CN114483421A - 抽水蓄能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及能源存储技术领域，公开了一种抽水蓄能系统及其控制方法；该抽水蓄能系统包括水源、储能容器、储能组件及多个释能组件；储能容器用于存储从水源抽取的水；储能组件用于将水从水源抽取至储能容器进行储能；多个释能组件用于将储能容器内存储的高压水进行释能，设于所述水源与所述储能容器之间，所述释能组件具有第一连接口和第二连接口，多个所述释能组件通过所述第一连接口和所述第二连接口依次串联连接，各个所述释能组件的所述第二连接口均连接至所述储能容器，从所述储能容器侧到所述水源侧，所述释能组件的功率依次减小。该抽水蓄能系统摆脱了传统水坝蓄能对于地形的要求。

Description

抽水蓄能系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及能源存储技术领域，具体而言，涉及一种抽水蓄能系统及抽水蓄能系统的控制方法。

背景技术

随着工业化进程的发展，二氧化碳排放激增，温室效应导致的气候变化形成了严重的威胁。储能技术是是未来能源领域的重点研究方向之一。

现有的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能等，抽水蓄能系统结构简单、效率高、无化学污染，是目前产业发展最为完善的储能技术，并且已经在世界范围内实现了商业应用。

然而，目前的抽水蓄能系统仍存在一些问题。例如，抽水蓄能系统对于地形存在高度差要求，需要筑坝构建上下游水库存储水，而大坝的构建会影响当地生态环境，需要综合生态环境等多方面因素进行考虑；此外，传统抽水蓄能系统往往规模庞大，存在投资成本高、回收期限长、灵活性较差等缺点。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术的地理条件的要求比较苛刻，应用场景受限等不足，提供一种抽水蓄能系统及抽水蓄能系统的控制方法，可摆脱传统抽水蓄能系统对于地形的要求和应用场景的限制，简化系统结构同时降低系统成本可进行工业化生产，同时降低成本。

根据本公开的一个方面，提供了一种抽水蓄能系统，包括：

水源；

储能容器，用于存储从所述水源抽取的水；

储能组件，用于将水从所述水源抽取至所述储能容器进行储能；

多个释能组件，用于将所述储能容器内存储的水进行释能，设于所述水源与所述储能容器之间，所述释能组件具有第一连接口和第二连接口，多个所述释能组件通过所述第一连接口和所述第二连接口依次串联连接，各个所述释能组件的所述第二连接口均连接至所述储能容器，从所述储能容器侧到所述水源侧，所述释能组件的功率依次减小。

在本公开的一种示例性实施例中，所述抽水蓄能系统还包括：

加压组件，连接于所述储能容器，所述加压组件用于给所述储能容器内加压。

在本公开的一种示例性实施例中，所述加压组件包括：

空气压缩机，用于将空气压缩且向所述储能容器内输入压缩空气。

在本公开的一种示例性实施例中，所述抽水蓄能系统还包括：

压力传感器，设于所述储能容器内，用于实时检测所述储能容器内的压力。

在本公开的一种示例性实施例中，所述储能组件设置为n个，n为不小于1的自然数，设于所述水源与所述储能容器之间，所述储能组件具有第三连接口和第四连接口。

在本公开的一种示例性实施例中，当n＝1时，所述储能组件通过所述第三连接口和所述水源连接，通过第四连接口和所述储能容器连接。

在本公开的一种示例性实施例中，当n≥2时，靠近水源一侧的储能组件通过所述第三连接口和所述水源连接，n个所述储能组件之间通过所述第三连接口和所述第四连接口依次串联连接，n个储能组件的所述第四连接口均连接至所述储能容器，从所述水源侧到所述储能容器侧，所述储能组件的功率依次增大。

在本公开的一种示例性实施例中，所述抽水蓄能系统包括泵作透平，一个所述泵作透平复用为一个所述储能组件和一个所述释能组件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述抽水蓄能系统包括电机组，所述电机组连接于所述泵作透平。

在本公开的一种示例性实施例中，与所述水源直接连接的所述储能组件与所述水源之间设置有调节阀，各个所述储能组件与所述储能容器之间均设置有调节阀，与所述水源直接连接的所述释能组件与所述水源之间设置有调节阀，各个所述释能组件与所述储能容器之间均设置有调节阀，相邻两个所述储能组件之间均设置有调节阀，相邻两个释能组件之间均设置有调节阀；所述抽水蓄能系统还包括：

控制器，电连接于多个所述储能组件、多个所述释能组件和多个所述调节阀，用于根据所述压力传感器的压力值控制多个所述储能组件、多个所述释能组件和多个所述调节阀。

在本公开的一种示例性实施例中，各个所述释能组件的所述第一连接口均连接至所述水源。

根据本公开的另一个方面，提供了一种抽水蓄能系统的控制方法，用于控制上述任意一项所述的抽水蓄能系统，所述控制方法包括储能阶段和释能阶段；

在所述储能阶段：

控制储能组件工作进行储能；

在所述释能阶段：

控制储能容器内的水流入功率最大的释能组件，且控制多个释能组件工作进行释能；

随着所述储能容器内的压力的减小，控制从所述储能容器侧开始依次停止所述释能组件的工作，且控制所述储能容器内的水流入工作的功率最大的所述释能组件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述释能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级释能组件、第二级释能组件和第三级释能组件；

随着所述储能容器内的压力的减小，控制从所述储能容器侧开始依次停止所述释能组件的工作，且控制所述储能容器内的水流入工作的功率最大的所述释能组件，包括：

先控制所述第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件均工作，水从储能容器内依次流入第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当第四设定值p4＜所述储能容器内的压力值≤第三设定值p3时，控制所述第二级释能组件和第一级释能组件均工作，水从储能容器内依次流入第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当所述储能容器内的压力值≤第四设定值p4时，控制所述第一级释能组件工作，水从储能容器内流入第一级释能组件进行释能，最后流至所述水源。

在本公开的一种示例性实施例中，所述储能组件设置为至少两个；

控制储能组件工作进行储能，包括：

控制直接连接所述水源的所述储能组件进行工作；

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述储能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件；

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器，包括：

先控制所述第一级储能组件工作，水从水源流入第一级储能组件进行加压进入所述储能容器；

当第二设定值p2＞所述储能容器内的压力值≥第一设定值p1时，控制所述第一级储能组件和第二级储能组件工作，水从水源依次流入第一级储能组件和第二级储能组件进行依次加压进入所述储能容器；

所述储能容器内的压力值≥第二设定值p2时，控制三级所述储能组件均工作，水从水源依次流入第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件进行依次加压进入至所述储能容器。

本公开的抽水蓄能系统及其控制方法，通过储能组件将水源的水抽取至储能容器进行储能，通过多个释能组件将储能容器内存储的水进行释能，多个释能组件串联连接于水源与储能容器之间，从水源侧到储能容器侧，释能组件的功率依次增大，各个释能组件的第二连接口均连接至储能容器。在释能阶段，储能容器内的水通过至少两个分阶段进行释能，且至少一个分阶段为通过多个功率依次减小的释能组件进行释能；即储能容器内的水首先流入工作的功率最大的释能组件，然后依次流入多个功率依次减小的释能组件进行释能，即通过功率较大的释能组件释能后，还能通过功率较小的释能组件进行释能，通过多阶段、多次释能；而且，该抽水蓄能系统规模较小、投资成本低、回收期限短、灵活性较好。采用压力容器作为储能容器，摆脱了传统水坝蓄能对于地形的要求，降低了系统投资成本；同时，本发明的第一设定值p1、第二设定值p2、第三设定值p3、第四设定值p4可根据不同用户需求进行确定，具有很强的灵活性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开抽水蓄能系统第一示例实施方式的结构示意图。

图2为本公开抽水蓄能系统第二示例实施方式的结构示意图。

图3为本公开抽水蓄能系统第三示例实施方式的结构示意图。

图4为本公开抽水蓄能系统第四示例实施方式的结构示意图。

图5为本公开抽水蓄能系统的控制方法的流程示意框图。

附图标记说明：

1、水源；2、储能容器；

31、第一泵作透平；32、第二泵作透平；33第三泵作透平；

41、第一双向调节阀；42、第二双向调节阀；43、第三双向调节阀； 44、第四双向调节阀；45、第五双向调节阀；46、第六双向调节阀；47、第七双向调节阀；48、第八双向调节阀；

51、第一水泵；52、第二水泵；53、第三水泵；

61、第一水轮机；62、第二水轮机；63、第三水轮机；

7、单向调节阀；701、第一单向调节阀；702、第二单向调节阀；703、第三单向调节阀；704、第四单向调节阀；705、第五单向调节阀；706、第六单向调节阀；707、第七单向调节阀；708、第八单向调节阀；709、第九单向调节阀；710、第十单向调节阀；711、第十一单向调节阀；712、第十二单向调节阀；

8、压力传感器；

9、加压组件；91、空气压缩机；92、驱动电机；93、加压阀；

101、第一电机组件；102、第二电机组件；103、第三电机组件；

11、气阀；

121、第一发电机；122、第二发电机；123、第三发电机。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/ 组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开示例实施方式提供了一种抽水蓄能系统，如图1-图4所示，该抽水蓄能系统可以包括水源1、储能容器2、储能组件以及多个释能组件；储能容器2可以用于存储从水源1抽取的水；储能组件可以用于将水从水源1抽取至储能容器2进行储能；多个释能组件可以用于将储能容器2内存储的水进行释能，释能组件具有第一连接口和第二连接口，设于所述水源与所述储能容器之间，多个释能组件通过所述第一连接口和所述第二连接口依次串联连接，从储能容器2侧到水源1侧，释能组件的功率依次减小，各个释能组件的第二连接口均连接至储能容器2，以使在释能阶段储能容器2内的水通过至少两个分阶段进行释能，且至少一个所述分阶段为通过多个功率依次减小的释能组件进行释能。

作为示例性说明，上述储能组件设置为n个，n为不小于1的自然数，设于所述水源1与所述储能容器2之间，所述储能组件具有第三连接口和第四连接口。

当n＝1时，参照图4，所述储能组件通过所述第三连接口和所述水源连接，通过第四连接口和所述储能容器连接。

当n≥2时，参照图1-3，靠近水源一侧的储能组件通过所述第三连接口和所述水源1连接，n个所述储能组件之间通过所述第三连接口和所述第四连接口依次串联连接，n个储能组件的所述第四连接口均连接至所述储能容器2，从所述水源1侧到所述储能容器2侧，所述储能组件的功率依次增大。

本公开的抽水蓄能系统及其控制方法，在释能阶段，储能容器2内的水通过至少两个分阶段进行释能，且至少一个分阶段为通过多个功率依次减小的释能组件进行释能；即储能容器内的水首先流入工作的功率最大的释能组件，然后依次流入多个功率依次减小的释能组件进行释能，即通过功率较大的释能组件释能后，还能通过功率较小的释能组件进行释能，通过多阶段、多次释能；而且，该抽水蓄能系统规模较小、投资成本低、回收期限短、灵活性较好。

在本示例实施方式中，水源1可以是居民小区的蓄水池内的水。储能容器2为密封设置，以保持储能容器2内具有一定的压力，储能容器 2用于存储从水源1抽取的水以进行储能。

下面通过四个示例实施方式对本公开的抽水蓄能系统进行详细说明。

参照图1所示，在本示例实施方式中，抽水蓄能系统可以包括泵作透平，一个泵作透平复用为一个储能组件和一个释能组件，即泵作透平即可以作为储能组件又可以作为释能组件。泵作透平正转时用作泵将水从水源1抽取至储能容器2进行储能。泵作透平反转时用作透平，从储能容器2流出的水经过泵作透平后输出机械功进行释能。

在本示例实施方式中，储能组件和释能组件均可以设置为三级，即设置有三个泵作透平，为了方便后续说明，将三个泵作透平称为第一泵作透平31、第二泵作透平32以及第三泵作透平33，且三个泵作透平均均有第一连接口和第二连接口。泵作透平的第一连接口就是释能组件的第一连接口，也是储能组件的第三连接口；泵作透平的第二连接口就是释能组件的第二连接口，也是储能组件的第四连接口。

三个泵作透平串联连接于水源1与储能容器2之间，即第一泵作透平31的第一连接口直接通过水管连接于水源1，且在该水管上设置有第一双向调节阀41；第二泵作透平32的第一连接口通过水管连接于第一泵作透平31的第二连接口，且在该水管上设置有第二双向调节阀42；第三泵作透平33的第一连接口通过水管连接于第二泵作透平32的第二连接口，且在该水管上设置有第三双向调节阀43；第三泵作透平33的第二连接口还直接通过水管连接于储能容器2，且在该水管上设置有第四双向调节阀44。另外，第一泵作透平31的第二连接口和第二泵作透平32的第二连接口均通过水管连接至储能容器2，在第一泵作透平31 与储能容器2之间的水管上设置有第五双向调节阀45，在第二泵作透平 32与储能容器2之间的水管上设置有第六双向调节阀46。

第三泵作透平33的功率大于第二泵作透平32的功率，第二泵作透平32的功率大于第一泵作透平31的功率。

在本示例实施方式中，储能组件可以包括电机组，释能组件也可以包括电机组，电机组连接于泵作透平。电机组可以设置为三个，分别为第一电机组件101、第二电机组件102和第三电机组件103；三个电机组与三个泵作透平一一对应的连接，与第一泵作透平31连接的是第一电机组件101，与第二泵作透平32连接的是第二电机组件102，与第三泵作透平33连接的是第三电机组件103。

在储能阶段，给电机组供电后，电机组带动连接的泵作透平抽取水源1的水将水压缩至储能容器2进行储能；在释能阶段，储能容器2内的水流出至泵作透平，推动泵作透平带动与其连接的电机组转动输出电力。

在本示例实施方式中，抽水蓄能系统还可以包括加压组件9，加压组件9连接于储能容器2，加压组件9用于给储能容器2内加压。具体地，加压组件9可以包括空气压缩机91，用于将空气压缩且向所述储能容器内输入压缩空气。在具体实施方式上，作为示例性说明，空气压缩机91可以搭配驱动电机92和加压阀93来实现向所述储能容器内输入压缩空气，驱动电机92的驱动轴连接于空气压缩机91，空气压缩机91的输出端通过管道连接至储能容器2，在该管道上设置有加压阀93；驱动电机92带动空气压缩机91运行将空气压缩，然后打开加压阀93，使空气压缩机91向储能容器2内输入压缩空气，从而使储能容器2内保持一定的压力。经过大量的实验，在抽水蓄能系统工作前，通过加压组件9 维持储能容器5内一定的空气压力，优选储能容器2内空气压力维持在 2MPa-4MPa，可选2MPa、3MPa、4MPa，能够让储能组件和释能组件在稳定的工况下工作。在空气压缩机91上连接有进气管，在进气管上设置有气阀11，打开气阀，空气可以通过进气管进入空气压缩机91。设置加压组件9，使得储能容器2与释能组件可以没有高度差，通过储能容器2 内的压力就可以将水压出至释能组件进行释能。使得该抽水蓄能系统不必受地形影响，不会影响当地生态环境，不需要综合生态环境等多方面因素进行考虑。

另外，在本公开的其他一些示例实施方式中，加压组件9也可以采用充气装置，通过充气装置向储能容器2内输入空气，同样能够使储能容器2内保持一定的压力。

在本示例实施方式中，抽水蓄能系统还可以包括压力传感器8，压力传感器8设于储能容器2内，用于实时检测储能容器2内空气的压力。

在本示例实施方式中，抽水蓄能系统还可以包括控制器，控制器电连接于多个储能组件、多个释能组件和多个调节阀，控制器用于根据压力传感器8的压力值控制多个储能组件、多个释能组件和多个调节阀。

具体地，控制器的输入端电连接于压力传感器8的输出端。控制器的多个输出端一一对应的电连接于第一电机组件101、第二电机组件 102、第三电机组件103、第一双向调节阀41、第二双向调节阀42、第三双向调节阀43、第四双向调节阀44、第五双向调节阀45、第六双向调节阀46和加压阀93。

控制器的控制过程在下面抽水蓄能系统的控制方法部分的进行详细描述。

抽水蓄能系统还可以包括供电组件，供电组件电连接于储能组件，供电组件为市电、光伏发电组件或风力发电机组。在使用市电时，可以在用电低谷时进行储能，在用电高峰时进行释能，实现了电力的移峰填谷以减小用电压力。使用光伏发电组件或风力发电机组可以将一些少量的能源进行累积使用，达到节能减排的目的。

参照图2所示的本公开抽水蓄能系统第二示例实施方式的结构示意图，该示例实施方式的结构与图1所示的第一示例实施方式结构的主要区别在于：各个储能组件的第三连接口均连接至水源1，各个释能组件的第一连接口均连接至水源1。储能组件和释能组件为泵作透平的情况下，第一泵作透平31、第二泵作透平32以及第三泵作透平33均连接至水源1，而且在第二泵作透平32与水源1连接的管道上设置有第七双向调节阀47，在第三泵作透平33与水源1连接的管道上设置有第八双向调节阀48；使得三个泵作透平形成串联和并联相结合的结构，在一个泵作透平损坏不能工作的情况下，另外两个也可以进行工作。例如，图1 所示的结构，在储能阶段，第二泵作透平32损坏后，只能通过第一泵作透平31进行储能，由于第三泵作透平33储能时必须通过第二泵作透平32，因此，第三泵作透平33也无法使用进行储能，但是第一泵作透平 31功率较低，储能较小；如此设置后(图2所示的结构)，在第二泵作透平32损坏的情况下，第三泵作透平33还可以进行工作储能，以提高储能量。

参照图3所示的本公开抽水蓄能系统第三示例实施方式的结构示意图，该示例实施方式的结构与图1所示的第一示例实施方式结构的主要区别在于：储能组件没有采用泵做透平，释能组件也没有采用泵做透平。储能组件可以包括水泵，水泵的进水口为第三连接口，水泵的出水口为第四连接口；释能组件可以包括水轮机和发电机，水轮机的进水口为释能组件的第二连接口，水轮机的出水口为释能组件的第一连接口。

下面还是以三级结构为例进行详细说明。

具体来讲，储能组件可以包括第一水泵51、第二水泵52和第三水泵53，第一水泵51的进水口连接于水源1，且两者之间的管道上设置有第一单向调节阀701；第一水泵51的出水口连接于第二水泵52的进水口，且两者之间的管道上设置有第二单向调节阀702；第二水泵52的出水口连接于第三水泵53的进水口，且两者之间的管道上设置有第三单向调节阀703；第三水泵53的出水口连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第四单向调节阀704。第一水泵51的出水口也连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第五单向调节阀705；第二水泵52的出水口也连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第六单向调节阀706。

释能组件可以包括第一水轮机61、第二水轮机62、第三水轮机63、第一发电机121、第二发电机122和第三发电机123。第一水轮机61的出水口连接于水源1，且两者之间的管道上设置有第七单向调节阀707；第一水轮机61的进水口连接于第二水轮机62的出水口，且两者之间的管道上设置有第八单向调节阀708；第二水轮机62的进水口连接于第三水轮机63的出水口，且两者之间的管道上设置有第九单向调节阀709；第三水轮机63的进水口连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第十单向调节阀710。第一水轮机61进水口也连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第十一单向调节阀711；第二水轮机62进水口也连接于储能容器2，且两者之间的管道上设置有第十二单向调节阀712。

需要说明的是，加压组件9和压力传感器8与第一示例实施方式中的结构相同，因此，此处不再赘述。

参照图4所示的本公开抽水蓄能系统第四示例实施方式的结构示意图，该示例实施方式的结构与图3所示的第三示例实施方式结构的主要区别在于：储能组件设置为一级结构，即仅设置一个水泵，该水泵可以采用第三水泵53，在第三水泵53与水源1之间设置一个单向调节阀7，即该水泵的功率可以与第三示例实施方式中的第三水泵53的功率相同，同样可以达到储能的作用。

需要说明的是，储能组件和释能组件的级数可以根据需要进行调节，例如可以设置成两级、四级或更多级，上述的三级结构只是举例说明。

进一步的，本公开示例实施方式提供了一种抽水蓄能系统的控制方法，用于控制上述任意一项所述的抽水蓄能系统，该控制方法可以包括储能阶段和释能阶段；

在所述储能阶段：

步骤S10，控制储能组件工作进行储能。

在释能阶段：

步骤S20，控制储能容器内的水流入功率最大的释能组件，且控制多个释能组件工作进行释能。

步骤S30，随着储能容器内的压力的减小，控制从储能容器侧开始依次停止释能组件的工作，且控制储能容器内的水流入工作的功率最大的释能组件。

作为示例性说明，释能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级释能组件、第二级释能组件和第三级释能组件；在所述释能阶段可替换为：

随着所述储能容器内的压力的减小，控制从所述储能容器侧开始依次停止所述释能组件的工作，且控制所述储能容器内的水流入工作的功率最大的所述释能组件，包括：

先控制所述第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件均工作，高压水从储能容器内依次流入第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当第四设定值p4＜所述储能容器内的压力值≤第三设定值p3时，控制所述第二级释能组件和第一级释能组件均工作，高压水从储能容器内依次流入第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当所述储能容器内的压力值≤第四设定值p4时，控制所述第一级释能组件工作，高压水从储能容器内流入第一级释能组件进行释能，最后流至所述水源。

作为示例性说明，当储能组件n≥2时，上述步骤S10可以替换为：

控制直接连接所述水源的所述储能组件进行工作；

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器。

作为示例性说明，当储能组件n为3，即储能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件；上述步骤S10可以替换为：

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器，包括：

先控制所述第一级储能组件工作，水从水源流入第一级储能组件进行加压进入所述储能容器；

当第二设定值p2大于所述储能容器内的压力值≥第一设定值p1时，控制所述第一级储能组件和第二级储能组件工作，水从水源依次流入第一级储能组件和第二级储能组件进行依次加压进入所述储能容器；

所述储能容器内的压力值≥第二设定值p2时，控制三级所述储能组件均工作，水从水源依次流入第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件进行依次加压进入至所述储能容器。

下面对上述控制方法进行详细说明。

在储能阶段之前，驱动电机92驱动空气压缩机91工作，压缩空气通过加压阀93进入储能容器2，维持储能容器2内一定的空气压力。

对于图1所示的抽水蓄能系统，处于用电低谷时，储能组件开始工作：控制器控制正向打开第一双向调节阀41及第五双向调节阀45，第一泵作透平31在第一电机组件101驱动下作为水泵工作，水源1内的水通过第一泵作透平31加压后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第一设定值p1时，第一泵作透平31无法满足储能需求，关闭第五双向调节阀45，正向打开第二双向调节阀42及第六双向调节阀46，第二泵作透平32在第二电机组件102驱动下作为水泵工作，第一泵作透平31出口的高压水经过第二双向调节阀42进入第二泵作透平32继续加压，随后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第二设定值p2时，第一泵作透平31及第二泵作透平32均无法满足储能需求，关闭第六双向调节阀46，正向打开第三双向调节阀43及第四双向调节阀44，第三泵作透平33在第三电机组件103驱动下作为水泵工作，第二泵作透平32出口的高压水经过第三双向调节阀43进入第三泵作透平33继续加压，随后进入储能容器2。当储能容器2内压力达到额定最大压力或用电低谷结束时，关闭所有调节阀及泵作透平，完成储能过程。

处于用电高峰时，释能组件开始工作：根据压力传感器8获取储能容器2内的压力值，储能容器2压力满足第三泵作透平33运行工况时，反向打开第四双向调节阀44、第三双向调节阀43、第二双向调节阀42 和第一双向调节阀41，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下依次流经第三泵作透平33(即第三级释能组件)、第二泵作透平32(即第二级释能组件)及第一泵作透平31(即第一级释能组件)，带动泵作透平反转作为水轮机工作，输出机械功带动第一电机组件101、第二电机组件102、第三电机组件103工作输出电力。最后经第一双向调节阀 41流入水源1。在这一分阶段，通过三个泵作透平进行释能。

随着释能过程进行，当第四设定值p4小于所述储能容器内的压力值≤第三设定值p3时，即储能容器2压力下降至不满足第三泵作透平33 工况时，关闭第四双向调节阀44及第三双向调节阀43，反向打开第六双向调节阀46，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下依次流经第二泵作透平32及第一泵作透平31，带动泵作透平反转作为水轮机工作，输出机械功带动第一电机组件101、第二电机组件102工作输出电力，最后经第一双向调节阀41流入水源1。在这一分阶段，通过两个泵作透平进行释能。

当储能容器2内的压力值≤第四设定值p4时，即储能容器2压力进一步下降至不满足第二泵作透平32运行工况时，关闭第六双向调节阀 46及第二双向调节阀42，反向打开第五双向调节阀45，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下流经第一泵作透平31，带动泵作透平反转作为水轮机工作输出机械功，带动第一电机组件101工作输出电力，最后经第一双向调节阀41流入水源1。当储能容器2内高压水完全流出或用电高峰结束时，关闭所有调节阀及泵作透平，完成释能过程。

在整个释能阶段，分三个分阶段进行释能，在每个分阶段有多个不同功率的泵作透平进行释能，高功率的泵作透平利用高压力的水完成释能后，还有低功率的泵作透平利用较低压力的水进行释能。

示例性说明：第三泵作透平33的功率最大，驱动第三泵作透平33 进行释能的压力最小大约需要4MPa，经过第三泵作透平3 3释能后，流出的水的水压大约为2.5MPa；第二泵作透平32的功率居中，驱动第二泵作透平32进行释能的压力最小大约需要2MPa，经过第二泵作透平32 释能后，流出的水的水压大约为1.5MPa；第一泵作透平31的功率最小，驱动第一泵作透平31进行释能的压力最小大约需要1.2MPa，经过第一泵作透平31释能后，流出的水的水压大约为0.1MPa(1标准大气压)。

因此，如果仅通过第三泵作透平33释能的话，从第三泵作透平33 输出的水还有一定的压力，这部分压力将被浪费；本公开将从第三泵作透平33输出的水还通过第二泵作透平32和第一泵作透平31释能，提高了释能效率。

而且，在储能容器2中的压力不满足第三泵作透平33时，直接通过第二泵作透平32和第一泵作透平31释能；在储能容器2中的压力不满足第二泵作透平32时，直接通过第一泵作透平31释能；使得储能容器 2中的压力得到充分的释放，进一步提高释能效率。

另外，如果仅设置功率较低的第三泵作透平33，虽然能够将储能容器2中的压力进行充分的释放，但是，储能容器2中的压力也只能达到第三泵作透平33所能提供的最大压力，不能达到更大的压力，当然也不能进行更多的释能；而且蓄能、释能之间较长。

再有，单极蓄能和释能都需要储能组件和释能组件工作在高负荷状态，从而使得储能组件和释能组件容易损坏，损坏后需要重新更换才能启动使用，而且系统的更换、启动需要时间较长，减低工作效率。本申请的抽水蓄能系统，鲁棒性比较好，在其中一级损坏的情况下，还可以正常运行，不会影响工作效率。

需要说明的是，上述数据只是举例说明，并不构成对本公开的限定，上述数据可以根据需要设置。

对于图2所示的抽水蓄能系统，其储能过程和释能过程与上述图1 所示的抽水蓄能系统的储能过程和释能过程相同，只是在第一泵作透平 31、第二泵作透平32或第三泵作透平33损坏不能工作时，有所不同。

在第一泵作透平31损坏无法工作时，可以避开第一泵作透平31进行储能和释能。

具体工作过程为：处于用电低谷时，储能组件开始工作：控制器控制正向打开第七双向调节阀47及第六双向调节阀46，第二泵作透平32 在第二电机组件102驱动下作为水泵工作，水源1内的水通过第二泵作透平32加压后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第二设定值p2时，第二泵作透平32无法满足储能需求，关闭第六双向调节阀46，正向打开第三双向调节阀43及第四双向调节阀 44，第三泵作透平33在第三电机组件103驱动下作为水泵工作，第二泵作透平32出口的高压水经过第三双向调节阀43进入第三泵作透平33 继续加压，随后进入储能容器2。当储能容器2内压力达到额定最大压力或用电低谷结束时，关闭所有调节阀及泵作透平，完成储能过程。

处于用电高峰时，释能组件开始工作：根据压力传感器8获取储能容器2内的压力值，储能容器2压力满足第三泵作透平33运行工况时，反向打开第四双向调节阀44、第三双向调节阀43和第七双向调节阀47，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下依次流经第三泵作透平33和第二泵作透平32，带动泵作透平反转作为水轮机工作输出机械功，带动第二电机组件102、第三电机组件103工作输出电力。最后经第七双向调节阀47流入水源1。

随着释能过程进行，当储能容器2内的压力值小于或等于第三设定值p3时，即储能容器2压力下降至不满足第三泵作透平33工况时，关闭第四双向调节阀44及第三双向调节阀43，反向打开第六双向调节阀 46，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下流经第二泵作透平 32，带动泵作透平反转作为水轮机工作输出机械功，带动第二电机组件 102工作输出电力，最后经第七双向调节阀47流入水源1。

在第二泵作透平32损坏无法工作时，可以避开第二泵作透平32进行储能和释能。

具体工作过程为：处于用电低谷时，储能组件开始工作：控制器控制正向打开第一双向调节阀41及第五双向调节阀45，第一泵作透平31 在第一电机组件101驱动下作为水泵工作，水源1内的水通过第一泵作透平31加压后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第一设定值p1时，第一泵作透平31无法满足储能需求，关闭第一双向调节阀41及第五双向调节阀45，正向打开第八双向调节阀 48及第四双向调节阀44，第三泵作透平33在第三电机组件103驱动下作为水泵工作，水源1内的水经过第八双向调节阀48进入第三泵作透平 33加压，随后进入储能容器2。当储能容器2内压力达到额定最大压力或用电低谷结束时，关闭所有调节阀及泵作透平，完成储能过程。

处于用电高峰时，释能组件开始工作：根据压力传感器8获取储能容器2内的压力值，储能容器2压力满足第三泵作透平33运行工况时，反向打开第四双向调节阀44和第八双向调节阀48，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下流经第三泵作透平33，带动泵作透平反转作为水轮机工作输出机械功，带动第三电机组件103工作输出电力。最后经第八双向调节阀48流入水源1。

随着释能过程进行，当储能容器2内的压力值小于或等于第三设定值p3时，即储能容器2压力下降至不满足第三泵作透平33工况时，关闭第四双向调节阀44及第八双向调节阀48，反向打开第一双向调节阀 41和第五双向调节阀45，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下流经第一泵作透平31，带动泵作透平反转作为水轮机工作输出机械功，带动第一电机组件101工作输出电力，最后经第一双向调节阀41 流入水源1。当储能容器2内高压水完全流出或用电高峰结束时，关闭所有调节阀及泵作透平，完成释能过程。

在第三泵作透平33损坏无法工作时，可以避开第三泵作透平33进行储能和释能。

具体的工作过程相比于第三泵作透平33没有损坏时的工作过程，只是少了第三泵作透平33的工作工程，即在储能阶段，第二泵作透平32 工作后即完成储能过程，在释能阶段，先直接通过第二泵作透平32和第一泵作透平31逐级释能，再直接通过第一泵作透平31一次释能，因此，此处不再赘述。

对于图3所示的抽水蓄能系统，其储能过程和释能过程与上述图1 所示的抽水蓄能系统的储能过程和释能过程的原理基本相同。

处于用电低谷时，储能组件开始工作：控制器控制打开第一单向调节阀701及第五单向调节阀705，第一水泵51在第一电机组(图中未示出)驱动下作为水泵工作，水源1内的水通过第一水泵51加压后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第一设定值p1时，第一水泵51无法满足储能需求，关闭第五单向调节阀705，打开第二单向调节阀702及第六单向调节阀706，第二水泵52在第二电机组(图中未示出)驱动下作为水泵工作，第一水泵51出口的高压水经过第二单向调节阀702进入第二水泵52继续加压，随后进入储能容器2。随着储能过程进行，当储能容器2内空气压力达到第二设定值p2时，第一水泵51及第二水泵52均无法满足储能需求，关闭第六单向调节阀 706，打开第三单向调节阀703及第四单向调节阀704，第三水泵53在第三电机组(图中未示出)驱动下作为水泵工作，第二水泵52出口的高压水经过第三单向调节阀703进入第三水泵53继续加压，随后进入储能容器2。当储能容器2内压力达到额定最大压力或用电低谷结束时，关闭所有调节阀及水泵，完成储能过程。

处于用电高峰时，释能组件开始工作：根据压力传感器8获取储能容器2内的压力值，储能容器2压力满足第三水轮机63运行工况时，打开第十单向调节阀710、第九单向调节阀709、第八单向调节阀708和第七单向调节阀707，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下依次流经第三水轮机63、第二水轮机62及第一水轮机61，带动水轮机转动工作，带动第一发电机121、第二发电机122、第三发电机123工作，输出电能。最后经第七单向调节阀707流入水源1。

随着释能过程进行，当第四设定值p4小于所述储能容器内的压力值≤第三设定值p3，即储能容器2压力下降至不满足第三水轮机63工况时，关闭第十单向调节阀710及第九单向调节阀709，打开第十二单向调节阀712，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下依次流经第二水轮机62及第一水轮机61，带动水轮机转动工作，带动第一发电机121、第二发电机122工作，输出电能，最后经第七单向调节阀707 流入水源1。

当所述储能容器内的压力值≤第四设定值p4，即储能容器2压力进一步下降至不满足第二水轮机62运行工况时，关闭第十二单向调节阀 712及第八单向调节阀708，打开第十一单向调节阀711，储能容器2中的高压水在空气压力及重力作用下流经第一水轮机61，带动水轮机转动工作，带动第一发电机121工作，输出电能，最后经第七单向调节阀707 流入水源1。当储能容器2内高压水完全流出或用电高峰结束时，关闭所有调节阀及水轮机，完成释能过程。

对于图4所示的抽水蓄能系统，其释能过程与图3所示的抽水蓄能系统的释能过程的相同，因此，此处不再赘述；不同之处在于储能过程。该示例实施方式中，仅设置有一个水泵仅通过一个水泵进行储能工作。

需要说明的是，上述双调节阀和单向调节阀一般处于常闭状态，在需要工作时控制打开，那么没有说明打开的双调节阀和单向调节阀都处于关闭状态。本发明的第一设定值p1、第二设定值p2、第三设定值p3、第四设定值p4可根据不同用户对抽水蓄能系统需求进行确定。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中抽水蓄能系统的控制方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (15)

1.一种抽水蓄能系统，其特征在于，包括：

水源；

储能容器，用于存储从所述水源抽取的水；

储能组件，用于将水从所述水源抽取至所述储能容器进行储能；

多个释能组件，用于将所述储能容器内存储的水进行释能，设于所述水源与所述储能容器之间，所述释能组件具有第一连接口和第二连接口，多个所述释能组件通过所述第一连接口和所述第二连接口依次串联连接，各个所述释能组件的所述第二连接口均连接至所述储能容器，从所述储能容器侧到所述水源侧，所述释能组件的功率依次减小。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统还包括：

加压组件，连接于所述储能容器，所述加压组件用于给所述储能容器内加压。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述加压组件包括：

空气压缩机，用于将空气压缩且向所述储能容器内输入压缩空气。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统还包括：

压力传感器，设于所述储能容器内，用于实时检测所述储能容器内的压力。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述储能组件设置为n个，n为不小于1的自然数，设于所述水源与所述储能容器之间，所述储能组件具有第三连接口和第四连接口。

6.根据权利要求5所述的抽水蓄能系统，其特征在于，当n＝1时，所述储能组件通过所述第三连接口和所述水源连接，通过第四连接口和所述储能容器连接。

7.根据权利要求5所述的抽水蓄能系统，其特征在于，当n≥2时，靠近水源一侧的储能组件通过所述第三连接口和所述水源连接，n个所述储能组件之间通过所述第三连接口和所述第四连接口依次串联连接，n个储能组件的所述第四连接口均连接至所述储能容器，从所述水源侧到所述储能容器侧，所述储能组件的功率依次增大。

8.根据权利要求7所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统包括泵作透平，一个所述泵作透平复用为一个所述储能组件和一个所述释能组件。

9.根据权利要求8所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统包括电机组，所述电机组连接于所述泵作透平。

10.根据权利要求7所述的抽水蓄能系统，其特征在于，与所述水源直接连接的所述储能组件与所述水源之间设置有调节阀，各个所述储能组件与所述储能容器之间均设置有调节阀，与所述水源直接连接的所述释能组件与所述水源之间设置有调节阀，各个所述释能组件与所述储能容器之间均设置有调节阀，相邻两个所述储能组件之间均设置有调节阀，相邻两个释能组件之间均设置有调节阀；所述抽水蓄能系统还包括：

控制器，电连接于多个所述储能组件、多个所述释能组件和多个所述调节阀，用于根据所述压力传感器的压力值控制多个所述储能组件、多个所述释能组件和多个所述调节阀。

11.根据权利要求7所述的抽水蓄能系统，其特征在于，各个所述释能组件的所述第一连接口均连接至所述水源。

12.一种抽水蓄能系统的控制方法，用于控制权利要求1～11任意一项所述的抽水蓄能系统，其特征在于，所述控制方法包括储能阶段和释能阶段；

在所述储能阶段：

控制储能组件工作进行储能；

在所述释能阶段：

控制储能容器内的水流入功率最大的释能组件，且控制多个释能组件工作进行释能；

随着所述储能容器内的压力的减小，控制从所述储能容器侧开始依次停止所述释能组件的工作，且控制所述储能容器内的水流入工作的功率最大的所述释能组件。

13.根据权利要求12所述的抽水蓄能系统的控制方法，其特征在于，所述释能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级释能组件、第二级释能组件和第三级释能组件；

随着所述储能容器内的压力的减小，控制从所述储能容器侧开始依次停止所述释能组件的工作，且控制所述储能容器内的水流入工作的功率最大的所述释能组件，包括：

先控制所述第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件均工作，水从储能容器内依次流入第三级释能组件、第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当第四设定值p4＜所述储能容器内的压力值≤第三设定值p3时，控制所述第二级释能组件和第一级释能组件均工作，水从储能容器内依次流入第二级释能组件和第一级释能组件进行依次释能，最后流至所述水源；

当所述储能容器内的压力值≤第四设定值p4时，控制所述第一级释能组件工作，水从储能容器内流入第一级释能组件进行释能，最后流至所述水源。

14.根据权利要求12所述的抽水蓄能系统的控制方法，其特征在于，所述储能组件设置为至少两个；

控制储能组件工作进行储能，包括：

控制直接连接所述水源的所述储能组件进行工作；

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器。

15.根据权利要求14所述的抽水蓄能系统的控制方法，其特征在于，所述储能组件设置为三级，从所述水源侧开始依次为第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件；

随着所述储能容器内的压力的增大，控制从所述水源侧开始依次开启所述储能组件的工作，且控制水从工作的功率最大的所述储能组件流至所述储能容器，包括：

先控制所述第一级储能组件工作，水从水源流入第一级储能组件进行加压进入所述储能容器；

当第二设定值p2＞所述储能容器内的压力值≥第一设定值p1时，控制所述第一级储能组件和第二级储能组件工作，水从水源依次流入第一级储能组件和第二级储能组件进行依次加压进入所述储能容器；

所述储能容器内的压力值≥第二设定值p2时，控制三级所述储能组件均工作，水从水源依次流入第一级储能组件、第二级储能组件和第三级储能组件进行依次加压进入至所述储能容器。

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