CN115653824A - 一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法，潮汐电站供给电网后剩余的余电通过第二线路输送给空压装置，以使空压装置得电压缩空气；当打开第一三通控制阀的第一个接口和第二个接口，同时关闭其第三个接口时，空压装置中输出的压缩空气依次通过第一气路、第一三通控制阀和第二气路送入至第一地下含水层中存储；当关闭第一三通控制阀的第一个接口，且打开其第二个接口和第三个接口时，第一地下含水层中存储的空气依次通过第二气路、第一三通控制阀和第三气路输送至膨胀装置，以驱动膨胀装置进行膨胀做功，以驱动发电机发电，则发电机产生的电能通过第三线路输送给电网。本发明成本较低、储气规模大，提高储能效率。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，更具体的说是涉及一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法。
背景技术
大力发展可再生能源，是解决全球能源危机，实现绿色发展的主要途径。潮汐能是一种清洁的可再生能源，受自然因素影响小，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水期影响。而目前各国大力推进可再生能源的同时，潮汐能的利用率低。在海岸线长、潮汐落差大的地方，潮汐资源丰富，有很大的开发空间，且发展潮汐发电有利于沿海地区减少外来电力的供应以及降低其温室气体的排放，因此，在沿海地区建设的潮汐电站能够创造良好的经济效益、社会效益和环境效益。
但是潮差的变化，使其电力输出具有波动性和间歇性，对电网造成冲击，产生大量弃电，影响电网安全运转。针对这个问题，空气常作为载体完成各种形态能源转换、储存、取用，因此是一种比较清洁安全的储能方式，因此目前压缩空气储能是减少弃电消纳的途径之一。
而目前压缩空气储能的装置仍存在诸多弊端，例如：ZL201810742064.7利用柔性储气袋来储存压缩空气，储存规模受限，且柔性储气袋有可能出现破损，需要及时修补或更换，成本高；ZL202011332997.2专利采用高压储气库进行压缩空气储能，但是存在储能规模较小，且高压储气罐成本较高，不利于可再生能源的存储和规模化应用，并且释能时，固定容积高压储气库导致膨胀装置入口的压力不断降低，输出电量不稳定且压缩空气不能完全利用。
因此，如何提供一种成本较低、储气规模大，且提高储能效率的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法，旨在至少解决上述部分技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，包括：潮汐电站、空压装置、第一三通控制阀、膨胀装置、发电机和第一地下含水层；
所述潮汐电站通过第一线路连接至电网；
所述空压装置通过第二线路连接在所述第一线路上；
所述第一三通控制阀的第一个接口通过第一气路与所述空压装置的输出端接通，且所述第一三通控制阀的第二个接口通过第二气路与所述第一地下含水层双向接通，同时所述第一三通控制阀的第三个接口通过第三气路与所述膨胀装置的进口端接通；
所述膨胀装置与所述发电机连接，以驱动所述发电机发电；
所述发电机通过第三线路连接至所述电网。
优选的，还包括：第二三通控制阀和第二地下含水层；
所述第二三通控制阀的第一个接口通过第四气路与所述膨胀装置的输出端接通，所述第二三通控制阀的第二个接口通过第五气路与所述第二地下含水层双向接通，同时所述第二三通控制阀的第三个接口通过第六气路与所述空压装置接通。
优选的，还包括：水雾发生装置，且所述水雾发生装置通过第一管路接通所述空压装置，同时所述水雾发生装置通过第二管路接通所述膨胀装置。
优选的，所述潮汐电站包括：潮汐流通通道、水力发电装置、蓄水库和潮汐流量调节阀门；
所述潮汐流通通道的一个端口接通至海水，另一端与所述蓄水库接通，同时所述水力发电装置连接在所述潮汐流通通道内，且所述水力发电装置通过所述第一线路连接至所述电网；
所述潮汐流量调节阀门连接在所述潮汐流通通道上，以控制潮汐流通通道内潮汐流通的的流量。
优选的，所述蓄水库的顶端为用于流入潮汐的开口端。
第二方面，本发明提供一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，
潮汐电站通过潮汐能发电，且所述潮汐电站产生的电能通过第一线路发送至电网；
所述潮汐电站供给所述电网后剩余的余电通过第二线路输送给空压装置，以使所述空压装置得电压缩空气；
当打开第一三通控制阀的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀的第二个接口，同时关闭所述第一三通控制阀的第三个接口时，所述空压装置中输出的压缩空气依次通过第一气路、所述第一三通控制阀和第二气路送入至第一地下含水层中存储；
当关闭所述第一三通控制阀的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀的第二个接口，同时打开所述第一三通控制阀的第三个接口时，所述第一地下含水层中存储的空气依次通过所述第二气路、所述第一三通控制阀和第三气路输送至膨胀装置，以驱动所述膨胀装置进行膨胀做功，从而驱动发电机发电，则所述发电机产生的电能通过第三线路输送给所述电网。
优选的，当关闭所述第一三通控制阀的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀的第二个接口，同时打开所述第一三通控制阀的第三个接口时，同时打开第二三通控制阀的第一个接口，且关闭所述第二三通控制阀的第三个接口，以及打开所述第二三通控制阀的第二个接口，以使所述膨胀装置排出的空气依次通过第四气路、所述第二三通控制阀和所述第五气路送入至第二地下含水层中存储；当所述空压装置压缩空气时，关闭所述第二三通控制阀的第一个接口，打开所述第二三通控制阀的第三个接口，同时打开所述第二三通控制阀的第二个接口，以使所述第二地下含水层中所储存的空气依次通过所述第五气路、所述第二三通控制阀和第六气路送入至所述空压装置的内腔中，以能被所述空压装置压缩后，再依次通过所述第一气路、所述第一三通控制阀和所述第二气路送入至所述第一地下含水层中存储。
优选的，当所述空压装置压缩空气时，水雾发生装置中产生的水雾通过第一管路输送至所述空压装置中，以为所述空压装置降温。
优选的，当所述膨胀装置膨胀做功时，水雾发生装置中产生的水雾通过第二管路输送至所述膨胀装置中，以为所述膨胀装置升温。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置及方法，可以实现如下技术效果：
本发明达到削峰填谷的作用，因此可对可再生能源进行重复利用。
本发明通过地下含水层储存由潮汐发电产生的余电而转换的高压空气，则储存量大，同时由于本申请利用地下含水层储能，则本申请实质上是直接利用地形来储能，从而成本低，并且，由于地下含水层分布广泛，则减少了储能系统对地质条件的限制。
本发明释能时，地下含水层中所存储的高压空气在周围水分的作用下，能够使放气过程维持恒定的供气压力，使得系统在放气释能过程中更加稳定，从而提高储能效率。
本发明储能时，高压空气会经过第一三通控制阀进入至第一地下含水层中被存储，且本发明释能时，第一地下含水层中被存储的高压空气会经过第一三通控制阀进入至膨胀装置，则本发明可以通过第一三通控制阀来调控经过第一三通控制阀的高压空气的流量，从而可增加本发明输送至膨胀装置内的高压空气的稳定性，因此可增强膨胀装置驱动发电机发电的稳定性，以能提高本发明输出电量的稳定性。
本发明发电时利用的潮汐能是一种清洁无污染的可再生能源；采用的储能装置(地下含水层)相比与传统的物理压缩空气储能(如高压储气罐等)更加的节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置的结构示意图；
图3为本发明实施例3中一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置的结构示意图.
其中，1-潮汐电站；2-空压装置；3-第一三通控制阀；4-膨胀装置；5-发电机；6-第一地下含水层；101-第一线路；7-电网；102-第二线路；201-第一气路；202-第二气路；203-第三气路；103-第三线路；8-第二三通控制阀；9-第二地下含水层；204-第四气路；205-第五气路；206-第六气路；10-水雾发生装置；301-第一管路；302-第二管路；11-潮汐流通通道；12-水力发电装置；13-蓄水库；14-潮汐流量调节阀门；21-驱动电机；22-压缩机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一方面，本发明提供了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置：
实施例1：本发明实施例公开了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，包括：潮汐电站1、空压装置2、第一三通控制阀3、膨胀装置4、发电机5和第一地下含水层6；
潮汐电站1通过第一线路101连接至电网7；
空压装置2通过第二线路102连接在第一线路101上；
第一三通控制阀3的第一个接口通过第一气路201与空压装置2的输出端接通，且第一三通控制阀3的第二个接口通过第二气路202与第一地下含水层6双向接通，同时第一三通控制阀3的第三个接口通过第三气路203与膨胀装置4的进口端接通；
膨胀装置4与发电机5连接，以驱动发电机5发电；
发电机5通过第三线路103连接至电网7。
本发明储能时：本发明的潮汐电站1将海洋潮汐的能量转换成电能，且潮汐电站1产生的电能可以通过第一线路101输送给电网7使用，而电网不需要的余电可通过第二线路102传送给空压装置2，以能使空压装置2得电后压缩空气以得到高压空气，且打开第一三通控制阀3的第一个接口(在图1中为第一三通控制阀3的左端)，以及打开第一三通控制阀3的第二个接口(在图1中为第一三通控制阀3的下端)，同时关闭第一三通控制阀3的第三个接口(在图1中为第一三通控制阀3的右端)，则空压装置2产生的高压空气依次通过第一气路201、第一三通控制阀3和第二气路202送入至第一地下含水层6中存储；
本发明释能时，关闭第一三通控制阀3的第一个接口(在图1中为第一三通控制阀3的左端)，以及打开第一三通控制阀3的第二个接口(在图1中为第一三通控制阀3的下端)，同时打开第一三通控制阀3的第三个接口(在图1中为第一三通控制阀3的右端)，则第一地下含水层6中所存储的高压空气依次通过第二气路202、第一三通控制阀3和第三气路203输送至膨胀装置4，以驱动膨胀装置4进行膨胀做功，从而驱动发电机5发电，则发电机5产生的电能可通过第三线路103输送给电网7使用。
其中，潮汐电站1产生的电能中，除去潮汐电站1直接供给电网7的电能后所剩余的电能称为余电。
本发明根据电网7的负载电量，决定了潮汐电站1产生电能的走向，即：如果电网7能完全接收潮汐电站1产生的电能，则潮汐电站1产生的电能全部供给电网7，则此时空压装置2不会得到工作；如果电网7用不完潮汐电站1产生的电能，则剩余的余电会通过第二线路102供给空压装置2工作(现有技术中的电力调度系统决定了这个走向，电力调度系统能够科学合理地进行电力控制和远程调度。具体的：电网7本身没有储存功能，只能传输电能，其负载电量是有一定上限的，当其负载达到上限时，可将潮汐电站1的电能转化为另一种能量形式(即压缩空气能)，避免造成能量浪费，实现平衡电力负荷)，从而本发明可进行上述储能的工作，而当电网7的用电量需求增大时，本发明可进行上述释能的工作，从而使本发明达到削峰填谷的作用，因此可对可再生能源进行重复利用。
地下含水层是指在沿海地带能够给出或者透过相当数量的水的岩层，是一种多孔介质，内部充满水和带孔隙的沙砾，本发明第一地下含水层6可以是：东北地区、长三角地区、环渤海地区，这些地区的电力需求较高、基础设施建设较好，而且具备建设储能系统的经济基础。
本发明储能时，地下含水层中注入高压空气时，地下含水层中的水在高压空气的作用下向周围排开，地下含水层利用孔隙介质达到储存高压空气的作用。而由于地下含水层分布广泛，则减少了储能系统对地质条件的限制，且储存量大，同时由于本申请利用地下含水层储能，则本申请实质上是直接利用地形来储能，从而成本低，同时，使用寿命长，安全性远高于地面设施，是最具潜力的地质储能储气库；本发明释能时，则地下含水层中的气体压力变小，则地下含水层中所存储的高压空气在周围水分的作用下，能够使放气过程维持恒定的供气压力，使得系统在放气释能过程中更加稳定，则能提高高压空气释放的充分性。即，本申请可使放气过程维持恒定的供气压力，可减少能量损失，降低电流波动性，从而提高储能效率(储能效率指储存起来的能量与输入能量的比)。
另外，本发明储能时，高压空气会经过第一三通控制阀3进入至第一地下含水层6中被存储，且本发明释能时，第一地下含水层6中被存储的高压空气会经过第一三通控制阀3进入至膨胀装置4，则本发明可以通过第一三通控制阀3来调控经过第一三通控制阀3的高压空气的流量，从而可增加本发明输送至膨胀装置4内的高压空气的稳定性，因此可增强膨胀装置4驱动发电机5发电的稳定性，以能提高本发明输出电量的稳定性。
第一三通控制阀3如何调控流量的原理是成熟的现有技术，例如可使第一三通控制阀3连接在PLC控制器上，同时PLC控制器还与膨胀装置4电性连接，以能在PLC控制器中预设膨胀装置4的额定功率、额定转速等信息，从而利用PLC控制器中的程序来控制第一三通控制阀3调控流量，在此就不再赘述。
本发明中，空压装置2包括：驱动电机21和压缩机22，且驱动电机21通过第二线路102得电工作，以驱动压缩机22压缩空气来产生高压空气，而压缩机22具体可以是离心式压缩机、活塞式压缩机、容积式压缩机等。
本发明中，膨胀装置4具体可以是气动发动机、气体膨胀机。
实施例2，在实施例1的基础上，还包括：第二三通控制阀8和第二地下含水层9；
第二三通控制阀8的第一个接口通过第四气路204与膨胀装置4的输出端接通，第二三通控制阀8的第二个接口通过第五气路205与第二地下含水层9双向接通，同时第二三通控制阀8的第三个接口通过第六气路206与空压装置2接通。
实施例2中的储能原理与实施例1的储能原理相同，即：本发明储能时：本发明的潮汐电站1将海洋潮汐的能量转换成电能，且潮汐电站1产生的电能可以通过第一线路101输送给电网7使用，而电网不需要的余电可通过第二线路102传送给空压装置2，以能使空压装置2得电后压缩空气以得到高压空气，且打开第一三通控制阀3的第一个接口(在图1中为第一三通控制阀3的左端)，以及打开第一三通控制阀3的第二个接口(在图1中为第一三通控制阀3的下端)，同时关闭第一三通控制阀3的第三个接口(在图1中为第一三通控制阀3的右端)，则空压装置2产生的高压空气依次通过第一气路201、第一三通控制阀3和第二气路202送入至第一地下含水层6中存储；
实施例2释能时，关闭第一三通控制阀3的第一个接口(在图1中为第一三通控制阀3的左端)，以及打开第一三通控制阀3的第二个接口(在图1中为第一三通控制阀3的下端)，同时打开第一三通控制阀3的第三个接口(在图1中为第一三通控制阀3的右端)，则第一地下含水层6中所存储的高压空气依次通过第二气路202、第一三通控制阀3和第三气路203输送至膨胀装置4，以驱动膨胀装置4进行膨胀做功，从而驱动发电机5发电，则发电机5产生的电能可通过第三线路103输送给电网7使用，同时，打开第二三通控制阀8的第一个接口(图2中为第二三通控制阀8的右端)，关闭第二三通控制阀8的第三个接口(图2中为第二三通控制阀8的左端)，同时打开第二三通控制阀8的第二个接口(图2中为第二三通控制阀8的下端)，则膨胀装置4排出的低品质压缩空气依次通过第四气路204、第二三通控制阀8和第五气路205送入至第二地下含水层9中存储；当空压装置2压缩空气时，关闭第二三通控制阀8的第一个接口(图2中为第二三通控制阀8的右端)，打开第二三通控制阀8的第三个接口(图2中为第二三通控制阀8的左端)，同时打开第二三通控制阀8的第二个接口(图2中为第二三通控制阀8的下端)，则第二地下含水层9中所储存的低品质压缩空气依次通过第五气路205、第二三通控制阀8和第六气路206送入至空压装置2的内腔中，以能被空压装置2压缩为高压空气后再依次通过第一气路201、第一三通控制阀3和第二气路202送入至第一地下含水层6中存储，从而使第二地下含水层9中所存储的低品质压缩空气被二次利用，而由于低品质的压缩空气具有较高的压力，可更快的压缩为高压空气，且压缩时需要的能量更少，从而提高储能效率；并且，由于第二地下含水层9中所储存的低品质压缩空气的压力较小而不能做功，但仍然具有一定的压力，所以该低品质压缩空气的压力是高于大气压的压力，因此本申请的空压装置2压缩该低品质的压缩空气会比直接压缩大气压的空气更省功。
本申请采用上述技术方案，不同深度的地下含水层的地下水压力不同可以实现不同压力的储气。第一地下含水层6用来储存高压空气，第二地下含水层9用来储存膨胀装置排出的低品质压缩空气。
其中，本发明第二地下含水层9可以是：东北地区、长三角地区、环渤海地区，这些地区的电力需求较高、基础设施建设较好，而且具备建设储能系统的经济基础。
另外，第二三通控制阀8如何调控也为现有技术，例如：具体可以是将第二三通控制阀8与PLC控制器连接，以利用PLC控制器中的程序来控制第二三通控制阀8的调控工作。
实施例3，在实施例1的基础上，还包括：水雾发生装置10，且水雾发生装置10通过第一管路301接通空压装置2，同时水雾发生装置10通过第二管路302接通膨胀装置4。
本申请采用上述技术方案，储能时，空压装置2压缩空气会产生大量压缩热，则水雾发生装置10可将其中的常温水雾通过第一管路301送入至空压装置2，以通过常温水雾吸收压缩热，从而使空压装置2实现近等温压缩；释能时，膨胀装置4会产生大量冷量，则水雾发生装置10可将其中的常温水雾通过第二管路302送入至膨胀装置4，以降低膨胀装置4内的冷量，从而使膨胀装置4实现近等温膨胀，而由于空气与常温水雾混合实现近等温膨胀，及时消除高压空气膨胀时产生的冷量，实现了冷能、热能互补和转换，从而提高了储能效率。
其中，水雾发生装置10为现有技术，在现有技术中有多种规格，在此就不再赘述。
其中，水雾发生装置10中的水雾进入至空压装置2中后，可与空压装置2中的空气混合，以与空压装置2中的空气一起被压缩后进入至第一地下含水层6中；水雾发生装置10中的水雾进入至膨胀装置4中后，随着膨胀装置4膨胀做功可排出至大气，也可在膨胀装置4上接通有气液分离装置，以能被二次利用。
为了进一步优化上述技术方案，潮汐电站1包括：潮汐流通通道11、水力发电装置12、蓄水库13和潮汐流量调节阀门14；
潮汐流通通道11的一个端口接通至海水，另一端与蓄水库13接通，同时水力发电装置12连接在潮汐流通通道11内，且水力发电装置12通过第一线路101连接至电网7；
潮汐流量调节阀门14连接在潮汐流通通道11上，以控制潮汐流通通道11内潮汐流通的的流量。
其中，潮汐流通通道11和蓄水库13建设在海中的位置为现有技术，以及水力发电装置12如何连接在潮汐流通通道11内也是现有技术，在此就不再赘述。
本申请采用上述技术方案，利用海水涨落产生的水位差所具有的势能，从而海水能使水力发电装置12产生电能(水力发电装置12为现有技术，具体可以是水轮发电机组，则海水能使水轮发电机组中的水轮机转动，从而水轮机带动水轮发电机组中的发电机发电)，从而水力发电装置12产生的电能可通过第一线路101连接至电网7；
并且，潮汐流通通道1上连接的潮汐流量调节阀门14可控制潮汐流通通道1内的流量，因此可使水力发电装置12恒定持续发电，以提高本发明输出电量的稳定性。
潮汐流量调节阀门14如何调控流量的原理是成熟的现有技术，例如可使潮汐流量调节阀门14连接在PLC控制器上，同时PLC控制器还与监测海水浪潮高度的水位计连接，则能利用PLC控制器中的程序来控制潮汐流量调节阀门14，在此就不再赘述。
另外，在涨潮时，海水还可通过潮汐流通通道11进入至蓄水库13中进行存储，而等落潮时，则蓄水库13中的海水可通过潮汐流通通道11流向水力发电装置12、以能驱动水力发电装置12持续发电。
为了进一步优化上述技术方案，本发明中的潮汐电站1在现有技术中建设有多种规格，因此本发明中的潮汐电站1也可以是现有技术中的其他结构。
为了进一步优化上述技术方案，蓄水库13的顶端为用于流入潮汐的开口端。
本申请采用上述技术方案，在涨潮时，海水的浪潮的高度大于蓄水库13的高度时，则海水可通过蓄水库13顶端的开口进入至蓄水库13中进行存储，从而提高蓄水库13中存水的效率。
第二方面，本发明提供了一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，
潮汐电站1通过潮汐能发电，且潮汐电站1产生的电能通过第一线路101发送至电网7；
潮汐电站1供给电网7后剩余的余电通过第二线路102输送给空压装置2，以使空压装置2得电压缩空气；
当打开第一三通控制阀3的第一个接口，且打开第一三通控制阀3的第二个接口，同时关闭第一三通控制阀3的第三个接口时，空压装置2中输出的压缩空气依次通过第一气路201、第一三通控制阀3和第二气路202送入至第一地下含水层6中存储；
当关闭第一三通控制阀3的第一个接口，且打开第一三通控制阀3的第二个接口，同时打开第一三通控制阀3的第三个接口时，第一地下含水层6中存储的空气依次通过第二气路202、第一三通控制阀3和第三气路203输送至膨胀装置4，以驱动膨胀装置4进行膨胀做功，从而驱动发电机5发电，则发电机5产生的电能通过第三线路103输送给电网7。
其中，潮汐电站1产生的电能中，除去潮汐电站1直接供给电网7的电能后所剩余的电能称为余电。
本发明根据电网7的负载电量，决定了潮汐电站1产生电能的走向，即：如果电网7能完全接收潮汐电站1产生的电能，则潮汐电站1产生的电能全部供给电网7，则此时空压装置2不会得到工作；如果电网7用不完潮汐电站1产生的电能，则剩余的余电会通过第二线路102供给空压装置2工作(现有技术中的电力调度系统决定了这个走向，电力调度系统能够科学合理地进行电力控制和远程调度。具体的：电网7本身没有储存功能，只能传输电能，其负载电量是有一定上限的，当其负载达到上限时，可将潮汐电站1的电能转化为另一种能量形式(即压缩空气能)，避免造成能量浪费，实现平衡电力负荷)，从而本发明可进行上述储能的工作，而当电网7的用电量需求增大时，本发明可进行上述释能的工作，从而使本发明达到削峰填谷的作用，因此可对可再生能源进行重复利用。
地下含水层是指在沿海地带能够给出或者透过相当数量的水的岩层，是一种多孔介质，内部充满水和带孔隙的沙砾，本发明第一地下含水层6可以是：东北地区、长三角地区、环渤海地区，这些地区的电力需求较高、基础设施建设较好，而且具备建设储能系统的经济基础。
本发明储能时，地下含水层中注入高压空气时，地下含水层中的水在高压空气的作用下向周围排开，地下含水层利用孔隙介质达到储存高压空气的作用。而由于地下含水层分布广泛，则减少了储能系统对地质条件的限制，且储存量大，同时由于本申请利用地下含水层储能，则本申请实质上是直接利用地形来储能，从而成本低；同时，使用寿命长，安全性远高于地面设施，是最具潜力的地质储能储气库；本发明释能时，则地下含水层中的气体压力变小，则地下含水层中所存储的高压空气在周围水分的作用下，能够使放气过程维持恒定的供气压力，使得系统在放气释能过程中更加稳定，则能提高高压空气释放的充分性。即，本申请可使放气过程维持恒定的供气压力，可减少能量损失，降低电流波动性，从而提高储能效率。
另外，本发明储能时，高压空气会经过第一三通控制阀3进入至第一地下含水层6中被存储，且本发明释能时，第一地下含水层6中被存储的高压空气会经过第一三通控制阀3进入至膨胀装置4，则本发明可以通过第一三通控制阀3来调控经过第一三通控制阀3的高压空气的流量，从而可增加本发明输送至膨胀装置4内的高压空气的稳定性，因此可增强膨胀装置4驱动发电机5发电的稳定性，以能提高本发明输出电量的稳定性。
第一三通控制阀3如何调控流量的原理是成熟的现有技术，例如可使第一三通控制阀3连接在PLC控制器上，同时PLC控制器还与膨胀装置4电性连接，以能在PLC控制器中预设膨胀装置4的额定功率、额定转速等信息，从而利用PLC控制器中的程序来控制第一三通控制阀3调控流量，在此就不再赘述。
本发明中，空压装置2包括：驱动电机21和压缩机22，且驱动电机21通过第二线路102得电工作，以驱动压缩机22压缩空气来产生高压空气，而压缩机22具体可以是离心式压缩机、活塞式压缩机、容积式压缩机等。
本发明中，膨胀装置4具体可以是气动发动机、气体膨胀机。
为了进一步优化上述技术方案，当关闭第一三通控制阀3的第一个接口，且打开第一三通控制阀3的第二个接口，同时打开第一三通控制阀3的第三个接口时，同时打开第二三通控制阀8的第一个接口，且关闭第二三通控制阀8的第三个接口，以及打开第二三通控制阀8的第二个接口，以使膨胀装置4排出的空气依次通过第四气路204、第二三通控制阀8和第五气路205送入至第二地下含水层9中存储；当空压装置2压缩空气时，关闭第二三通控制阀8的第一个接口，打开第二三通控制阀8的第三个接口，同时打开第二三通控制阀8的第二个接口，以使第二地下含水层9中所储存的空气依次通过第五气路205、第二三通控制阀8和第六气路206送入至空压装置2的内腔中，以能被空压装置2压缩后，再依次通过第一气路201、第一三通控制阀3和第二气路202送入至第一地下含水层6中存储。
本申请采用上述技术方案，不同深度的地下含水层的地下水压力不同可以实现不同压力的储气。第一地下含水层6用来储存高压空气，第二地下含水层9用来储存膨胀装置排出的低品质压缩空气。
并且，能使第二地下含水层9中所存储的低品质压缩空气被二次利用，而由于低品质的压缩空气具有较高的压力，可更快的压缩为高压空气，且压缩时需要的能量更少，从而提高储能效率；并且，由于第二地下含水层9中所储存的低品质压缩空气的压力较小而不能做功，但仍然具有一定的压力，所以该低品质压缩空气的压力是高于大气压的压力，因此本申请的空压装置2压缩该低品质的压缩空气会比直接压缩大气压的空气更省功。
其中，本发明第二地下含水层9可以是：东北地区、长三角地区、环渤海地区，这些地区的电力需求较高、基础设施建设较好，而且具备建设储能系统的经济基础。
为了进一步优化上述技术方案，当空压装置2压缩空气时，水雾发生装置10中产生的水雾通过第一管路301输送至空压装置2中，以为空压装置2降温。
本申请采用上述技术方案，储能时，空压装置2压缩空气会产生大量压缩热，则水雾发生装置10可将其中的常温水雾通过第一管路301送入至空压装置2，以通过常温水雾吸收压缩热，从而使空压装置2实现近等温压缩。
其中，水雾发生装置10中的水雾进入至空压装置2中后，可与空压装置2中的空气混合，以与空压装置2中的空气一起被压缩后进入至第一地下含水层6中。
为了进一步优化上述技术方案，当膨胀装置4膨胀做功时，水雾发生装置10中产生的水雾通过第二管路302输送至膨胀装置4中，以为膨胀装置4升温。
本申请采用上述技术方案，释能时，膨胀装置4会产生大量冷量，则水雾发生装置10可将其中的常温水雾通过第二管路302送入至膨胀装置4，以降低膨胀装置4内的冷量，从而使膨胀装置4实现近等温膨胀，而由于空气与常温水雾混合实现近等温膨胀，及时消除高压空气膨胀时产生的冷量，实现了冷能、热能互补和转换，从而提高了储能效率。
本申请中，水雾发生装置10为现有技术，在现有技术中有多种规格，在此就不再赘述。
其中，水雾发生装置10中的水雾进入至膨胀装置4中后，随着膨胀装置4膨胀做功可排出至大气，也可在膨胀装置4上接通有气液分离装置，以能被二次利用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，其特征在于，包括：潮汐电站(1)、空压装置(2)、第一三通控制阀(3)、膨胀装置(4)、发电机(5)和第一地下含水层(6)；
所述潮汐电站(1)通过第一线路(101)连接至电网(7)；
所述空压装置(2)通过第二线路(102)连接在所述第一线路(101)上；
所述第一三通控制阀(3)的第一个接口通过第一气路(201)与所述空压装置(2)的输出端接通，且所述第一三通控制阀(3)的第二个接口通过第二气路(202)与所述第一地下含水层(6)双向接通，同时所述第一三通控制阀(3)的第三个接口通过第三气路(203)与所述膨胀装置(4)的进口端接通；
所述膨胀装置(4)与所述发电机(5)连接，以驱动所述发电机(5)发电；
所述发电机(5)通过第三线路(103)连接至所述电网(7)。
2.根据权利要求1所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，其特征在于，还包括：第二三通控制阀(8)和第二地下含水层(9)；
所述第二三通控制阀(8)的第一个接口通过第四气路(204)与所述膨胀装置(4)的输出端接通，所述第二三通控制阀(8)的第二个接口通过第五气路(205)与所述第二地下含水层(9)双向接通，同时所述第二三通控制阀(8)的第三个接口通过第六气路(206)与所述空压装置(2)接通。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，其特征在于，还包括：水雾发生装置(10)，且所述水雾发生装置(10)通过第一管路(301)接通所述空压装置(2)，同时所述水雾发生装置(10)通过第二管路(302)接通所述膨胀装置(4)。
4.根据权利要求1所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，其特征在于，所述潮汐电站(1)包括：潮汐流通通道(11)、水力发电装置(12)、蓄水库(13)和潮汐流量调节阀门(14)；
所述潮汐流通通道(11)的一个端口接通至海水，另一端与所述蓄水库(13)接通，同时所述水力发电装置(12)连接在所述潮汐流通通道(11)内，且所述水力发电装置(12)通过所述第一线路(101)连接至所述电网(7)；
所述潮汐流量调节阀门(14)连接在所述潮汐流通通道(11)上，以控制潮汐流通通道(11)内潮汐流通的的流量。
5.根据权利要求3所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能装置，其特征在于，所述蓄水库(13)的顶端为用于流入潮汐的开口端。
6.一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，其特征在于，
潮汐电站(1)通过潮汐能发电，且所述潮汐电站(1)产生的电能通过第一线路(101)发送至电网(7)；
所述潮汐电站(1)供给所述电网(7)后剩余的余电通过第二线路(102)输送给空压装置(2)，以使所述空压装置(2)得电压缩空气；
当打开第一三通控制阀(3)的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀(3)的第二个接口，同时关闭所述第一三通控制阀(3)的第三个接口时，所述空压装置(2)中输出的压缩空气依次通过第一气路(201)、所述第一三通控制阀(3)和第二气路(202)送入至第一地下含水层(6)中存储；
当关闭所述第一三通控制阀(3)的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀(3)的第二个接口，同时打开所述第一三通控制阀(3)的第三个接口时，所述第一地下含水层(6)中存储的空气依次通过所述第二气路(202)、所述第一三通控制阀(3)和第三气路(203)输送至膨胀装置(4)，以驱动所述膨胀装置(4)进行膨胀做功，从而驱动发电机(5)发电，则所述发电机(5)产生的电能通过第三线路(103)输送给所述电网(7)。
7.根据权利要求6所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，其特征在于，当关闭所述第一三通控制阀(3)的第一个接口，且打开所述第一三通控制阀(3)的第二个接口，同时打开所述第一三通控制阀(3)的第三个接口时，同时打开第二三通控制阀(8)的第一个接口，且关闭所述第二三通控制阀(8)的第三个接口，以及打开所述第二三通控制阀(8)的第二个接口，以使所述膨胀装置(4)排出的空气依次通过第四气路(204)、所述第二三通控制阀(8)和所述第五气路(205)送入至第二地下含水层(9)中存储；当所述空压装置(2)压缩空气时，关闭所述第二三通控制阀(8)的第一个接口，打开所述第二三通控制阀(8)的第三个接口，同时打开所述第二三通控制阀(8)的第二个接口，以使所述第二地下含水层(9)中所储存的空气依次通过所述第五气路(205)、所述第二三通控制阀(8)和第六气路(206)送入至所述空压装置(2)的内腔中，以能被所述空压装置(2)压缩后，再依次通过所述第一气路(201)、所述第一三通控制阀(3)和所述第二气路(202)送入至所述第一地下含水层(6)中存储。
8.根据权利要求6-7任一项所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，其特征在于，当所述空压装置(2)压缩空气时，水雾发生装置(10)中产生的水雾通过第一管路(301)输送至所述空压装置(2)中，以为所述空压装置(2)降温。
9.根据权利要求6-7任一项所述的一种利用地下含水层的潮汐能压缩空气储能方法，其特征在于，当所述膨胀装置(4)膨胀做功时，水雾发生装置(10)中产生的水雾通过第二管路(302)输送至所述膨胀装置(4)中，以为所述膨胀装置(4)升温。
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