CN114718690B - 一种重力压缩空气储能系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种重力压缩空气储能系统，包括竖井、一级重力块和多个导轨，竖井中活动插接有承压筒，承压筒的顶端设置有锁定组件，以使承压筒在最低限位时通过锁定组件支撑在竖井顶部的地面上；一级重力块设置在锁定组件上方，一级重力块与锁定组件之间设置有球形连接组件，一级重力块与锁定组件之间通过球形连接组件进行球形连接，一级重力块周侧设置有多个导向组件；多个导轨设置在地面上，多个导轨设置在一级重力块周侧，导轨与导向组件配合，以通过多个导轨对一级重力块进行限位通过将重力分为地上部分和地下部分，可以通过地上部分增大储气所需重力块的重量，减小了竖井的高度，大大减少竖井的开挖工程量和工程难度。

Description

一种重力压缩空气储能系统
技术领域
本申请涉及电能存储技术领域，尤其涉及一种重力压缩空气储能系统。
背景技术
重力压缩空气储能是通过在竖井中设置重力块，重力块与竖井之间通过密封膜密封连接，位于重力块下方的竖井中形成密封的储气腔，用于高压气体的存储，通过将空气进行压缩后通入储气腔中将压缩空气的能量部分转化为重力块的重力势能进行存储，但是存储量较大时，需要较大重量的重力块，直接通过调节重力块的高度增大重力块的重量时，重力块高度太大会增大施工难度。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种重力压缩空气储能系统，通过将重力分为地上部分和地下部分，可以通过地上部分增大储气所需重力块的重量，减小了竖井的高度，大大减少竖井的开挖工程量和工程难度，并且通过设置导轨对地上部分进行限位不会偏移，同时地上部分和地下部分之间通过球形连接，通过球形连接起到调心作用，以适应地下部分承压筒的姿态变化，无需对承压筒另外进行限位导向。降低地面系统的复杂程度。
为达到上述目的，本申请提出的一种重力压缩空气储能系统，包括：
竖井，所述竖井中活动插接有承压筒，所述承压筒外壁与所述竖井内壁之间通过密封组件密封连接，所述承压筒的顶端设置有锁定组件，以使所述承压筒在最低限位时通过所述锁定组件支撑在所述竖井顶部的地面上；
一级重力块，所述一级重力块设置在所述锁定组件上方，所述一级重力块与所述锁定组件之间设置有球形连接组件，所述一级重力块与所述锁定组件之间通过所述球形连接组件进行球形连接，所述一级重力块周侧设置有多个导向组件；
多个导轨，多个所述导轨设置在所述地面上，多个所述导轨设置在所述一级重力块周侧，所述导轨与所述导向组件配合，以通过多个所述导轨对所述一级重力块进行限位。
进一步地，所述球形连接组件包括：
球形支撑座，所述球形支撑座设置在所述一级重力块底部，所述球形支撑座的底部设置有内球面槽；
球形过渡支撑块，所述球形过渡支撑块设置在所述锁定组件上，所述球形过渡支撑块的表面为外球面结构，所述外球面结构与内球面槽相适配。
进一步地，还包括承压过渡底座，所述承压过渡底座设置在所述一级重力块和所述球形支撑座之间，用于连接所述一级重力块和所述球形支撑座。
进一步地，还包括圆环锁定平台，所述圆环锁定平台设置在所述球形支撑座的底部边侧，以通过所述圆环锁定平台支撑在所述地面上时，所述球形过渡支撑块和所述锁定组件位于所述圆环锁定平台内。
进一步地，所述一级重力块设置有多个，所述球形支撑座设置在最底层的一个所述一级重力块上；
多个所述一级重力块之间通过连接件连接，多个导向组件设置在最顶侧的一个所述一级重力块的边侧以及所述球形支撑座的边侧。
进一步地，所述地面上设置有地面锁定平台，所述圆环锁定平台和所述锁定组件支撑在所述地面锁定平台上。
进一步地，所述承压筒内填充有多个二级重力块。
进一步地，所述承压筒内壁设置有沿轴向方向的定位条，所述定位条的侧壁开有沿轴向方向的定位导槽，所述二级重力块的侧壁上设置有与所述定位导槽配合的定位滑块
进一步地，所述承压筒内壁上沿轴向方向设置有多个支撑环，多个所述支撑环与所述承压筒同轴心设置。
进一步地，所述竖井的内壁固定有钢衬，所述承压筒为由钢板围成的筒状结构，所述密封组件连接在所述钢衬内壁和所述承压筒外壁上；
所述承压筒的底部为锥形结构。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种重力压缩空气储能系统的结构局部示意图；
图2是本申请图1的局部结构示意图；
图中，1、竖井；101、钢衬；2、一级重力块；3、导轨；4、承压筒；401、锁定组件；402、定位条；403、支撑环；404、二级重力块；5、密封组件；6、储气腔；7、球形支撑座；701、内球面槽；8、球形过渡支撑块；801、外球面结构；9、承压过渡底座；91、支撑板；92、加劲肋；10、圆环锁定平台；11、地面锁定平台。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种重力压缩空气储能系统的结构示意图。
参见图1，一种重力压缩空气储能系统，包括竖井1、一级重力块2和多个导轨3，竖井1中活动插接有承压筒4，承压筒4外壁与竖井1内壁之间通过密封组件5密封连接，使得承压筒4、密封组件5以及竖井1位于密封组件5下方的空间中间围成储气腔6，承压筒4的顶端设置有锁定组件401，以使承压筒4在最低限位时通过锁定组件401支撑在竖井1顶部的地面上，通过地面对锁定组件401的支撑作用，使得承压筒4向下移动至锁定组件401支撑在地面上时，承压筒4位于最低限位，此时储气腔6中有一定空间，能够保障向其中通入足够量的压缩空气时能够将承压筒4向上顶起，另外，锁定组件401可以为锁定用法兰盘，锁定用法兰盘的外径大于承压筒4内径。
为了能够增大作用于储气腔6的重力，还可以在锁定组件401的上方设置一级重力块2，通过一级重力块2和承压筒4一起向储气腔6施加压力，使得储气腔6中更多的压缩空气能部分转化为重力势能，实现更多能量的存储，并且通过将一级重力块2直接设置在锁定组件401顶部，也就是位于地面外部，在实现大能量存储时，无需将所有重力块都集中在竖井1中，可以减少竖井1的高度，大大减少竖井1的开挖工程量和工程难度。
另外，一级重力块2与锁定组件401之间设置有球形连接组件，一级重力块2与锁定组件401之间通过球形连接组件进行球形连接，一级重力块2周侧设置有多个导向组件，多个导轨3设置在地面上，具体来说，可以在地面上设置多个井塔，在多个井塔上设置导轨3，多个导轨3设置在一级重力块2周侧，导轨3与导向组件配合，以通过多个导轨3对一级重力块2进行限位，通过导轨3与导向组件的配合能够保障一级重力块2在上下移动过程中不会偏移，并且由于一级重力块2与锁定组件401之间采用球形连接，使得承压筒4向上下移动过程中当承压筒4发生偏斜时，通过球形连接起到调心作用，以适应承压筒4的姿态变化，不会对上方的一级重力块2施加偏向作用力，导致一级重力块2对导轨3有较大作用力，使得导轨3可能会变形伸至一级重力块2坍塌。
需要详细说明的是，一级重力块2与锁定组件401设置的球形连接组件的结构设置可以有多种。
作为一种可能的结构设置，球形连接组件包括在一级重力块2底部设置的球形支撑座7以及锁定组件401上设置的球形过渡支撑块8，球形支撑座7的底部设置有内球面槽701，球形过渡支撑块8的表面为外球面结构801，外球面结构801与内球面槽701相适配，实现一级重力块2与锁定组件401之间的球形连接，通过外球面结构801和内球面槽701之间的球面贴合，在承压筒发生偏斜时，通过外球面结构801与内球面槽701两者的球面起到调心作用。
另外，还包括承压过渡底座9，承压过渡底座9设置在一级重力块2和球形支撑座7之间，用于连接一级重力块2和球形支撑座7，承压过渡底座9包括平行设置的两个支撑板91和连接在两个支撑板之间的多个加劲肋92，两个支撑板91分别与一级重力块2和球形支撑座7相接，通过设置承压过渡底座9能够缓冲一级重力块2对球形支撑座7的压力，避免对球形支撑座7产生破坏。
在一些实施例中，还包括圆环锁定平台10，圆环锁定平台10设置在球形支撑座7的底部边侧，以通过圆环锁定平台10支撑在地面上时，球形过渡支撑块8和锁定组件401位于圆环锁定平台10内，使得吊装安装后，一级重力块2、球形支撑座7和承压过渡底座9通过圆环锁定平台10支撑在地面上，然后球形过渡支撑块8和锁定组件401位于圆环锁定平台10内部，球形过渡支撑块8支撑在锁定组件401上，球形过渡支撑块8和球形支撑座7处于分离的状态，两者之间有间隙，此时，外球面结构801与内球面槽701两者不贴合，当承压筒4向上移动带动球形过渡支撑块8向上移动时，外球面结构801与内球面槽701两者贴合后向上将一级重力块2、球形支撑座7和承压过渡底座9一起顶起，通过圆环锁定平台10的设置不仅能够实现对地上重力部分的支撑作用，避免了地上重力部分直接将重力作用于锁定组件401，并且还能够实现对球形过渡支撑块8的限位，使得承压筒4偏移时，此时外球面结构801与内球面槽701相接的球面会偏移的程度不会太大。另外，在安装时，先将承压筒4吊装到竖井1中，承压筒4通过顶部的锁定组件401支撑在竖井1顶部的地面上，然后在锁定组件401上安装球形过渡支撑块8，然后将圆环锁定平台10吊装至地面指定位置后，使得锁定组件401和球形过渡支撑块8位于圆环锁定平台10内部，然后将球形支撑座7安装在圆环锁定平台10上，并且保障内球面槽701朝向设置，接着在球形支撑座7上安装承压过渡底座9，然后将一级重力块2安装在承压过渡底座9上，通过圆环锁定平台10的设置能够保障安装时地面上各部件的稳定。
详细来说，储气腔6连接空气压缩机组和空气膨胀机组，储气时，富余电力通过电动机带动空气压缩机组对气体做功将得到的压缩空气通入储气腔6中，储气腔6中压缩空气的压力推动承压筒4向上移动，承压筒4向上移动至外球面结构801与内球面槽701两者贴合随着压缩空气的压力继续提高，提高到一定程度后承压筒4继续向上移动带动一级重力块2、球形支撑座7和承压过渡底座9一起向上移动，实现压缩空气势能部分转化为重力势能，球形支撑座7、球形过渡支撑块8和承压过渡底座9三者本身具有较大的重量，也能够提供部分重力；在释能时，储气腔6中的压缩空气通入空气膨胀机组中做功发电，承压筒4和地上部分的部件一起向下移动，直到圆环锁定平台10与地面接触后，锁定组件401也向下移动与地面接触，实现对承压筒4的限位，使得承压筒4也不会向下移动。
在一些实施例中，一级重力块2设置有多个，球形支撑座7设置在最底层的一个一级重力块2上，通过设置多个一级重力块2可以在增大重力的同时，通过多个一级重力块2进行重力的分散，使得增大储能并且还吊装方便，在多个一级重力块2安装时，多个一级重力块2之间可以通过连接件连接，例如，通过螺栓连接，块与块之间要调整好水平度，这样就可以通过将多个导向组件设置在最顶侧的一个一级重力块2的边侧以及球形支撑座7的边侧，由于多个一级重力块2与球形过渡支撑块8、承压过渡底座9和圆环锁定平台10均连接形成地上重力部件，只需要在最顶侧的一个一级重力块2的边侧设置导向组件以及在球形支撑座7的边侧设置导向组件，使得整个地上重力部件的顶部和底部均能够通过导轨进行导向，并且减少了导向组件的使用量，安装方便，另外，通过导向组件的导向作用，能够保障多个一级重力块2、球形过渡支撑块8、承压过渡底座9和圆环锁定平台10的重心保持一致，均在承压筒4的轴线上，同时承压筒4的重心也在该轴线上，有效防止移动过程中重心的偏移。
在一些实施例中，地面上设置有地面锁定平台11，圆环锁定平台10和锁定组件401支撑在地面锁定平台11上，其中地面锁定平台11可以为钢板预埋，地面锁定平台11上表面要加工，水平度调正好后灌浆处理，保证地面锁定平台11的水平精度，并且要确保地面锁定平台11的锁定承载力。
在一些实施例中，为了充分利用承压筒4中的空间，在承压筒4内填充有多个二级重力块404，不仅能节省空间，并且能提高作用于储气腔6中的重力，同时将承压筒4做成筒状结构，然后填充二级重力块404，降低了单次吊装的重量，降低了吊装难度。
另外，承压筒4内壁设置有沿轴向方向的定位条402，定位条的侧壁开有沿轴向方向的定位导槽，二级重力块404的侧壁上设置有与定位导槽配合的定位滑块，通过定位导槽的设置能够保障多个二级重力块404的重心保持一致，与承压筒4的重心一同均在承压筒4的轴线上，进而能够保障整个承压筒4的重心在轴线上，保障其上下移动过程中由于定位导槽的限位作用重心不会偏移，也不会由于重心偏移造成承压筒4的偏移。
在一些实施例中，承压筒4内壁上沿轴向方向设置有多个支撑环403，多个支撑环403与承压筒4同轴心设置，定位条402设置在支撑环403上，由于承压筒4位筒状空心结构，通过多个支撑环403的作用，能够提高承压筒4的性能强度。
在一些实施例中，竖井1的内壁固定有钢衬101，承压筒4为由钢板围成的圆筒状结构，密封组件5连接在钢衬101内壁和承压筒4外壁上，通过设置钢衬101能够保障竖井1内壁为光滑壁面，并且由于承压筒4也是由钢板围成的筒状结构，也是光滑的外壁面结构，进而实现密封组件5固定在钢衬101上和承压筒4上时，能够提高密封性能，且便于密封组件5的安装，同时由于储气腔6中储能压力较大约为10Mpa，而重力块一般都是用混凝土制备，在高压空气作用下会出现漏气的情况，通过设置承压筒4包覆在多个二级重力块404外部，能够提高气密性，防止漏气。另外，将地上重力部件设置在地面上，降低了竖井1的高度时，此时能够便于钢衬101的施工安装，密封组件5的结构为现有结构，此处不再详细赘述。
另外，承压筒4的底部可以设置为锥形结构，使承压筒4底部在高压环境下受力更均匀，不产生变形。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种重力压缩空气储能系统，其特征在于，包括：
竖井，所述竖井中活动插接有承压筒，所述承压筒外壁与所述竖井内壁之间通过密封组件密封连接，所述承压筒的顶端设置有锁定组件，以使所述承压筒在最低限位时通过所述锁定组件支撑在所述竖井顶部的地面上；
一级重力块，所述一级重力块设置在所述锁定组件上方，所述一级重力块与所述锁定组件之间设置有球形连接组件，所述一级重力块与所述锁定组件之间通过所述球形连接组件进行球形连接，所述球形连接组件包括球形支撑座和球形过渡支撑块，所述球形支撑座设置在所述一级重力块底部，所述球形支撑座的底部设置有内球面槽；所述球形过渡支撑块设置在所述锁定组件上，所述球形过渡支撑块的表面为外球面结构，所述外球面结构与内球面槽相适配；
圆环锁定平台，所述圆环锁定平台设置在所述球形支撑座的底部边侧，以通过所述圆环锁定平台支撑在所述地面上时，所述球形过渡支撑块和所述锁定组件位于所述圆环锁定平台内，吊装安装后，球形过渡支撑块和球形支撑座处于分离的状态，两者之间有间隙；
多个导轨，多个所述导轨设置在所述地面上，所述一级重力块周侧设置有多个导向组件，多个所述导轨设置在所述一级重力块周侧，所述导轨与所述导向组件配合，以通过多个所述导轨对所述一级重力块进行限位。
2.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，还包括承压过渡底座，所述承压过渡底座设置在所述一级重力块和所述球形支撑座之间，用于连接所述一级重力块和所述球形支撑座。
3.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述一级重力块设置有多个，所述球形支撑座设置在最底层的一个所述一级重力块下；
多个所述一级重力块之间通过连接件连接，多个导向组件设置在最顶侧的一个所述一级重力块的边侧以及所述球形支撑座的边侧。
4.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述地面上设置有地面锁定平台，所述圆环锁定平台和所述锁定组件支撑在所述地面锁定平台上。
5.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述承压筒内填充有多个二级重力块。
6.如权利要求5所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述承压筒内壁设置有沿轴向方向的定位条，所述定位条的侧壁开有沿轴向方向的定位导槽，所述二级重力块的侧壁上设置有与所述定位导槽配合的定位滑块。
7.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述承压筒内壁上沿轴向方向设置有多个支撑环，多个所述支撑环与所述承压筒同轴心设置。
8.如权利要求1所述的重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述竖井的内壁固定有钢衬，所述承压筒为由钢板围成的筒状结构，所述密封组件连接在所述钢衬内壁和所述承压筒外壁上；
所述承压筒的底部为锥形结构。
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