CN113250888B - 一种基于压缩空气储能的高效发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压缩空气储能的高效发电装置，包括压缩空气储气罐、至少三个活塞式气液转换罐、水轮机和活塞式储气液罐；压缩空气储气罐分别经进气阀与三个活塞式气液转换罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔分别经排气阀与活塞式储气液罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的液体腔分别经排液阀与水轮机入口相连，水轮机入口经单向阀与活塞式储气液罐的液体腔相连，活塞式储气液罐的液体腔分别经进液阀与三个活塞式气液转换罐的液体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔还分别设置有泄压阀。本发明通过高压空气驱动高密度的高压水做功发电，弥补了气体密度小的不足，保证了发电效率。

Description

一种基于压缩空气储能的高效发电装置
技术领域
本发明涉及压缩空气储能发电技术，具体涉及一种基于压缩空气储能的高效发电装置。
背景技术
在实现3060碳达峰、碳中和的过程中，风力发电、光伏发电等新能源在能源结构中所占的比重会越来越大。但这些新能源的间歇性、不稳定性特征对于电网的稳定可靠运行带来隐患。为了电网的安全，有些电能不得不放弃，形成所谓的弃风和弃光。
压缩空气储能系统是与抽水蓄能方式相当的电网级的储能技术。压缩空气储能系统在释能过程中，通过透平机直接发电时，为保证透平机效率稳定，需要将压缩空气节流到一定的压力发电，这样，损失了部分压力能，降低了系统的发电量。同时，由于气体密度小，单位体积高温高压气体所携带的能量少，因此，发电量也少。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于压缩空气储能的高效发电装置，利用高压空气驱动高密度的高压水做功发电，弥补了气体密度小的不足，保证了发电效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于压缩空气储能的高效发电装置，包括压缩空气储气罐、至少三个活塞式气液转换罐、水轮机和活塞式储气液罐；压缩空气储气罐分别经进气阀与三个活塞式气液转换罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔分别经排气阀与活塞式储气液罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的液体腔分别经排液阀与水轮机入口相连，水轮机入口经单向阀与活塞式储气液罐的液体腔相连，活塞式储气液罐的液体腔分别经进液阀与三个活塞式气液转换罐的液体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔还分别设置有泄压阀。
进一步地，所述的三个活塞式气液转换罐依次处于出水状态、排气状态与进水状态。
进一步地，所述的处于排气状态的活塞式气液转换罐排出的气体用以驱动活塞式储气液罐的液体进入到处于充水状态的活塞式气液转换罐的液体腔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的高效发电装置，解决了压缩空气释能时需要调节压力从而导致总的发电效率低的问题，实现了压缩空气与抽水蓄能方式的结合，具有体积小、投资低、安装灵活，维护简单、发电效率高等优点。
2、本发明的高效发电装置，通过气液转换罐，实现压缩空气压力势能向水的重力势能的转换，克服了抽水蓄能需要不同高差水库的影响，可以根据需要制作不同级别的压缩空气储能发电系统，可以是MW级的，也可以是电网级的，以满足不同级别发电系统对于电能存储的需求，使用寿命长、成本低。
附图说明
图1为本实施例的基于压缩空气储能的高效发电装置的结构示意图；
附图标记说明：1-压缩空气储气罐；2-水轮机；3-活塞式气液转换罐一；4-活塞式气液转换罐二；5-活塞式气液转换罐三；6-活塞式储气液罐；7-单向阀；8-泄压阀；V1～V3-进气阀；V4～V6-排液阀；V7～V9-排气阀；V10～V12-进液阀；V13～V15-泄压阀。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例的一种基于压缩空气储能的高效发电装置，主要包括压缩空气储存系统、高压水发电系统和水循环系统，利用高压空气驱动高密度的高压水做功发电，弥补了压缩空气释能时需要调节压力从而导致总的发电效率低的不足，保证了发电效率。
压缩空气储存系统主要是指压缩空气储气罐1以及与之相连的压缩空气输出管路。由于本发明主要涉及高压空气释能过程中释能方式的转换，因此，对于压缩空气储能部分不加详述，只是说明高压空气储存系统是本发明的一个重要组成部分。
高压水发电系统是将高压空气转换为高压水并进行发电的系统，包括水轮机2、活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5以及配套的管道和阀门。水循环系统则主要包括活塞式储气液罐6和配套的管道与阀门。
活塞式气液转换罐通过活塞分隔成左侧的气体腔和右侧的液体腔，压缩空气储气罐1分别经进气阀V1、V2、V3与活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5的气体腔相连，活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5的液体腔分别经排液阀V4、V5、V6与水轮机2入口相连，水轮机2出口经单向阀6与活塞式储气液罐6的液体腔相连。
活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5的气体腔还分别经排气阀V7、V8、V9与活塞式储气液罐6的气体腔相连，活塞式储气液罐6的液体腔则分别经进液阀V10、V11、V12与活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5的液体腔相连。活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5、活塞式储气液罐6的气体腔还分别设置有泄压阀V13、V14、V15、V16。
本发明将原来的压缩空气透平改为水轮机2发电，发电机体积变小，发电效率高。活塞式气液转换罐一3、活塞式气液转换罐二4、活塞式气液转换罐三5依次处于出水状态、排气状态与进水状态，同时，利用处于排气状态的活塞式气液转换罐排出的气体驱动活塞式储气液罐6的液体进入到处于充水状态的活塞式气液转换罐的液体腔。
下面对本发明的工作过程进行说明：
当活塞式气液转换罐一3处于出水状态，活塞式气液转换罐二4完成排气后处于充水状态，活塞式气液转换罐三5处于排气状态时。
活塞式气液转换罐一3排水发电，进气阀V1、排液阀V4打开，排气阀V7、进液阀V10、泄压阀V13关闭，进气阀V1开启后，高压压缩空气进入到活塞式气液转换罐一3的左侧，推动移动式活塞向右移动，从而压缩活塞式气液转换罐一3右侧水升压，通过排液阀V4进入水轮机2发电，发电后的低压水经单向阀7进入到活塞式储气液罐6的液体腔存放。
活塞式气液转换罐二4充水，进液阀V11、泄压阀V14打开，进气阀V2、排液阀V5、排气阀V8关闭，泄压阀V14开启后，活塞式气液转换罐二4左侧剩余气体被排空，进液阀V11开启后，活塞式储气液罐6液体腔的低压水由进液阀V11进入活塞式气液转换罐二4右侧，移动式活塞向左移动，活塞式气液转换罐二4右侧充满水后，关闭进液阀V11、泄压阀V14，为下一个发电过程做好准备。
活塞式气液转换罐三5排气做功，排气阀V9打开，进气阀V3、排液阀V6、进液阀V12、泄压阀V15均关闭。排气过程的开始就是发电过程的结束，此时，罐内没有水，只有压缩空气。排气阀V9打开后，活塞式气液转换罐三5内的高压压缩空气通过排气阀V9充入活塞式储气液罐6的气体腔，将液体腔的低压水经进液阀V11充入到活塞式气液转换罐二4中。在活塞式气液转换罐二4充水完成后，打开活塞式气液转换罐三5的泄压阀V15，将活塞式储气液罐6气体腔的压缩空气放掉，为下一次充水做准备。
活塞式气液转换罐三5完成对活塞式气液转换罐二4的充水后，罐内压力降低，打开泄压阀V15，关闭排气阀V9，将剩余空气排空，进入充水状态，此时，活塞式气液转换罐一3完成发电过程进入排气过程，活塞式储气液罐6内的低压水将在来自活塞式气液转换罐一3的空气压力作用下进入活塞式气液转换罐三5，直到完成充水过程。在活塞式气液转换罐三5的充水过程中，活塞式气液转换罐二4处于发电状态，三个或以上的活塞式气液转换罐通过循环，持续将压缩空气的压力能转换为水的压力能利用水轮机2进行发电。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于压缩空气储能的高效发电装置，其特征在于：包括压缩空气储气罐、至少三个活塞式气液转换罐、水轮机和活塞式储气液罐；压缩空气储气罐分别经进气阀与三个活塞式气液转换罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔分别经排气阀与活塞式储气液罐的气体腔相连，三个活塞式气液转换罐的液体腔分别经排液阀与水轮机入口相连，水轮机出口经单向阀与活塞式储气液罐的液体腔相连，活塞式储气液罐的液体腔分别经进液阀与三个活塞式气液转换罐的液体腔相连，三个活塞式气液转换罐的气体腔还分别设置有泄压阀；所述的三个活塞式气液转换罐依次处于出水状态、排气状态与充水状态；其中，当活塞式气液转换罐处于出水状态时，其进气阀和排液阀打开而排气阀、进液阀和泄压阀均关闭；当活塞式气液转换罐处于充水状态时，其进液阀和泄压阀打开而进气阀、排液阀和排气阀均关闭，当活塞式气液转换罐处于排气状态时，其排气阀打开而进气阀、排液阀、进液阀和泄压阀均关闭；所述的处于排气状态的活塞式气液转换罐排出的气体用以驱动活塞式储气液罐的液体进入到处于充水状态的活塞式气液转换罐的液体腔。
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