CN117267093A - 水气共存压缩空气储能系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水气共存压缩空气储能系统及控制方法，水气共存压缩空气储能系统包括：储能装置、第一换能装置和第二换能装置，储能装置包括第一容器、第二容器和连接管，第二容器设于第一容器内，且第二容器与连接管的一端连通，连接管的另一端与水库连通；第一换能装置与供电端和第一容器连通，用于电能转换为高压空气储存于第一容器；第二换能装置与第一容器和用电端连通，用于将第一容器储存的高压空气转换成电能输出，其中，第二容器的至少一部分可变形，以使高压空气储存至第一容器内时可挤压第二容器发生变形。根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统，通过设置可变形的第二容器，可提高储能装置的能量密度，提高系统的储能量。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及一种水气共存压缩空气储能系统及控制方法。
背景技术
目前，在大容量大规模的水气共存压缩空气储能系统中，水气共存罐中同时存在高压空气与水这两种介质，高压空气可以溶于水中，易使空气通过水的流动从水气共存罐中泄漏，降低了储能系统的能量密度，由此限制了水气共存压缩空气储能的储能量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种水气共存压缩空气储能系统，所述水气共存压缩空气储能系统可提高储能量。
本发明还提出一种水气共存压缩空气储能系统的控制方法。
根据本发明第一方面实施例的水气共存压缩空气储能系统，包括：储能装置，所述储能装置包括第一容器、第二容器和连接管，所述第一容器具有连通口，所述第二容器设于所述第一容器内，且所述第二容器与所述连接管的一端连通，所述连接管穿过所述连通口且所述连接管的另一端与水库连通；第一换能装置，所述第一换能装置与供电端和所述第一容器连通，用于将所述供电端的电能转换为高压空气储存于所述第一容器；第二换能装置，所述第二换能装置与所述第一容器和用电端连通，用于将所述第一容器储存的高压空气转换成电能输出至用电端，其中，所述第二容器被配置为所述第二容器的至少一部分可变形，以使高压空气储存至所述第一容器内时可挤压所述第二容器发生变形。
根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统，通过在第一容器内设置可变形的第二容器，且第二容器通过连接管与水库连通，使得高压空气储存于第一容器时，高压空气可挤压第二容器以使第二容器变形，第二容器内部体积减小，进而可将第二容器内的水向靠近水库的方向排放，高压空气可以存储在第一容器内，实现储能装置的储能，同时使得储能装置可将其储存的一部分能量转化为水的势能，有利于提高储能装置的储能效果；第二容器的设置使得空气和水完全隔离开，可防止高压空气溶水，进而避免高压空气通过水泄漏至储能装置外，可提高储能装置的能量密度，提高储能系统的储能量。
根据本发明的一些实施例，所述第一容器包括第一外壳，所述第一外壳限定有所述连通口，所述连通口的边缘与所述连接管的外周面或所述第二容器的外壁面密封配合。
根据本发明的一些实施例，所述第二容器包括第二外壳，所述第二外壳与所述连接管连通且所述第二外壳的外侧设有隔热层，所述第二外壳的至少一部分可变形。
在一些示例中，所述隔热层为柔性隔热材料。
在一些示例中，所述第二外壳为柔性材料件。
在一些示例中，所述第二容器还包括：至少一个保护板，所述保护板设在所述第二外壳上且与所述第二外壳贴合，至少一个所述保护板与所述连接管相对布置。
在一些示例中，所述保护板包括多个，至少两个所述保护板沿所述连通口的中心方向相对布置在所述第二外壳的内壁面上。
根据本发明的一些实施例，所述储能装置适于安装至低于水库的位置处。
在一些示例中，所述第一换能装置包括：第一压缩机、第二压缩机、第一冷却器和第二冷却器，所述第一压缩机的一端与所述供电端连通，所述第一压缩机的另一端通过所述第一冷却器与所述第二压缩机或所述第一容器连通，所述第二压缩机通过所述第二冷却器与所述第一容器连通。
在一些示例中，所述第二换能装置包括：第一膨胀机、第二膨胀机、第一加热器、第二加热器和发电机，所述第一膨胀机的一端通过所述第一加热器与所述第一容器连通，所述第一膨胀机的另一端通过第二加热器与所述第二膨胀机连通，所述第二膨胀机与用电端连通。
在一些示例中，所述水气共存压缩空气储能系统还包括：第三换能装置，所述第三换能装置包括高温蓄热罐和低温蓄热罐，所述低温蓄热罐的出口通过所述第一冷却器和/或所述第二冷却器与所述高温蓄热罐的进口连通，所述高温蓄热罐的出口通过所述第一加热器和/或所述第二加热器与所述低温蓄热罐的进口连通。
根据本发明第二方面实施例的水气共存压缩空气储能系统的控制方法，所述水气共存压缩空气储能系统具有第一工作模式和第二工作模式，在所述第一工作模式，所述水气共存压缩空气储能系统用于储能，在所述第二工作模式，所述水气共存压缩空气储能系统用于放能；所述控制方法包括：选择水气共存压缩空气储能系统的工作模式；选择水气共存压缩空气储能系统处于第一工作模式，控制所述第一换能装置与所述第一容器连通；选择水气共存压缩空气储能系统处于第二工作模式，控制所述第二换能装置与所述第一容器连通。
根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统的控制方法，通过采用上述水气共存压缩空气储能系统，可将高压空气的部分能量转化为水的势能储存，可提高水气共存压缩空气储能系统的能量密度。
根据本发明的一些实施例，所述第一换能装置包括：第一压缩机和第二压缩机，选择水气共存压缩空气储能系统处于第一工作模式，控制所述第一换能装置与所述第一容器连通包括：控制所述第一压缩机工作，所述第一压缩机压缩的高压空气存储至所述第一容器，高压空气挤压所述第二容器，直至所述第二容器内的水全部排至所述水库；控制所述第一压缩机和所述第二压缩机同时工作，高压空气存储于所述第一容器，直至所述第一容器内的气压达到所述第一容器设计的上限值。
根据本发明的一些实施例，所述第二换能装置包括：第一膨胀机和第二膨胀机，选择水气共存压缩空气储能系统处于第二工作模式，控制所述第二换能装置与所述第一容器连通包括：控制所述第一膨胀机和所述第二膨胀机同时工作，所述第一容器内的高压空气通过所述第一膨胀机和所述第二膨胀机排出，所述第一容器内的气压逐渐减小，直至所述第一容器内的气压与所述水库内的水对所述储能装置所产生的水压相同；控制所述第二膨胀机工作，所述水库内的水进入所述第二容器，所述第二容器挤压所述第一容器内的高压空气，所述第一容器内的气压保持不变，高压气体通过所述第二膨胀机排出，直至所述第一容器内的高压空气完全排出。
本发明的附加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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一些实施例的水气共存压缩空气储能系统的工作示意图；
图2是根据本发明一些实施例的储能装置的结构示意图；
图3是根据本发明一些实施例的水气共存压缩空气储能系统的控制方法的流程示意图。
附图标记：
水气共存压缩空气储能系统100，供电端110，用电端120，水库200，
储能装置10，连通口101，第一容器11，第一外壳111，第二容器12，第二外壳121，隔热层122，保护板123，连接管13，控制阀131，
第一换能装置20，第一压缩机21，第二压缩机22，第一冷却器23，第二冷却器24，
第二换能装置30，第一膨胀机31，第二膨胀机32，第一加热器33，第二加热器34，发电机35，
第三换能装置40，高温蓄热罐41，低温蓄热罐42。
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，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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”、“相连”、“连接”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。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100包括：储能装置10、第一换能装置20和第二换能装置30，储能装置10包括第一容器11、第二容器12和连接管13，第一容器11具有连通口101，第二容器12设置在第一容器11内，连接管13的一端可穿过连通口101，且第二容器12与连接管13的一端连通，连接管13的另一端与水库200连通，由此水库200通过连接管13与第二容器12连通，水库200可通过连接管13向第二容器12输水。
第一换能装置20与供电端110和第一容器11连通，第一换能装置20用于将供电端110的电能转换为高压空气的内能，且第一换能装置20可将高压空气储存于第一容器11，可实现储能装置10的储能，第二换能装置30与第一容器11和用电端120连通，第二换能装置30用于将第一容器11储存的高压空气的内能转换成电能，且第一换能装置20可将电能输出至用电端120，可实现储能装置10的释能。
其中，第二容器12的一部分可变形，或者第二容器12可整体变形，在高压空气储存至第一容器11内时，第一容器11内的高压空气可挤压第二容器12以使第二容器12发生变形，进而第二容器12的体积减小，第一容器11内空间增大，高压空气可以存储在第一容器11内，实现储能系统100的储能；同时高压空气挤压第二容器12变形，使得第二容器12可通过连接管13向水库200排水，可将高压空气的部分能量转换为水的势能进行储存，有利于提高储能装置10的储能效果。
根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100，通过在第一容器11内设置可变形的第二容器12，且第二容器12通过连接管13与水库200连通，使得高压空气储存于第一容器11时，高压空气可挤压第二容器12以使第二容器12变形，第二容器12内部体积减小，进而可将第二容器12内的水向靠近水库200的方向排放，高压空气可以存储在第一容器11内，实现储能装置10的储能，同时使得储能装置10可将其储存的一部分能量转化为水的势能，有利于提高储能装置10的储能效果；第二容器12的设置使得隔离空气和水完全隔离开，可防止高压空气溶水，进而避免高压空气通过水泄漏至储能装置10外，可提高储能装置10的能量密度，提高储能系统100的储能量。
在一些示例中，连接管13可由水泥浇筑成型，成本低廉，可降低建设成本，连接管13可以是不锈钢管或由钢筋混凝土浇筑而成，其结构强度高，可提高水库200与第二容器12之间输水的稳定性。
如图1所示，在一些示例中，连接管13中设置有控制阀131，通过开启控制阀131，可控制水库200与第二容器12连通，通过关闭控制阀131，可控制水库200与第二容器12断开连通。
如图1所示，根据本发明的一些实施例，储能装置10可以安装至低于水库200的位置处，使得水库200可依靠自身重力势能自发地向储能装置10输水，进而储能装置10在储能时可向水库200排水，以将高压空气的部分能量转换为水的势能储存，由此在储能装置10体积保持相同的情况下，可提高储能装置10的储能量，进而可提高储能装置10的能量密度，保证水气共存压缩空气储能系统100高效运行。
如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，第一容器11包括第一外壳111，第一外壳111限定有连通口101，连通口101的边缘可与连接管13的外周面密封配合，可使得第一容器11形成一个相对封闭的空间，防止第一容器11内的水向外泄漏。
连通口101的边缘也可与第二容器12的外壁面密封配合，可防止第一容器11与第二容器12连通，使得第一容器11形成一个相对封闭的空间，第二容器12也形成一个相对封闭的空间，实现储能装置10内的水与空气的隔离，避免第一容器11内的高压空气溶于水中，可减少能量浪费，有利于提高储能装置10的储能效果。
如图1和图2所示，在一些示例中，连接管13的外壁可与连通口101的边缘密封配合，可减小连接管13与连通口101之间的缝隙，防止第二容器12内的水泄漏，其中，连通口101的内壁或连接管13的外壁可设置有橡胶密封圈，连接管13可与连通口101插接配合，且连接管13可穿设连通口101，进而连接管13与连通口101相互配合可夹紧橡胶密封圈，可实现对连通口101处的密封；当然，连接管13还可通过法兰与连通口101连接，通过在法兰与连通口101之间夹设橡胶垫片，可实现对连通口101的密封；此外，在连接管13与连通口101的连接时，操作人员还可向连接管13与连通口101之间的缝隙填充橡胶泡沫以形成密封层，可提高连通口101处的密封性。
在一些示例中，第一外壳111可以是不锈钢罐或铝合金罐等金属罐体，其结构强度高，可提高第一外壳111的承压能力，防止第一外壳111在储能装置10储能时破裂，且制造成本低，可降低水气共存压缩空气储能系统100的建设成本；第一外壳111也可以是由高密度聚乙烯(HDPE)制成的壳体，其化学性质稳定，抗冲击能力强，可提高储能装置10运行的可靠性，且易于加工。
如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，第二容器12包括第二外壳121，第二外壳121与连接管13连通，第二外壳121可隔离第一容器11内的水与空气，可防止高压空气溶于水，同时第二外壳121将第一外壳111与连接管13断开连通，可避免高压空气排出第一容器11，可降低储能装置10的能量损耗，提高水气共存压缩空气储能系统100的能量密度。
其中，第二外壳121的一部分可变形，或者第二外壳121可整体变形，第一容器11充气使第二容器12变形，第二容器12体积减少，第二容器12内的水可以向水库200方向排水，且在释能时，水库200向第二容器12进水，第二容器12体积增大，可使第一容器11排气，即可使储能装置10充分利用水的势能扩充能量，可提高储能装置10的释能量。
如图2所示，在一些示例中，第二外壳121的外侧可设置有隔热层122，且隔热层122与第二外壳121紧密贴合，可防止第二容器12内的水与第一容器11内高压空气进行热交换，避免空气中的热量散失至水中，提高了储能装置10的储能效果，提高了水气共存压缩空气储能系统100对能量的利用率。
在一些示例中，隔热层122为柔性隔热材料，在提高对第二外壳121的隔热效果的情况下，隔热层122可以随第二外壳121变形，由此可降低对第二外壳121变形的影响，其中，隔热层122可以是薄膜类隔热材料，通过将隔热薄膜粘贴在第二外壳121上，即可实现对第二外壳121的隔热，且易于变形；此外，隔热层122也可以是聚苯乙烯泡沫(EPS)或聚氨酯泡沫(PUR)，通过将泡沫喷涂至第二外壳121上发泡，可实现对第二外壳121的隔热，便于操作。
在一些示例中，第二外壳121可为柔性材料件，柔性材料件易于变形，例如，第二外壳121的材质可以是橡胶或硅胶，其变形能力强，且可有效隔离水与空气，防止高压空气溶于水中。
如图2所示，在一些示例中，第二容器12还包括：保护板123，保护板123设置在第二外壳121上，且保护板123可与第二外壳121贴合，可起到对第二外壳121的防护作用，可提高第二外壳121的承压能力，且可防止第二外壳121过度变形，提高了第二外壳121的使用寿命，其中，保护板123的数量可以是一个，一个保护板123与连接管13相对布置，进而在第二容器12变形排水时，保护板123可覆盖在连通口101上，或着第二外壳121与保护板123贴合的部分可覆盖在连通口101上，保护板123的尺寸大于连通口101的尺寸，由此可以防止高压空气将第二外壳121挤压进连通口101内，进而防止第二外壳121破裂损坏，提高了储能装置10的可靠性。
如图2所示，在一些示例中，保护板123的数量可以是两个，两个保护板123均设于第二外壳121的内壁面上，两个保护板123布置在第二外壳121的相对两侧，且两个保护板123沿连通口的中心方向(如图2所示的上下方向)相对布置，进而在第二容器12变形排水时，两个保护板123可以相互靠近直至抵接，可减小对第二外壳121的冲击，避免第二外壳121被过度压缩，防止第二外壳121破裂损坏，可进一步提高储能装置10的可靠性。
如图2所示，在一些示例中，位于第二外壳121邻近连通口101一侧的保护板123可设有通口，通口与连接管13位置对应，即保护板123可以形成环形，由此便于连接管13与第二外壳121的连接，第二容器12内的水可以通过通口与连接管13连通。
在一些示例中，保护板123的数量可以是更多个，即在第二外壳121内的多个保护板123可围绕连通口101的外周间隔布置，可提高对第二外壳121的防护效果，且易于制造成型。
在一些示例中，保护板123可以是不锈钢板或铝合金板等金属板材，其抗冲击能力强，且成本低廉，可降低建设成本。
如图1所示，在一些示例中，第一换能装置20包括：第一压缩机21、第二压缩机22、第一冷却器23和第二冷却器24，第一压缩机21的一端与外界空气连通，第一压缩机21的另一端可通过第一冷却器23与第二压缩机22连通，第一压缩机21的另一端也可通过第一冷却器23与第一容器11直接连通，第二压缩机22通过第二冷却器24与第一容器11连通，且第一压缩机21和第二压缩机22分别与供电端110电连接，进而第一压缩机21在通电后可压缩空气通过第一冷却器23流至第一容器11内，且第二压缩机22在通电后可进一步压缩第一压缩机21压缩过的空气通过第二冷却器24流至第一容器11内。
在一些示例中，压缩机的数量可以是更多个，冷却器的数量与压缩机的数量对应，例如，每个压缩机均对应有一个冷却器，多个压缩机相互配合，可进一步提高空气压力，且压缩机与冷却器相互配合，可防止空气温度过高，进而有利于实现对空气的连续压缩，以进一步提高储能装置10的储能量，同时提高了水气共存压缩空气储能系统100的储能效率。
如图1所示，在一些示例中，第二换能装置30包括：第一膨胀机31、第二膨胀机32、第一加热器33、第二加热器34和发电机35，第一膨胀机31的一端通过第一加热器33与第一容器11连通，第一膨胀机31的另一端通过第二加热器34与第二膨胀机32连通，第一膨胀机31与第二膨胀机32均外接发电机35，发电机35与用电端120电连接；进而，高压空气膨胀可驱动膨胀机工作，由此膨胀机将第一容器11内高压空气的动能转化为机械能，发电机35将机械能转化为电能。
在一些示例中，第一膨胀机31可为变膨胀比膨胀机，第二膨胀机32可为恒定膨胀比膨胀机，即第二膨胀机32的膨胀比恒定，第一膨胀机31的膨胀比可随进口处的气压变化，具体而言，第一膨胀机31的膨胀比随第一容器11内的气压下降而变化，在第一膨胀机31启动后，若第一膨胀机31的进口气压大于水库200内的水对储能装置10所产生的水压，则第一膨胀机31的出口气压始终与水库200内的水对储能装置10所产生的水压相同，若第一膨胀机31的进口气压小于或等于水库200内的水对储能装置10所产生的水压，则第一膨胀机31停止工作；在第二膨胀机32进口气压等于水库200内的水对储能装置10所产生的水压时，第二膨胀机32可以开始工作。
在一些示例中，膨胀机的数量可以是更多个，加热器的数量与膨胀机的数量对应，例如，每个膨胀机均对应有一个加热器，多个加热器相互配合，可进一步提高空气温度，且加热器与膨胀机相互配合，可提高储能装置10的释能量。
在一些示例中，水气共存压缩空气储能系统100还包括第三换能装置40，第三换能装置40包括高温蓄热罐41和低温蓄热罐42；低温蓄热罐42的出口可通过第一冷却器23与高温蓄热罐41的进口连通，低温蓄热罐42的出口也可通过第二冷却器24与高温蓄热罐41的进口连通；压缩机可压缩空气通过冷气器至第一容器11内，同时低温蓄热罐42内的低温液体可分别通过第一冷却器23和第二冷却器24流入高温蓄热罐41内；其中，压缩机可压缩空气形成高温高压空气，在低温蓄热罐42内的低温液体流经冷却器的过程中，低温液体可吸收高压空气的热量以变成高温液体并储存在高温蓄热罐41内，可降低高压空气的温度，使压缩机压缩后形成的高压高温空气冷却形成高压低温空气，从而有利于提高第一容器11的储气容量，进而有利于提高储能装置10的储能量。
高温蓄热罐41的出口可通过第一加热器33与低温蓄热罐42的进口连通，高温蓄热罐41的出口也可通过第二加热器34与低温蓄热罐42的进口连通，第一容器11内的高压空气可通过加热器流至膨胀机，同时高温蓄热罐41的高温液体通过加热器流入低温蓄热罐42内；其中，储能装置10向第二换能装置30释放高压空气，在高温液体流经加热器的过程中，高温液体可加热高压空气以变成低温液体并储存在低温蓄热罐42，可提升高压空气的温度，可使储能装置10最大限度的释能，有利于提高膨胀机的功率，进而高压高温空气通过膨胀机可驱使发电机35向用电端120发电，可提高水气共存压缩空气储能系统100的释能效率。
如图1所示，在一些示例中，水库一般建造在山体上面，可利用山地高度差形成固定水压差，有利于第一容器11内空气运行在恒压状态，其中，水库比储能装置10高100米，即可在第二容器12内产生1MPa的水压；此外，连接管13可沿着山体的表面布置，用以连通水库和储能装置10，有利于降低水气共存压缩空气储能系统100的建设成本。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100的控制方法，水气共存压缩空气储能系统100具有第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式，水气共存压缩空气储能系统100用于储能，在第二工作模式，水气共存压缩空气储能系统100用于放能；
控制方法包括：选择水气共存压缩空气储能系统100的工作模式；
选择水气共存压缩空气储能系统100处于第一工作模式，控制第一换能装置20与第一容器11连通；
选择水气共存压缩空气储能系统100处于第二工作模式，控制第二换能装置30与第一容器11连通。
根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100的控制方法，通过采用上述水气共存压缩空气储能系统100，可将高压空气的部分能量转化为水的势能储存，可提高水气共存压缩空气储能系统100的能量密度。
根据本发明的一些实施例，第一换能装置20包括：第一压缩机21和第二压缩机22，选择水气共存压缩空气储能系统100处于第一工作模式，控制第一换能装置20与第一容器11连通包括：控制第一压缩机21工作，第一压缩机21压缩的高压空气存储至第一容器11，高压空气挤压第二容器12，直至第二容器12内的水全部排至水库；
控制第一压缩机21和第二压缩机22同时工作，高压空气存储于第一容器11，直至第一容器11内的气压达到第一容器11设计的上限值。
在某些实施方式中，储能系统100储能具有第一储能阶段和第二储能阶段，在第一储能阶段，开启控制阀131，启动第一压缩机21工作，第一压缩机21压缩空气以使第一容器11储气，第一储能阶段可以是空气恒压压缩阶段，即在此阶段，第一容器11内的空气压力始终与水库200内的水对储能装置10所产生的水压相同，进而第一压缩机21可持续向第一容器11压缩空气以挤压第二容器12，可使第二容器12收缩排水，且排出的水沿着连接管13注入至水库200中，当第二容器12内的保护板123相互接触时，控制阀131关闭，第一储能阶段结束。
在第二储能阶段，启动第二压缩机22，可使得第二压缩机22和第一压缩机21共同工作，第二压缩机22和第一压缩机21共同压缩空气至第一容器11内，第二储能阶段可以是空气滑压压缩阶段，即在此阶段，第一容器11内的空气压力始终大于水库200内的水对储能装置10所产生的水压，且气压不断上升，直至气压达到第一容器11设计的上限值，压缩机停止工作，第二储能阶段结束，储能装置10完成储能。
根据本发明的一些实施例，第二换能装置30包括：第一膨胀机31和第二膨胀机32，选择水气共存压缩空气储能系统100处于第二工作模式，控制第二换能装置30与第一容器11连通包括：
控制第一膨胀机31和第二膨胀机32同时工作，第一容器11内的高压空气通过第一膨胀机31和第二膨胀机32排出，第一容器11内的气压逐渐减小，直至第一容器11内的气压与水库200内的水对储能装置10所产生的水压相同；
控制第二膨胀机32工作，水库200内的水进入第二容器12，第二容器12挤压第一容器11内的高压空气，第一容器11内的气压保持不变，高压气体通过第二膨胀机32排出，直至第一容器11内的高压空气完全排出。
在某些实施方式中，储能系统100释能具有第一释能阶段和第二释能阶段，在第一释能阶段，关闭控制阀131，启动第一膨胀机31和第二膨胀机32，第一释能阶段可以是滑压发电阶段，即在此阶段，第一容器11内的空气压力不断变小，第一容器11内的高压空气膨胀并驱动第一膨胀机31和第二膨胀机32同时工作，直至第一容器11内的空气压力与水库200内的水对储能装置10所产生的水压相同，关闭第一膨胀机31，第一释能阶段结束。
在第二释能阶段，打开控制阀131，可使第二容器12充水膨胀，第二释能阶段可以是恒压发电阶段，即在此阶段，第一容器11内的空气压力始终与水库200内的水对储能装置10所产生的水压相同，膨胀的第二容器12可挤压第一容器11内的空气至第二换能装置30，进而空气驱动第二膨胀机32工作，直至第一容器11内的空气完全释放，关闭第二膨胀机32，第二释能阶段结束，储能装置10完成释能。
由此，通过将水气共存压缩空气储能系统100的储能和释能分别划分为两个阶段，有利于提高水气共存压缩空气储能系统100的能量密度。
根据本发明实施例的水气共存压缩空气储能系统100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。其中，上下方向、左右方向和前后方向以图示的上下方向、左右方向和前后方向为准。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (14)
1.一种水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，包括：
储能装置，所述储能装置包括第一容器、第二容器和连接管，所述第一容器具有连通口，所述第二容器设于所述第一容器内，且所述第二容器与所述连接管的一端连通，所述连接管穿过所述连通口且所述连接管的另一端与水库连通；
第一换能装置，所述第一换能装置与供电端和所述第一容器连通，用于将所述供电端的电能转换为高压空气储存于所述第一容器；
第二换能装置，所述第二换能装置与所述第一容器和用电端连通，用于将所述第一容器储存的高压空气转换成电能输出至用电端，
其中，所述第二容器被配置为所述第二容器的至少一部分可变形，以使高压空气储存至所述第一容器内时可挤压所述第二容器发生变形。
2.根据权利要求1所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一容器包括第一外壳，所述第一外壳限定有所述连通口，所述连通口的边缘与所述连接管的外周面或所述第二容器的外壁面密封配合。
3.根据权利要求1所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二容器包括第二外壳，所述第二外壳与所述连接管连通且所述第二外壳的外侧设有隔热层，所述第二外壳的至少一部分可变形。
4.根据权利要求3所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述隔热层为柔性隔热材料。
5.根据权利要求3所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二外壳为柔性材料件。
6.根据权利要求3所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二容器还包括：至少一个保护板，所述保护板设在所述第二外壳上且与所述第二外壳贴合，至少一个所述保护板与所述连接管相对布置。
7.根据权利要求6所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述保护板包括多个，至少两个所述保护板沿所述连通口的中心方向相对布置在所述第二外壳的内壁面上。
8.根据权利要求1所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述储能装置适于安装至低于水库的位置处。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一换能装置包括：第一压缩机、第二压缩机、第一冷却器和第二冷却器，所述第一压缩机的一端与所述供电端连通，所述第一压缩机的另一端通过所述第一冷却器与所述第二压缩机或所述第一容器连通，所述第二压缩机通过所述第二冷却器与所述第一容器连通。
10.根据权利要求9中任一项所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二换能装置包括：第一膨胀机、第二膨胀机、第一加热器、第二加热器和发电机，所述第一膨胀机的一端通过所述第一加热器与所述第一容器连通，所述第一膨胀机的另一端通过第二加热器与所述第二膨胀机连通，所述第二膨胀机与用电端连通。
11.根据权利要求10中任一项所述的水气共存压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：第三换能装置，所述第三换能装置包括高温蓄热罐和低温蓄热罐，所述低温蓄热罐的出口通过所述第一冷却器和/或所述第二冷却器与所述高温蓄热罐的进口连通，所述高温蓄热罐的出口通过所述第一加热器和/或所述第二加热器与所述低温蓄热罐的进口连通。
12.一种根据权利要求1-11中任一项所述的水气共存压缩空气储能系统的控制方法，其特征在于，所述水气共存压缩空气储能系统具有第一工作模式和第二工作模式，在所述第一工作模式，所述水气共存压缩空气储能系统用于储能，在所述第二工作模式，所述水气共存压缩空气储能系统用于放能；所述控制方法包括：
选择水气共存压缩空气储能系统的工作模式；
选择水气共存压缩空气储能系统处于第一工作模式，控制所述第一换能装置与所述第一容器连通；
选择水气共存压缩空气储能系统处于第二工作模式，控制所述第二换能装置与所述第一容器连通。
13.根据权利要求12所述的水气共存压缩空气储能系统的控制方法，其特征在于，所述第一换能装置包括：第一压缩机和第二压缩机，选择水气共存压缩空气储能系统处于第一工作模式，控制所述第一换能装置与所述第一容器连通包括：
控制所述第一压缩机工作，所述第一压缩机压缩的高压空气存储至所述第一容器，高压空气挤压所述第二容器，直至所述第二容器内的水全部排至所述水库；
控制所述第一压缩机和所述第二压缩机同时工作，高压空气存储于所述第一容器，直至所述第一容器内的气压达到所述第一容器设计的上限值。
14.根据权利要求12所述的水气共存压缩空气储能系统的控制方法，其特征在于，所述第二换能装置包括：第一膨胀机和第二膨胀机，选择水气共存压缩空气储能系统处于第二工作模式，控制所述第二换能装置与所述第一容器连通包括：
控制所述第一膨胀机和所述第二膨胀机同时工作，所述第一容器内的高压空气通过所述第一膨胀机和所述第二膨胀机排出，所述第一容器内的气压逐渐减小，直至所述第一容器内的气压与所述水库内的水对所述储能装置所产生的水压相同；
控制所述第二膨胀机工作，所述水库内的水进入所述第二容器，所述第二容器挤压所述第一容器内的高压空气，所述第一容器内的气压保持不变，高压气体通过所述第二膨胀机排出，直至所述第一容器内的高压空气完全排出。
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