高密度流体而仅使水通过涡轮几乎相同的功率。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本公开的发明构思可以以其他特定形式来体现。因此，前述实施例在所有方面都应被认为是说明性的，而不是限制此处所述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述说明书指示，并且在权利要求书的等同含义和范围内的所有改变均旨在包含于其中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种泵式水电蓄能系统，包括：

第一蓄水池，其中所述第一蓄水池配置为容纳高密度流体，并且包括设置在所述第一蓄水池底部的第一蓄水池流口；

第二蓄水池，其中第二蓄水池配置为容纳密度低于高密度流体的低密度流体，并且包括设置在第二蓄水池底部的第二蓄水池流口；

在腔罐高度处设置的腔罐，其中，第一蓄水池的第一高度高于腔罐的腔罐高度，其中，腔罐配置有上部腔罐端口和下部腔罐端口，其中上部腔罐端口位于下部腔罐端口的上方；

涡轮单元，该涡轮单元包括第一涡轮单元流口和第二涡轮单元流口，其中第二涡轮单元流口连接至第二蓄水池流口；

压力管，其中压力管包括

第一部分压力管，其连接到第一蓄水池流口和下部腔罐端口，其中，第一部分压力管的最低端口在腔罐下方，以及

第二部分压力管，其连接到上部腔罐端口和第一涡轮单元流口；

其中

在发电模式下，高密度流体配置成经过压力管朝向且通过腔罐并流向第二蓄水池，迫使低密度流体流经涡轮并进入第二蓄水池，低密度流体使涡轮单元在第一方向转动以发电，以及

在再充模式下，涡轮单元将低密度流体从第二蓄水池通过压力管泵送至第一蓄水池，迫使高密度流体返回第一蓄水池，和

其中，低密度流体和高密度流体被构造成防止高密度流体通过涡轮单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一蓄水池的第一高度高于所述第二蓄水池的第二高度。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一蓄水池的所述第一高度和所述第二蓄水池的第二高度处于大约相同的高度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二蓄水池包括圆柱形常压罐。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高压腔罐包括球形高压腔罐。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高密度流体包括具有颗粒的浆料。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低密度流体包括水。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高密度流体的密度比所述低密度流体的密度大至少三倍。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述浆料包括金属氧化物颗粒。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述浆料包括磁铁矿颗粒以形成磁铁矿浆料。

11.根据权利要求9所述的系统，其中：

浆料包含50–85％的颗粒；和

颗粒的粒度范围从几微米到几百微米。

12.一种用于从泵式水电蓄能系统发电的方法，包括：

提供容纳高密度流体的第一蓄水池，容纳低密度流体的第二蓄水池，设置在腔罐高度处的腔罐，该腔罐高度低于第一蓄水池的第一蓄水池高度，靠近连接第二腔罐的涡轮单元，以及在系统内提供流体连的通压力管；

在发电模式下，使高密度流体从第一蓄水池通过压力管朝向且通过腔罐并流向第二蓄水池，以迫使低密度流体流经涡轮并进入第二蓄水池，使涡轮沿第一方向转动以发电；

在再充模式下，涡轮单元将低密度流体从第二蓄水池通过压力管泵送至第一蓄水池，以迫使高密度流体进入第一蓄水池以对系统进行再充；和

其中，当低密度流体和高密度流体循环通过系统时，高密度流体配置成避免通过涡轮单元。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述高密度流体的密度比所述低密度流体的密度大至少三倍。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一蓄水池的第一蓄水池高度高于所述第二蓄水池的第二高度。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一蓄水池的第一蓄水池高度与所述第二蓄水池的第二蓄水池高度处于大约相同的高度。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二蓄水池的第二蓄水池高度被置于与所述腔罐高度大约相同的高度处。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二蓄水池的第二蓄水池高度被置于比所述腔罐高度更高的高度。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二蓄水池的第二蓄水池高度被置于与所述腔罐高度相同的高度处。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二蓄水池的第二蓄水池高度被置于比所述腔罐高度更高的高度。

Claims (20)

1.一种泵式水电蓄能系统，包括：

第一蓄水池；

第二蓄水池，第二蓄水池设置在第一蓄水池下方；

涡轮单元，该涡轮单元包括第一涡轮单元流口和第二涡轮单元流口；

压力管，其与第一和第二蓄水池流体连通，所述压力管包括连接到第一蓄水池和第一涡轮单元流口的第一部分和连接到第二蓄水池和第二涡轮单元流口的第二部分，其中涡轮单元设置为靠近第二蓄水池；

浆料，其循环通过系统，其中所述浆料包括高密度流体，并且其中所述高密度流体包括密度大于水的高密度浆料；

其中，浆料经过涡轮单元沿第一方向从第一蓄水池流向第二蓄水池，以使涡轮产生能量，浆料经过涡轮单元沿第二方向从第二蓄水池流向第一蓄水池，以使系统进行再充；和

其中高密度浆料与水相比增加了系统的功率输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高密度浆料的密度≥大约3倍的水的密度。

3.根据权利要求2所述的系统，其中当使用所述高密度浆料代替水时，所述系统的功率输出≥约3倍。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高密度浆料包括具有磁铁矿颗粒的磁铁矿浆料。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述磁铁矿浆料中的磁铁矿颗粒的体积百分比为约50％。

6.根据权利要求5所述的系统，其中磁铁矿浆料中磁铁矿颗粒的磁铁矿体积百分比为约50-85％。

7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述磁铁矿浆料中的磁铁矿颗粒的粒度处于亚微米范围内。

8.一种泵式水电蓄能系统，包括：

第一蓄水池，其中所述第一蓄水池配置为容纳高密度流体，并且包括设置在所述第一蓄水池底部的第一蓄水池流口；

第二蓄水池，其中第二蓄水池配置为容纳密度低于高密度流体的低密度流体，并且包括设置在第二蓄水池底部的第二蓄水池流口；

在腔罐高度处设置的腔罐，其中，第一和第二蓄水池的第一和第二高度高于腔罐的腔罐高度，其中，腔罐配置有上部腔罐端口和下部腔罐端口，其中上腔罐端口设置在下腔罐端口的上方；

涡轮单元，该涡轮单元包括第一涡轮单元流口和第二涡轮单元流口，其中第二涡轮单元流口连接至第二蓄水池流口；

压力管，其中压力管包括

第一部分压力管，其连接到第一蓄水池流口和下部腔罐端口，其中，第一部分压力管的最低端口在腔罐下方，以及

第二部分压力管，其连接到上部腔罐端口和第一涡轮单元流口；

其中

在发电模式下，高密度流体配置成经过压力管向通过腔罐和第一蓄水池方向流动，迫使低密度流体流经涡轮并进入第二蓄水池，低密度流体使涡轮单元在第一方向转动以发电，以及

在再充模式下，涡轮单元将低密度流体从第二蓄水池通过压力管泵送至第一蓄水池，迫使高密度流体返回第一蓄水池，和

其中，低密度流体和高密度流体被构造成防止高密度流体通过涡轮单元。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一蓄水池的第一高度高于所述第二蓄水池的所述第二高度。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一和第二蓄水池的所述第一和第二高度处于大约相同的高度。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一和第二蓄水池包括圆柱形常压罐。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述高压腔罐包括球形高压腔罐。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述高密度流体包括具有颗粒的浆料。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述高密度流体包括水。

15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述高密度流体的密度比所述低密度流体的密度大至少三倍。

16.根据权利要求8所述的系统，其中，所述浆料包括金属氧化物颗粒。

17.根据权利要求8所述的系统，其中，所述浆料包括磁铁矿颗粒以形成磁铁矿浆料。

18.根据权利要求16所述的系统，其中：

浆料包含50–85％的颗粒；和

颗粒的粒度范围从几微米到几百微米。

19.一种用于从泵式水电蓄能系统发电的方法，包括：

提供容纳高密度流体的第一蓄水池，容纳低密度流体的第二蓄水池，设置在腔罐高度处的腔罐，该腔罐高度低于第一蓄水池的第一蓄水池高度和第二蓄水池的第二蓄水池高度，靠近连接第二腔罐的涡轮单元，，以及在系统内提供流体连通的压力管；

在发电模式下，使高密度流体从第一蓄水池流向第二蓄水池，以迫使低密度流体进入第二蓄水池，使涡轮沿第一方向旋转以发电；

在再充模式下，涡轮单元将低密度流体泵送至第一蓄水池，以迫使高密度流体进入第一蓄水池以对系统进行再充；和

其中，当低密度流体和高密度流体循环通过系统时，高密度流体配置成避免通过涡轮单元。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述高密度流体的密度比所述低密度流体的密度大至少三倍。

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