CN115434845A - 混合型储能电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合型储能电站包括上水库、下水库、水泵水轮机组和储气库；所述上水库设置在山体上，所述下水库位于所述上水库的下方以便所述下水库与所述上水库具有高度差；所述水泵水轮机组通过引水管连接所述上水库，所述水泵水轮机组通过尾水管连接所述下水库；所述储气库位于所述上水库的下方以便所述储气库和所述上水库具有高度差，所述储气库具有水进出口和空气进出口，所述水进出口通过水压管连接所述上水库，所述空气进出口通过主气管连接空气压缩膨胀机组。本发明的混合型储能电站具有经济和社会效益高、储能容量大、储能效率高、避免储气库应力疲劳和储气库的利用率高等优点。

Description

混合型储能电站

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种混合型储能电站。

背景技术

抽水蓄能是现有最主要的大容量、长时间的电力储能方式，利用用电低谷时的过剩电力通过水泵将水从低位的下水库抽到高位的上水库，用电高峰时上水库中的水回流到下水库，推动水轮机发电机发电，储能效率75％左右，具有调峰、调频、调相、备用等功能。但是，抽水蓄能能量密度较低，水库容量大，地势落差大，选址困难，全国可开发的厂址数量有限，且投资总量大，建设周期长。

压缩空气储能也是一种能够实现大容量、长时间电能存储的电力储能系统，具有几十年的运行经验，通过压缩机将常压空气压缩至高压并储存的方式来存储多余电力，在需要用电时将高压空气释放并膨胀做功发电，储能效率可达70％，且能量密度较大。但是，压缩空气储能装置中需要配置超大容积的储气库。储气库体量太大，这对于压缩空气储能装置的厂址选择、占地和投资都十分不利。在没有辅助措施的情况下，储气库无法恒压运行，对储能效率有不利影响，且无法充分利用储气库容，造成浪费。现有的压缩空气储能电站数量极少且推广应用面临很大的经济性问题。

抽水蓄能和压缩空气储能都有各自的不足之处，还需要不断改进和创新，以满足电力系统日益增长的对于储能的需求。

发明内容

本发明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，本发明的实施例提出一种混合型储能电站包括上水库、下水库、水泵水轮机组和储气库；

所述上水库设置在山体上，所述下水库位于所述上水库下方以便所述下水库与所述上水库具有高度差；所述水泵水轮机组通过引水管连接所述上水库，所述水泵水轮机组通过尾水管连接所述下水库；所述储气库位于所述上水库的下方以便所述储气库和所述上水库具有高度差，所述储气库具有水进出口和空气进出口，所述水进出口通过水压管连接所述上水库，所述空气进出口通过主气管连接空气压缩膨胀机组。

根据本发明实施例的混合型储能电站具有经济和社会效益高、储能容量大、储能效率高、避免储气库应力疲劳和储气库的利用率高等优点。

在一些实施例中，所述储气库的容积不超过所述上水库总容积的50％。

在一些实施例中，所述储气库和所述上水库的所述高度差大于300米。

在一些实施例中，所述水进出口设在所述储气库的底部，所述水压管的下端部与所述水进出口连接，所述水压管的上端部从所述上水库的顶部伸入所述上水库的内部，所述储气库为布置在地表的压力容器或管道储气库。

在一些实施例中，所述水进出口设在所述储气库的底部，所述水压管的下端部与所述水进出口连接，所述水压管的所述上端部从所述上水库的下方伸入所述上水库的内部，所述储气库为洞穴或隧道储气库，所述洞穴和所述隧道储气库中的每一者布置在地下或者山体内。

在一些实施例中，所述空气压缩膨胀机组包括多段压缩机和多段膨胀机；前一段所述压缩机的出口与后一段所述压缩机的进口连接；前一段所述膨胀机的出口与后一段所述膨胀机的进口连接，其中所述主气管可切换地与最后一段所述压缩机的出口和第一段所述膨胀机的进口中的一者连接。

在一些实施例中，所述空气压缩膨胀机组还包括至少一个第一换热器和第二换热器；

每个所述第一换热器位于相邻两段所述压缩机之间，每个所述第一换热器的第一路的第一端连接前一段所述压缩机的所述出口，每个所述第一换热器的所述第一路的第二端连接后一段所述压缩机的所述进口；

所述第二换热器的第一路的第一端连接最后一段所述压缩机的所述出口，所述第二换热器的所述第一路的第二端连接所述主气管；

所述第一换热器和所述第二换热器中的每一者的第二路的第一端连接冷罐，所述第一换热器和所述第二换热器中的每一者的所述第二路的第二端连接热罐。

在一些实施例中，每个所述第一换热器还位于相邻两段所述膨胀机之间，每个所述第一换热器的第一路的所述第一端可切换地连接前一段所述压缩机的所述出口和后一段所述膨胀机的所述进口中的一者，每个所述第一换热器的所述第一路的所述第二端可切换地连接后一段所述压缩机的所述进口和前一段所述膨胀机的所述出口中的一者；

所述第二换热器的所述第一路的所述第一端可切换地连接最后一段所述压缩机的所述出口和第一段所述膨胀机的所述进口中的一者。

在一些实施例中，所述空气压缩膨胀机组还包括至少一个第一冷却器和第二冷却器；

每个所述第一冷却器位于相邻两段所述压缩机之间，每个所述第一冷却器的所述第一路的出口连接后一段所述压缩机的所述进口，每个所述第一换热器的第一路的所述第二端可切换地连接与后一段所述压缩机连接的所述第一冷却器的所述第一路的进口和前一段所述膨胀机的所述出口中的一者；

所述主气管可切换地连接所述第二换热器的所述第一路的所述第二端和所述第二冷却器的所述第一路的出口中的一者，所述第二换热器的所述第一路的所述第二端可切换地连接所述第二冷却器的第一路的进口和所述主气管中的一者。

在一些实施例中，所述第一冷却器和所述第二冷却器中每一者的第二路的第一端通过进水管连接所述下水库，所述第一冷却器和所述第二冷却器中每一者的第二路的第二端通过出水管连接所述下水库，所述进水管上连接有冷却水泵。

附图说明

图1是根据本发明实施例的混合型储能电站的布置示意图之一。

图2是根据本发明实施例的混合型储能电站的布置示意图之二。

图3是根据本发明实施例的空气压缩膨胀机组的示意图。

附图标记：100、混合型储能电站；1、山体；2、上水库；3、引水管；4、水泵水轮机组；5、尾水管；6、下水库；7、空气压缩膨胀机组；711、第一段压缩机；712、第二段压缩机；713、第三段压缩机；714、第四段压缩机；721、第一段膨胀机；722、第二段膨胀机；723、第三段膨胀机；724、第四段膨胀机；731、第一换热器；732、第一换热器；733、第一换热器；734、第二换热器；741、第一冷罐；742、第一热罐；743、第二冷罐；744、第二热罐；745、第三冷罐；746、第三热罐；747、第四冷罐；748、第四热罐；751、第一冷却器；752、第一冷却器；753、第一冷却器；754、第二冷却器；761、第一切换阀；762、第二切换阀；763、第三切换阀；764、第四切换阀；765、第五切换阀；766、第六切换阀；767、第七切换阀；768、第八切换阀；769、第九切换阀；8、进水管；9、出水管；10、水压管；11、储气库；111、空气进出口；112、水进出口；12、主气管；13、冷却水泵。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的混合型储能电站100。根据本发明实施例的混合型储能电站100包括上水库2、下水库6、水泵水轮机组4和储气库11。

上水库2设置在山体1上，下水库6位于上水库2的下方以便下水库6与上水库2具有高度差，即上水库2位于下水库6的上方。水泵水轮机组4通过引水管3连接上水库2，水泵水轮机组4通过尾水管5连接下水库6。储气库11位于上水库2的下方以便储气库11和上水库2具有高度差。储气库11具有水进出口112和空气进出口111。水进出口112通过水压管10连接上水库2，空气进出口111通过主气管12连接空气压缩膨胀机组7。

相关技术中，储能电站为单独设置的抽水蓄能电站或单独设置的压缩空气储能电站。但是，抽水蓄能能量密度较低，水库容量大，地势落差大，选址困难，全国可开发的厂址数量有限，且投资总量大，建设周期长。压缩空气储能需要配置超大容积的储气库，储气库体量太大，这对于压缩空气储能装置的厂址选择、占地和投资都十分不利。另外在没有辅助措施的情况下，储气库无法恒压运行，对储能效率有不利影响，且无法充分利用储气库容积，造成浪费。因为膨胀机进气压力不能太小，储气库释放高压空气时，压力下降，压力降到某个值以下时，就不能再放。相关技术中的空气压缩储能装置中储气库内的高压空气通常充到10MPa，释放到7MPa结束，然后再充到10MPa，再释放至7MPa，如此循环，储气库只有约30％的空气是用于储能释能循环的。

根据本发明实施例的混合型储能电站100是将抽水蓄能技术和压缩空气储能技术有机结合，一方面可以是在原有的抽水蓄能电站的库区空地或下水库6浅滩区域或山体1内部设置储气库11，原有的抽水蓄能电站可为储气库11的布置提供良好的场地条件，从而使原有的抽水蓄能电站的厂址资源和设施条件能够得到二次开发利用，可产生良好的经济和社会效益。相比相关技术中单独设置的抽水蓄能电站，在不需要对抽水蓄能电站主体进行改造的前提下，仅占用少量的上水库2水量，将包括储气库11、空气压缩膨胀机组7和水压管10的压缩空气储能装置运用到抽水蓄能电站，便能扩展原抽水蓄能电站的储能容量以便组成更大容量的高效率储能电站，从而使原抽水蓄能电站获得大幅度的储能容量的提升。

另一方面也可以是在新建储能电站时将储能电站直接设置为包括上水库2、下水库6、水泵水轮机组4、储气库11和空气压缩膨胀机组7的根据本发明实施例的混合型储能电站100，从而使储气库11可以充分利用上水库2和下水库6周边的空闲区域，即在不增加下水库2周围圈地面积的情况下，混合型储能电站100可为储气库11的布置提供良好的场地条件，从而使混合型蓄能电站100的厂址资源和设施条件能够得到充分开发利用，可形成更大容量的高效率储能电站，可产生良好的经济和社会效益。

根据本发明实施例的混合型储能电站100的储能和释能的基本流程如下：

在用电低谷利用本发明实施例的混合型储能电站100储能时，水泵水轮机组4以水泵模式运行并消耗电能，即水泵水轮机组4将下水库6的水经尾水管5和引水管3输送至上水库2。空气压缩膨胀机组7以压缩模式运行，空气压缩膨胀机组7消耗电能将环境大气中的空气压缩至高压以便得到高压空气。高压空气经主气管12输送至储气库11中，储气库11中的水在高压空气的压力作用下经水压管10输送至上水库2。在储气库11中的水被压出储气库11的过程中，由于储气库11中水的液面与上水库2中水的液面存在很大的高度差，且储气库11中的水的液面高度变化和上水库2中水的液面高度变化可以忽略不计，从而使储气库11中的水对进入储气库11中的高压空气有一个水柱压力，高压空气克服这个水柱压力逐渐进入储气库11的过程中，储气库11中的高压空气的压力基本上保持恒定。

由此不仅能够避免储气库11因内部压力变化而出现应力疲劳，而且一定程度上能够使压缩机压缩空气的效率高(因为压缩机设计时只须考虑一个目标压缩压力，就可以把这个设计点的效率做到最高。目标压缩压力不恒压时，压缩机设计时需要考虑一个压力范围，在这个压力范围内取个折中的设计，此时压缩机的效率不是最高值)，从而能有效提高混合型储能电站100的储能效率。

在用电高峰利用本发明实施例的混合型储能电站100释能时，水泵水轮机组4以水轮机模式运行并发出电能，上水库2的水经引水管3首先进入水泵水轮机组4中做功并驱动发电机发电，然后从水泵水轮机组4中出来的水再经过尾水管5输送至下水库6。空气压缩膨胀机组7以膨胀模式运行，储气库11中的高压空气经主气管12输送至空气压缩膨胀机组7，高压空气经空气压缩膨胀机组7膨胀做功并驱动发电机发电。在储气库11中的高压空气经主气管12输出的过程中，上水库2的水通过重力或虹吸经水压管10输送到储气库11中。由于储气库11中水的液面与上水库2中水的液面存在很大的高度差，且储气库11中的水的液面高度变化和上水库2中水的液面高度变化可以忽略不计，从而使储气库11中的水对储气库11中的高压空气始终有一个的水柱压力，高压空气从储气库11中逐渐输出的过程中，储气库11中的高压空气的压力基本上保持恒定。

由此不仅能够避免储气库11因内部压力变化而出现应力疲劳，而且空气压缩膨胀机组7中膨胀机进气压力恒定，能够使膨胀机输出做功多(因为储气库11中的高压空气不恒压时，为了保持膨胀机一定的进气压力，储气库11出来的气体往往先节流到较低的压力，然后再进入膨胀机，这个节流过程会浪费压力能，使膨胀机做功减少，当储气库11中的高压空气恒压时，就不会有这个节流损失)，从而能有效提高混合型储能电站100的储能效率。

另外，储气库11中的高压空气的压力基本上保持恒定，储气库11中的高压空气能够通过主气管12完全释放到空气压缩膨胀机组7，从而能够充分利用储气库11的容积，提高储气库11的利用率，避免浪费。

因此，根据本发明实施例的混合型储能电站100具有经济和社会效益高、储能容量大、储能效率高、避免储气库11应力疲劳和储气库11的利用率高等优点。

下面参考附图详细描述根据本发明实施例的混合型储能电站100。

参考图1和图2，根据本发明实施例的混合型储能电站100包括上水库2、下水库6、水泵水轮机组4和储气库11。上水库2设置在山体1上，下水库6位于上水库2的下方以便下水库6与上水库2具有高度差，比如具有400米-500米的高度差。水泵水轮机组4通过引水管3连接上水库2，水泵水轮机组4通过尾水管5连接下水库6。储气库11位于上水库2的下方以便储气库11和上水库2具有高度差，比如具有400米的高度差。

储气库11具有水进出口112和空气进出口111，水进出口112位于空气进出口111的下方，以便在压缩空气从空气进出口111进入储气库11和水从水进出口112输出储气库11的过程中，压缩空气和水互不影响。同理在压缩空气从空气进出口111输出储气库11和水从水进出口112进入储气库11的过程中，压缩空气和水互不影响。水进出口112通过水压管10连接上水库2，空气进出口通过主气管12连接空气压缩膨胀机组7。

参考图1和图2，上水库2设置在山体1的顶部，下水库6设置在山体1的下部。例如，下水库6可以根据情况设置在山体1的底部或半山腰位置。由此能够保证上水库2相对下水库6位于山体1的高位，下水库6相对上水库2位于山体1的低位，从而使上水库2的水流入下水库6时能够通过水泵水轮机组4做功。

优选地，储气库11的容积不超过上水库2总容积的50％。由此能够避免储气库11过多占用上水库2水，从而避免影响水泵水轮机组4的运行。

优选地，储气库11和上水库2的高度差在300米以上。由此，当上水库2与储气库11内的高度差较大，一方面上水库2中的水与储气库11中的水之间的液面差能够形成匹配储气库11内高压空气的压力的水柱压力，另一方面上水库2与储气库11内的高度差越大，储气库11内的储气压力越高，相同质量的空气体积越小，储气库11就越小，可减少造价。

参考图1，水进出口112设在储气库11的底部，水压管10的下端部与水进出口112连接。由此在储能过程中，储气库11中的水能够全部被压缩空气压到水压管10内，在释能过程中，储气库11中的高压空气能够全部被水压压出储气库11，从而使储气库11容积得到全部利用，进而使储气库11可以实现满充满放。另外可以避免压缩空气进入到水压管10内，从而保证混合型储能电站100稳定可靠运行。

参考图1，水压管的上端部从上水库2的顶部伸入上水库2的内部。此时水压管10相当于是从上水库2顶部布置的虹吸管，水压管10可以沿山体1的外表面铺设至山体1的低位。由此能够使水压管10和储气库11布置方便，成本低，维护简单。此时储气库11可以为布置在地表的压力容器或管道储气库。例如储气库11可以布置在下水库6的库区空地上，也可以在下水库6周边的浅滩区域打桩将储气库11布置在下水库6周边的浅滩区域。

参考图2，水压管10的上端部也可以从上水库2的下方伸入上水库2的内部。例如，水压管10可以是布置在山体1内的内置隧道，水压管10的上端与上水库2连通，水压管10的下端与储气库11连通。水压管10可以从上水库2的底部布置，在山体1的内部挖掘管路至山体1的低位。储气库11中的水依靠重力从水压管10流向储气库11中。将水压管10布置在山体1内，由此不仅可以节省地表空间，而且水压管10不容易受到外界环境影响，还能增加水压管10的使用寿命。

当水压管10为布置在山体1内的内置隧道，储气库11可以为洞穴或隧道储气库。洞穴可以为天然洞穴，也可以为人造洞穴。储气库11可以布置在地下，也可以布置在山体1内。将储气库11布置在山体1内，由此不仅可以节省地表空间，而且储气库11不容易受到外界环境影响，还能增加储气库11的使用寿命。优选地，储气库11设置在山体1内，这样方便和设置在山体1内的水压管10连通。

需要说明的是，当水压管10的上端部从上水库2的顶部伸入上水库2的内部时，或者当水压管10的上端部从上水库2的下方伸入上水库2的内部时，均需要保证水压管10的上端部位于上水库2的液面以下，以便上水库2内的水能够顺利进入储气库11。

参考图3，空气压缩膨胀机组7包括多段压缩机和多段膨胀机。前一段压缩机的出口与后一段压缩机的进口连接。前一段膨胀机的出口与后一段膨胀机的进口连接。其中，主气管12可切换地与最后一段压缩机的出口和第一段膨胀机的进口中的一者连接。例如，本实施例中的多段压缩机的段数为四段，分别为第一段压缩机711、第二段压缩机712、第三段压缩机713和第四段压缩机714。多段膨胀机的段数为四段，分别为第一段膨胀机721、第二段膨胀机722、第三段膨胀机723、第四段膨胀机724。

根据本发明实施例的混合型储能电站100通过设置依次相连的多段压缩机，可以实现对空气的逐级压缩，从而能够得到符合要求的一定压力的高压空气，实现储能。通过设置依次相连的多段膨胀机，高压空气可以被逐级利用，从而能够充分利用高压空气的压力能，进而能进一步提高混合型储能电站100的储能效率。

参考图3，空气压缩膨胀机组7还包括至少一个第一换热器和第二换热器。例如，本实施例中的第一换热器共有三个，分别为第一换热器731、第一换热器732和第一换热器733。每个第一换热器位于相邻两段压缩机之间。每个第一换热器的第一路的第一端连接前一段压缩机的出口。每个第一换热器的第一路的第二端连接后一段压缩机的进口。第二换热器的第一路的第一端连接最后一段压缩机的出口。第二换热器的第一路的第二端连接主气管12。第一换热器和第二换热器中的每一者的第二路的第一端连接冷罐，第一换热器和第二换热器中的每一者的第二路的第二端连接热罐。冷罐用于储存冷态的储热介质。热罐用于储存热态的储热介质。储热时，储热介质由冷罐输送至热罐，释能时，储热介质由热罐输送至冷罐。

由此，在储能时第一换热器和第二换热器能够将压缩机出口的空气热量传递给储热介质，然后吸收了热量的储热介质被储存在热罐内，从而能够提高混合型储能电站100的储能效率。同时由于第一换热器和第二换热器将压缩机出口的空气热量传递给储热介质，下一段压缩机进口的气体温度能够被降低，有利于压缩机的正常运行。

优选地，多段压缩机的段数和多段膨胀机的段数相同，空气压缩膨胀机组7中的压缩机和膨胀机可以对称设置，从而使压缩机中的压比和膨胀机中的膨胀比能够基本一致，使在压缩机的工作过程中和在膨胀机的工作过程中可逆使用的第一换热器和第二换热器所处的工况条件类似，进而能保障第一换热器和第二换热器的稳定可靠运行。

参考图3，每个第一换热器还位于相邻两段膨胀机之间。每个第一换热器的第一路的第一端可切换地连接前一段压缩机的出口和后一段膨胀机的进口中的一者。每个第一换热器的第一路的第二端可切换地连接后一段压缩机的进口和前一段膨胀机的出口中的一者。第二换热器的第一路的第一端可切换地连接最后一段压缩机的出口和第一段膨胀机721的进口中的一者。

由此，多段膨胀机可以和多段压缩机共用第一换热器和第二换热器，从而能够使混合型储能电站100的设备布置更加精简，从而降低成本。同时在高压空气驱动膨胀机做功的过程，第一换热器和第二换热器将储存在热罐内的储热介质的热量传递给膨胀机进口的高压空气，然后处于冷态的储热介质被储存在冷罐内，能够增加每段膨胀机进口处的气体温度，相当于增加每段膨胀机进口处气体的热能，从而能够增加每段膨胀机向外输出的机械功，进而提高混合型储能电站100的储能效率。

参考图3，空气压缩膨胀机组7还包括至少一个第一冷却器和第二冷却器。例如，本实施例中的第一冷却器共有三个，分别为第一冷却器751、第一冷却器752和第一冷却器753。每个第一冷却器位于相邻两段压缩机之间。每个第一冷却器的第一路的出口连接后一段压缩机的进口。每个第一换热器的第一路的第二端可切换地连接与后一段压缩机连接的第一冷却器的第一路的进口和前一段膨胀机的出口中的一者。主气管12可切换地连接第二换热器的第一路的第二端和第二冷却器的第一路的出口中的一者。第二换热器的第一路的第二端可切换地连接第二冷却器的第一路的进口和主气管12中的一者。

根据本发明实施例的空气压缩膨胀机组7通过在相邻两段压缩机之间设置第一冷却器，不仅能够将从第一换热器流出的气体的多余热量排出，而且能够精确地控制进入下一段压缩机的进口温度在规定范围内，从而能保证压缩机可靠运行。同理，在最后一端压缩机的出口处设置第二冷却器，不仅能够将从第二换热器流出空气的多余热量排出，而且能够很好地控制进入储气库11内的气体温度，从而能保证储气库11内的温度处于正常范围内。

参考图3，第一冷却器和第二冷却器中每一者的第二路的第一端通过进水管8连接下水库6。第一冷却器和第二冷却器中每一者的第二路的第二端通过出水管9连接下水库6。进水管8上连接有冷却水泵13。冷却水泵13用于将下水库6的水提供给第一冷却器和第二冷却器。由此可以方便通过下水库6为第一冷却器和第二冷却器提供冷却水，从而确保压缩空气储能过程的余热排出。

参考图3，具体地，空气压缩膨胀机组7包括第一换热器731、第一换热器732、第一换热器733和第二换热器734。第一换热器731的第一路的第一端通过第一切换阀761可切换地与第一段压缩机711的出口和第四段膨胀机724的进口连接。第一换热器731的第一路的第二端通过第二切换阀762可切换地与第一冷却器751的进口和第三段膨胀机723的出口连接，第一冷却器751的出口与第二段压缩机711的进口连接。第一换热器731的第二路的第一端与第一热罐742连接。第一换热器731的第二路的第二端与第一冷罐741连接。

第一换热器732的第一路的第一端通过第三切换阀763可切换地与第二段压缩机712的出口和第三段膨胀机723的进口连接。第一换热器732的第一路的第二端通过第四切换阀764可切换地与第一冷却器752的进口和第二段膨胀机722的出口连接，第一冷却器752的出口与第三段压缩机713的进口连接。第一换热器732的第二路的第一端与第二热罐744连接。第一换热器732的第二路的第二端与第二冷罐743连接。

第一换热器733的第一路的第一端通过第五切换阀765可切换地与第三段压缩机713的出口和第二段膨胀机722的进口连接。第一换热器733的第一路的第二端通过第六切换阀766可切换地与第一冷却器753的进口和第一段膨胀机721的出口连接，第一冷却器753的出口和第四段压缩机714的进口连接。第一换热器733的第二路的第一端与第三热罐746连接。第一换热器733的第二路的第二端与第三冷罐745连接。

第二换热器734的第一路的第一端通过第七切换阀767可切换地与第四段压缩机714的出口和第一段膨胀机721的进口连接。第二换热器734的第一路的第二端通过第八切换阀768可切换地与第二冷却器754的进口和主气管12连接，主气管12通过第九切换阀769可切换地与第二冷却器754的出口和第八切换阀768连接。第二换热器734的第二路的第一端与第四热罐748连接。第二换热器734的第二路的第二端与第四冷罐747连接。

参考图1-图3，混合型储能电站100的储能和释能的详细流程如下：

在用电低谷利用本发明实施例的混合型储能电站100储能时，水泵水轮机组4以水泵模式运行并消耗电能，下水库6的水经尾水管5和引水管3输送至上水库2。空气压缩膨胀机组7以压缩模式运行，高压空气输送至储气库11中。储气库11中的水在高压空气的压力作用下经水压管输送至上水库2。

空气压缩膨胀机组7中，空气首先进入第一段压缩机711压缩。此时第一换热器731的第一路的第一端通过第一切换阀761与第一段压缩机711的出口连接，第一换热器731的第一路的第二端通过第二切换阀762与第一冷却器751的进口连接。从第一段压缩机711出口流出的压缩空气经第一换热器731释放压缩热量，储热介质由第一冷罐741输送至第一热罐742并吸收第一换热器731传递的压缩热量。从第一换热器731的第一路的第二端流出的压缩空气再经第一冷却器751冷却。

接着，从第一冷却器751出口流出的压缩空气进入第二段压缩机712压缩。此时第一换热器732的第一路的第一端通过第三切换阀763与第二段压缩机712的出口连接，第一换热器732的第一路的第二端通过第四切换阀764与第一冷却器752的进口连接。从第二段压缩机712出口流出的压缩空气经第一换热器732释放压缩热量，储热介质由第二冷罐743输送至第二热罐744并吸收第一换热器732传递的压缩热量。从第一换热器732的第一路的第二端流出的压缩空气再经第一冷却器752冷却。

接着，从第一冷却器752出口流出的压缩空气进入第三段压缩机713压缩。此时第一换热器733的第一路的第一端通过第五切换阀765与第三段压缩机713的出口连接，第一换热器733的第一路的第二端通过第六切换阀766与第一冷却器753的进口连接。从第三段压缩机713出口流出的压缩气体经第一换热器733释放压缩热量，储热介质由第三冷罐745输送至第三热罐746并吸收第一换热器733传递的压缩热量。从第一换热器733的第一路的第二端流出的压缩空气再经第一冷却器753冷却。

接着，从第一冷却器753出口流出的压缩空气进入第四段压缩机714压缩。此时第二换热器734的第一路的第一端通过第七切换阀767与第四段压缩机714的出口连接，第二换热器734的第一路的第二端通过第八切换阀768与第二冷却器754的进口连接，主气管12通过第九切换阀769与第二冷却器754的出口连接。从第四段压缩机714出口流出的压缩气体经第二换热器734释放压缩热量，储热介质由第四冷罐747输送至第四热罐748并吸收第二换热器734传递的压缩热量。从第二换热器734的第一路的第二端流出的压缩空气再经第二冷却器754冷却。从第二冷却器754出口流出的压缩空气再由主气管12进入储气库11。

在用电高峰利用本发明实施例的混合型储能电站100释能时，水泵水轮机组4以水轮机模式运行并发出电能，上水库2的水经引水管3和尾水管5输送至下水库6。空气压缩膨胀机组7以膨胀模式运行，上水库2的水经水压管输送到储气库11，储气库11中的高压空气输送至空气压缩膨胀机组7。

空气压缩膨胀机组7中，主气管12通过第九切换阀769与第八切换阀768连接，高压空气由主气管12进入第二换热器734吸收热量。此时第二换热器734的第一路的第一端通过第七切换阀767与第一段膨胀机721的进口连接。从第二换热器734的第一路的第一端流出的高压空气经第一段膨胀机721膨胀做功。储热介质由第四热罐748输送至第四冷罐747释放热量。

接着，由于此时第一换热器733的第一路的第一端通过第五切换阀765与第二段膨胀机722的进口连接，第一换热器733的第一路的第二端通过第六切换阀766与第一段膨胀机721的出口连接。从第一段膨胀机721出口流出的高压空气进入第一换热器733吸收热量。从第一换热器733的第一路的第一端流出的高压空气经第二段膨胀机722膨胀做功，储热介质由第三热罐746输送至第三冷罐745释放热量。

接着，由于此时第一换热器732的第一路的第一端通过第三切换阀763与第三段膨胀机723的进口连接，第一换热器732的第一路的第二端通过第四切换阀764与第二段膨胀机722的出口连接。从第二段膨胀机722出口流出的高压空气进入第一换热器732吸收热量，经第三段膨胀机723膨胀做功，储热介质由第二热罐744输送至第二冷罐743释放热量。

接着，由于此时第一换热器731的第一路的第一端通过第一切换阀761与第四段膨胀机724的进口连接，第一换热器731的第一路的第二端通过第二切换阀762与第三段膨胀机723的出口连接。从第三段膨胀机723出口流出的高压空气进入第一换热器731吸收热量，经第四段膨胀机724膨胀做功，储热介质由第一热罐742输送至第一冷罐741释放热量。

根据上述实施例，假设一座抽水蓄能电站，其储能容量1200MW/9600MWh，上水库2和下水库6之间平均落差400m，通过本发明的方案，与一套400MW/3200MWh的恒压压缩空气储能装置结合，压缩空气储能效率约70％，储气库11的压力4MPa，储气库11容积800000m³，需要占用上水库22水量800000m³，占上水库22总水量近10％，上述混合型储能电站100的总储能容量为1500MW/12000MWh。可见，采用本发明的方案，在不影响原抽水蓄能电站正常运行的情况下，能够使压缩空气储能流程恒压高效率运行，储气库11容积全部得到利用，且使电站储能容量放大25％。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种混合型储能电站，其特征在于，包括：

上水库，所述上水库设置在山体上；

下水库，所述下水库位于所述上水库的下方以便所述下水库与所述上水库具有高度差；

水泵水轮机组，所述水泵水轮机组通过引水管连接所述上水库，所述水泵水轮机组通过尾水管连接所述下水库；和

储气库，所述储气库位于所述上水库的下方以便所述储气库和所述上水库具有高度差，所述储气库具有水进出口和空气进出口，所述水进出口通过水压管连接所述上水库，所述空气进出口通过主气管连接空气压缩膨胀机组。

2.根据权利要求1所述的混合型储能电站，其特征在于，所述储气库的容积不超过所述上水库总容积的50％。

3.根据权利要求1所述的混合型储能电站，其特征在于，所述储气库和所述上水库的所述高度差大于300米。

4.根据权利要求1所述的混合型储能电站，其特征在于，所述水进出口设在所述储气库的底部，所述水压管的下端部与所述水进出口连接，所述水压管的上端部从所述上水库的顶部伸入所述上水库的内部，所述储气库为布置在地表的压力容器或管道储气库。

5.根据权利要求1所述的混合型储能电站，其特征在于，所述水进出口设在所述储气库的底部，所述水压管的下端部与所述水进出口连接，所述水压管的所述上端部从所述上水库的下方伸入所述上水库的内部，所述储气库为洞穴或隧道储气库，所述洞穴和所述隧道储气库中的每一者布置在地下或者山体内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的混合型储能电站，其特征在于，所述空气压缩膨胀机组包括：

多段压缩机，前一段所述压缩机的出口与后一段所述压缩机的进口连接；和

多段膨胀机，前一段所述膨胀机的出口与后一段所述膨胀机的进口连接，其中所述主气管可切换地与最后一段所述压缩机的出口和第一段所述膨胀机的进口中的一者连接。

7.根据权利要求6所述的混合型储能电站，其特征在于，所述空气压缩膨胀机组还包括：

至少一个第一换热器，每个所述第一换热器位于相邻两段所述压缩机之间，每个所述第一换热器的第一路的第一端连接前一段所述压缩机的所述出口，每个所述第一换热器的所述第一路的第二端连接后一段所述压缩机的所述进口；和

第二换热器，所述第二换热器的第一路的第一端连接最后一段所述压缩机的所述出口，所述第二换热器的所述第一路的第二端连接所述主气管；其中

所述第一换热器和所述第二换热器中的每一者的第二路的第一端连接冷罐，所述第一换热器和所述第二换热器中的每一者的所述第二路的第二端连接热罐。

8.根据权利要求7所述的混合型储能电站，其特征在于，

每个所述第一换热器还位于相邻两段所述膨胀机之间，每个所述第一换热器的第一路的所述第一端可切换地连接前一段所述压缩机的所述出口和后一段所述膨胀机的所述进口中的一者，每个所述第一换热器的所述第一路的所述第二端可切换地连接后一段所述压缩机的所述进口和前一段所述膨胀机的所述出口中的一者；

所述第二换热器的所述第一路的所述第一端可切换地连接最后一段所述压缩机的所述出口和第一段所述膨胀机的所述进口中的一者。

9.根据权利要求8所述的混合型储能电站，其特征在于，所述空气压缩膨胀机组还包括：

至少一个第一冷却器，每个所述第一冷却器位于相邻两段所述压缩机之间，每个所述第一冷却器的所述第一路的出口连接后一段所述压缩机的所述进口，每个所述第一换热器的第一路的所述第二端可切换地连接与后一段所述压缩机连接的所述第一冷却器的所述第一路的进口和前一段所述膨胀机的所述出口中的一者；和

第二冷却器，所述主气管可切换地连接所述第二换热器的所述第一路的所述第二端和所述第二冷却器的所述第一路的出口中的一者，所述第二换热器的所述第一路的所述第二端可切换地连接所述第二冷却器的第一路的进口和所述主气管中的一者。

10.根据权利要求9所述的混合型储能电站，其特征在于，所述第一冷却器和所述第二冷却器中每一者的第二路的第一端通过进水管连接所述下水库，所述第一冷却器和所述第二冷却器中每一者的第二路的第二端通过出水管连接所述下水库，所述进水管上连接有冷却水泵。

Images