CN114962976B - 一种通用压缩空气储能柔性储罐装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，本装置用于压缩空气储能系统，设置于压缩空气储能充气系统末端，包含钢壳、悬吊支架、拉索、中间支承件、柔性气囊、液压油、切断阀门。本发明采用气体分储技术可以降低高压储气罐制造难度，减少压缩空气储能项目选址难度及对矿洞储气的依赖性。压缩空气储能柔性储罐装置可用于地下、半地下及地上等工程环境中的高压压缩空气储存，亦可根据压缩空气储能装机规模需求，调整柔性储罐装置的数量，提高了压缩空气储能项目装机规模和选址的灵活性。此外，本发明制造容易，成本低，实用性强，有很好的经济效益和推广价值。

Description

一种通用压缩空气储能柔性储罐装置

技术领域

本发明涉及压缩空气储能系统技术领域，具体为一种通用压缩空气储能柔性储罐装置。

背景技术

随着太阳能、风能装机规模飞速发展，受太阳能和风能等清洁能源不稳定性和随机性影响，电网对大规模储能的需求越来越大，要求也越来越高。电网专家认为“抽水蓄能、压缩空气储能和电池储能是大规模发展储能技术的首选”。压缩空气储能作为一种可以实现大容量和长时间电能存储的储能系统，将低谷、风能、太阳能等不容易储藏的电力用于压缩空气储能系统，将压缩后的高压空气密封在储气设备中，在需要时释放转化为电能。压缩空气储能具有装机容量大、站址布局灵活、建设周期短、环境友好、具有交流同步发电机特性等优势，是可以与抽水蓄能相媲美的新型储能技术。在我国广泛不具备设备抽水蓄能电站自然条件的一些地区，及远离消费中心的大型风电场和太阳能发电厂，压缩空气储能优势尤为突出。在新型电力系统中，压缩空气储能电站扮演调峰、调频、提供转动惯量和旋转备用的重要角色。

制约压缩空气储能技术发展的瓶颈之一就是高压压缩空气储存，钢制高压储罐设计制造难度大，难以做到单罐大容量储存，且存在较大的安全风险。虽然开发了矿洞压缩空气储能技术，但矿洞储气也有诸多限制。首先，矿洞必须具备足够的气密性，否则储存的压缩空气容易被释放，其次，矿洞中的岩壁必须有足够的强度，可以抵抗较大的气压，不能因为压力增大而产生裂缝，甚至坍塌。此外，无矿洞地区压缩空气储能项目很难规模化发展。因此，解决高压压缩空气储存问题是压缩空气储能技术推广的关键措施之一。

发明内容

本发明的目的是为解决压缩空气储能中储气选址难、矿洞改造维护费用高这一弊病，而提供一种储气容量大、不依赖矿洞、安全可靠的通用压缩空气储能柔性储罐装置，其结构简单，制造容易，适应高压压缩空气储存，利用场景更广泛。为此，本发明采用以下技术方案：

一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于包括压缩空气储能柔性储罐、汇总管、汇总管侧压力表、柔性气囊切断阀和柔性气囊侧压力表；所述汇总管设置储罐进口总关断阀；所述压缩空气储能柔性储罐内包含能独立充放气的多组柔性气囊，各组柔性气囊单独配置通气支管，通气支管上设置所述柔性气囊切断阀，各组柔性气囊通过其通气支管和汇总管连通，并可由其通气支管上的柔性气囊切断阀控制输气和排气，每组柔性气囊的数量为一个或多个；

压缩空气储能柔性储罐包括钢壳，钢壳内设置所述多个柔性气囊，钢壳内顶部和中间分别设置悬挂组件和限位组件；所述柔性气囊被悬挂在钢壳上部，并一直延伸到钢壳的下部，所述柔性气囊的中部被所述限位组件所限位，所述柔性气囊的下端通过通气支管和汇总管连通。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或者对这些进一步的技术方案组合使用：

所述储罐进口总关断阀包括储罐进口切断阀和储罐进口快切阀，汇总管上还设置过滤器，储罐进口切断阀和储罐进口快切阀位于过滤器之前，汇总管侧压力表位于过滤器之后，储罐进口切断阀位于储罐进口快切阀之前。

所述柔性气囊材质为IIR丁基橡胶；所述柔性气囊的形状配置为在充足气后呈柱状。

所述悬挂组件包括悬吊支架和拉索，其中，悬吊支架固定在钢壳上部，所述悬挂支架包括支架本体和各个柔性气囊的挂钩，拉索下端和柔性气囊上端连接，上端和悬吊支架的挂钩连接。

所述限位组件沿钢壳的高度方向设置多层，所述限位组件包括气囊限位件，气囊限位件采用孔板结构，对应柔性气囊的分布设置多个限位孔，所述柔性气囊从限位孔穿过。

在所述限位组件还包括在限位孔周围设置的挂钩，通过与挂钩连接的弹性拉索吊住气囊。

所述钢壳内充装液压油，所述柔性气囊浸在液压油中。

所述钢壳顶部设有排气阀。

汇总管位于述压缩空气储能柔性储罐的下方，汇总管及与柔性气囊相连的通气管路上的所有阀门均设置于钢壳底侧外部；所述柔性气囊切断阀与柔性气囊压力表连锁，各通气支管配置其柔性气囊压力表，柔性气囊切断阀的关闭根据柔性气囊压力表输出的信号控制，确保柔性气囊安全性。

采用汇总管给各柔性气囊供、放气；所述汇总管呈多环形形状。

单个钢构高压储气罐受设计和制造工艺影响，储存容量很难达到几百立方。本装置采用气体分流储存法，将高压压缩空气储存于多组柔性气囊中。柔性气囊材质为IIR丁基橡胶，设计承压可达到为12.5MPa，单个柔性气囊设计容量可达到储气容量为2.5m³。IIR丁基橡胶由异丁烯和少量异戊二烯合成，气密性能优异，且能耐冷热、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，并有吸震、电绝缘性能。多组柔性气囊共用一套钢壳，钢壳内顶部和中间均分别设置了支撑组件和限位组件，将柔性气囊可形变地固定于钢壳内部。钢壳内充装有低温抗磨液压油，充分润滑柔性气囊外表面，并对充气后的柔性气囊起到稳定加固作用，提高柔性气囊使用寿命。即使单个气囊破损，气囊底部的柔性气囊关断阀可关闭，泄露至钢壳内的气体扩容后，通过钢壳顶部的放气阀释放至空气中。

本发明可用于压缩空气储能项目储存高压压缩空气系统。本发明采用气体分流储存法，相比于行业内通用的高压储气罐和矿洞储气，本发明装置安全可靠，整体造价低，应用场景广，适应储气装机规模多组联合工作，对场地无特殊要求。本发明的压缩空气储能柔性储罐装置可用于地下、半地下及地上等储能环境，亦可根据压缩空气储能装机规模需求，调整柔性储罐装置的数量，提高了压缩空气储能项目储气系统装机规模和选址灵活性，降低了压缩空气储能对矿洞储气的依赖性以及高压大容量储罐设计制造难题。

附图说明

图1是本发明一种压缩空气储能柔性储罐的结构示意图。

图2是本发明采用图1所示柔性储罐的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置实施例的系统图。

图3是图1所示实施例中的柔性气囊的悬挂安装示意图。

图4是图1所示实施例中的气囊限位件与柔性气囊的配合示意图。

图5是图1所示实施例中的汇气总管的布置示意图。

具体实施方式

参照附图1-5，本发明提供的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，包括压缩空气储能柔性储罐、储罐进口切断阀1、储罐进口快切阀2、过滤器3、汇总管侧压力表4、柔性气囊切断阀5、柔性气囊侧压力表6和汇总管8。所述压缩空气储能柔性储罐内包含多个柔性气囊74，各柔性气囊74单独配置有通气支管81，通气支管81上设置柔性气囊切断阀5，各柔性气囊74通过其通气支管81和汇总管8连通，并可由其通气支管81上的柔性气囊切断阀5控制输气和排气，所述柔性气囊侧压力表6设置在通气支路81上。

储罐进口切断阀1、储罐进口快切阀2、过滤器3和汇总管侧压力表4设置在汇总管8上，储罐进口切断阀1和储罐进口快切阀2位于过滤器3之前，汇总管侧压力表4位于过滤器3之后，储罐进口切断阀1位于储罐进口快切阀2之前，储罐进口快切阀2可采用电动速关结构，相比与储罐进口切断阀1，快切阀2可以在0.5s内实现快速关闭系统，确保系统的安全性。

压缩空气储能柔性储罐包括钢壳71，钢壳71内设置所述多个柔性气囊74。本发明柔性气囊74外部统一设置总的钢壳71，钢壳内顶部和中间均设置了悬挂组件和限位组件，保护柔性气囊固定于钢壳中，解决了以往的安全风险问题，同时也能降低设备成本和简化安装。

所述钢壳71可以是呈圆柱状的塔型壳体，其顶部呈球冠形。

各柔性气囊之间是相互独立，单独控制，也可按组来划分。每个组包括若干柔性气囊，组与组之间相互独立，单独控制，每组的柔性气囊的数量可以是一个或多个，不同组之间的柔性气囊的数量也可以是不相同，也即不同组的储气量是不同的，以根据需要进行储气和放气并减少操作量。本发明的柔性储罐可根据储气容量调整柔性气囊数量，从而能够比较容易地调整柔性储罐的容量。所述柔性气囊74的形状适配为在充足气后呈柱状，比如圆柱形，所述柔性气囊材质为IIR丁基橡胶，具有良好的气密性，使用寿命长。本实施例中，柔性气囊设计承压为12.5MPa，单个柔性气囊设计储气容量为2.5m³。钢壳设计承压为1.0MPa。

柔性气囊74通过悬吊支架72、拉索73被悬挂在钢壳71上部，并一直延伸到钢壳71的下部。其中，悬吊支架72固定在钢壳71上部，所述悬挂支架72包括支架本体和支架上的各个柔性气囊的挂钩，拉索73下端和柔性气囊74上端连接，上端和悬吊支架72的挂钩连接。

气囊限位件75沿钢壳的高度方向设置多个，比如，所述钢壳中部每隔3～4米设有一层气囊限位件；气囊限位件75采用孔板结构，对应柔性气囊的分布设置多个限位孔751，限位孔751的直径和柔性气囊74充气后的柱体直径向适配，所述柔性气囊74从限位孔751穿过。如需要，还可在孔周围设置挂钩，通过弹性拉索752吊住气囊，确保气囊充装前、后稳定性。

进一步地，为提高柔性气囊储存稳定性和可靠性，所述钢壳内置低温抗磨液压油76可充分润滑柔性气囊外表面，并对充气后的柔性气囊起到稳定加固作用，提高柔性气囊使用寿命，所述液压油的加注量，以气囊全部充气时，高度基本淹没气囊为限，一般大约为钢壳容积的20%，液压油凝固点不高于-60℃，所述液压油76可采用HS46超低温抗磨液压油，本发明钢壳内充装有壳内体积容量20%的低温抗磨液压油，可充分润滑柔性气囊外表面，并对充气后的柔性气囊起到稳定加固作用，提高柔性气囊使用寿命。

钢壳71的顶部还设置放气阀77。即使单个气囊破损，气囊底部关断阀5可关闭，泄露至钢壳71内的气体扩容后，通过钢壳顶部的放气阀释放至空气中。

本发明中，汇总管8位于述压缩空气储能柔性储罐的下方，柔性气囊74的下端通过通气支管81和汇总管8相连，本发明每个（每组）柔性气囊单独设置切断阀5，汇总管8及与柔性气囊相连的通气管路上的所有阀门均设置于钢壳底侧外部，为装置检修提供了良好的工作环境。此外，切断阀5与压力表6连锁，切断阀5的关闭根据压力表输出的信号控制，实现超压自动关闭，确保柔性气囊安全性。本发明的阀门均可采用由信号控制开关的自动阀门。

如图5所述，所述汇总管8呈多环形形状，采用母管环向供、排气，使得各个气囊能够直接通过垂直的通气支管81连至汇总管，降低压力损耗和避免其他泄露风险，有助于每个柔性气囊工作稳定性。

以本实施例为例，储气时，10MPa、20℃的高压压缩空气依次经过储罐进口切断阀1、储罐进口快切阀2、过滤器3和汇总管侧压力表4进入汇总管8，压缩空气通过汇总管8、柔性气囊切断阀5和柔性气囊侧压力表6均匀供气至各组柔性气囊74。当柔性气囊储存压力到达10MPa时，通气支路上的压力表6检测到压力达到阈值，切断阀5根据压力表输出的信号关闭。充气结束后，关闭储罐进口切断阀1和储罐进口快切阀2。压缩空气储能发电时，依次打开储罐进口切断阀1、储罐进口快切阀2，并按容量需求打开部分或全部的柔性气囊气切断阀5实现放气。从而完成了压缩空气储能高压压缩空气充放过程。其中无论是储能还是释能，均可根据需要，选择部分或全部柔性气囊74进行充气和释能，以提高储气压力和按需释放，并保证其它柔性气囊的压力不受损失。

本发明的压缩空气储能柔性储罐装置可用于地下、半地下及地上等储能环境，亦可根据压缩空气储能装机规模需求，调整柔性储罐装置的数量，提高了压缩空气储能项目储气系统装机规模和选址灵活性，降低了压缩空气储能对矿洞储气的依赖性以及高压大容量储罐设计制造难题。

凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于包括压缩空气储能柔性储罐、汇总管、汇总管侧压力表、柔性气囊切断阀和柔性气囊侧压力表；所述汇总管设置储罐进口总关断阀；所述压缩空气储能柔性储罐内包含能独立充放气的多组柔性气囊，各组柔性气囊单独配置通气支管，通气支管上设置所述柔性气囊切断阀，各组柔性气囊通过其通气支管和汇总管连通，并可由其通气支管上的柔性气囊切断阀控制输气和排气，每组柔性气囊的柔性气囊数量为一个或多个；

压缩空气储能柔性储罐包括钢壳，钢壳内设置所述多组柔性气囊，钢壳内顶部和中间分别设置悬挂组件和限位组件；所述柔性气囊被悬挂在钢壳上部，并一直延伸到钢壳的下部，所述柔性气囊的中部被所述限位组件所限位，所述柔性气囊的下端通过通气支管和汇总管连通；

所述悬挂组件包括悬吊支架和拉索，其中，悬吊支架固定在钢壳上部，所述悬吊支架包括支架本体和各个柔性气囊的挂钩，拉索下端和柔性气囊上端连接，上端和悬吊支架的挂钩连接；

所述限位组件沿钢壳的高度方向设置多层，所述限位组件包括气囊限位件，气囊限位件采用孔板结构，对应柔性气囊的分布设置多个限位孔，所述柔性气囊从限位孔穿过；

所述钢壳内充装液压油，所述柔性气囊浸在液压油中。

2.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于所述储罐进口总关断阀包括储罐进口切断阀和储罐进口快切阀，汇总管上还设置过滤器，储罐进口切断阀和储罐进口快切阀位于过滤器之前，汇总管侧压力表位于过滤器之后，储罐进口切断阀位于储罐进口快切阀之前。

3.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于所述柔性气囊材质为IIR丁基橡胶；所述柔性气囊的形状配置为在充足气后呈柱状。

4.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于所述限位组件还包括在限位孔周围设置的挂钩，通过与挂钩连接的弹性拉索吊住气囊。

5.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于所述钢壳顶部设有排气阀。

6.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于汇总管位于述压缩空气储能柔性储罐的下方，汇总管及与柔性气囊相连的通气管路上的所有阀门均设置于钢壳底侧外部；所述柔性气囊切断阀与柔性气囊压力表连锁，各通气支管配置其柔性气囊压力表，柔性气囊切断阀的关闭根据柔性气囊压力表输出的信号控制，确保柔性气囊安全性。

7.如权利要求1所述的一种通用压缩空气储能柔性储罐装置，其特征在于采用汇总管给各柔性气囊供、放气；所述汇总管呈多环形形状。

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