CN204357626U - 一种节能扬水蓄能再发电装置 - Google Patents

一种节能扬水蓄能再发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种节能扬水蓄能再发电装置，它涉及扬水蓄能电站发电领域，第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的上端分别由气体管路、数个气体回路同步控制截止阀和数个单向阀将气体循环压缩机串联链接在其中，气体循环压缩机内设置有压缩机曲轴，外置工艺气体压缩装置分别与气体循环压缩机、第一压力密闭容器和第二压力密闭容器上端的管路连接，且连接处设置有气体压力损失补偿调控阀，外置工艺气体压缩装置内设置有外置气体压缩机和外置储气罐。它实现了压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间往返途径重叠一致并经历相同的气体与水的容积准平衡交换，达到节能为目的的扬水蓄能再发电的技术与工艺。

Description

一种节能扬水蓄能再发电装置
技术领域：
本实用新型涉及一种节能扬水蓄能再发电装置，属于扬水蓄能电站发电技术领域。
背景技术：
由于扬水蓄能电站能够顶尖峰，填低谷，并有调频、调相、旋转备用、事故备用、黑启动等功能，且具有负荷跟踪速度快的特点，故对改善电网的经济性和稳定性有很大作用，显示出其在现代电网中不可替代的位置。但是，扬水蓄能需要消耗能量来完成，如何提高扬水蓄能和发电之间的转化效率是当代能源战略的主要研究对象；在现代扬水蓄能和发电的技术与装备系列文献中尚未有相关的文献报道。
实用新型内容：
针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种节能扬水蓄能再发电装置。
本实用新型的一种节能扬水蓄能再发电装置，它包含高位蓄水装置、低位蓄水装置、水轮发电机组、第一压力密闭容器、第二压力密闭容器、注水管路、扬水管路、注水管路截止阀、注水回路单向阀、气体管路、气体回路同步控制截止阀、单向阀、气体循环压缩机、压缩机曲轴、外置工艺气体压缩装置、气体压力损失补偿调控阀、外置气体压缩机、外置储气罐、压力继电器、气体调节阀、高位水位传感器、低位水位传感器、水位极限控制传感器、计算机自动控制装置、池水管路、池水管路截止阀，高位蓄水装置和低位蓄水装置之间串联有水轮发电机组，高位蓄水装置与水轮发电机组之间连接有泄水管路，泄水管路上设置有池水管路截止阀，第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的底部分别通过注水管路和扬水管路与低位蓄水装置的底部和高位蓄水装置液面的上端连接相通，注水管路上设置有注水管路截止阀，注水管路与第一压力密闭容器和第二压力密闭容器之间设置有数个注水回路单向阀，第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的上端分别由气体管路、数个气体回路同步控制截止阀和数个单向阀将气体循环压缩机串联链接在其中，气体循环压缩机内设置有压缩机曲轴，外置工艺气体压缩装置分别与气体循环压缩机、第一压力密闭容器和第二压力密闭容器上端的管路连接，且连接处设置有气体压力损失补偿调控阀，外置工艺气体压缩装置内设置有外置气体压缩机和外置储气罐，外置储气罐上设置有压力继电器和气体调节阀，第一压力密闭容器和第二压力密闭容器内均设置有高位水位传感器、低位水位传感器和水位极限控制传感器，且高位水位传感器、低位水位传感器和水位极限控制传感器均与气体管路配置的电控阀和计算机自动控制装置相连接。
作为优选，所述的高位蓄水装置的上端由扬水管路经止回阀分别与第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的底端相连接为扬水路线。
作为优选，所述的高位蓄水装置的底端经泄水管路与水轮发电机组进水口相连接和水轮发电机组排水口与低位蓄水装置相通为水的势能发电应用系统。
作为优选，所述的低位蓄水装置的底端由注水管路经止回阀分别与第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的底端相连接为注水路线。
作为优选，所述的第一压力密闭容器和第二压力密闭容器的顶端分别由气体管路、气体回路同步控制截止阀和单向阀从两端与气体循环压缩机活塞吸排气口相连接并组成气体闭口工艺应用系统。
作为优选，所述的气体管路将气体循环压缩机串联在第一压力密闭容器和第二压力密闭容器之间，总是从一组密闭容器里连续吸入这个储存的比体积容积功并全部充入另一组密闭容器里的往复循环过程，气体与水容积变化过程的交界面始终控制在密闭容器中。
作为优选，所述的外置工艺气体压缩装置和外置储气罐经电控阀再经气体管路与气体闭口应用系统相连接为工艺气体压力补偿系统。
作为优选，所述的高位水位传感器和低位水位传感器主要用于自动控制气与水交界面的变化过程始终在第一压力密闭容器和第二压力密闭容器里。
作为优选，所述的计算机自动控制装置由水位传感器触发信号经计算机编程数据自动控制气体管路的电控阀动作。
本实用新型的有益效果：它利用高位到低位两个蓄水装置与两组密闭容器之间组成阶梯式位能，其中一组密闭容器中工艺储存着气体容积功，利用串联在两组密闭容器之间的压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间相互交替转换储存方式，使得两组密闭容器中的水在气体压力作用下交替完成注水和扬水过程，实现了压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间往返途径重叠一致并经历相同的气体与水的容积准平衡交换，达到节能为目的的扬水蓄能再发电的技术与工艺；适用于现有各种地形水库、沿海地区和海上孤岛的扬水蓄能发电，河流跨流域高位远程水调度，应用于火电、核电等发电厂替代水泵为锅炉节能供水等。
附图说明：
为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本实用新型的结构示意图。
1-高位蓄水装置；2-低位蓄水装置；3-水轮发电机组；4-第一压力密闭容器；5-第二压力密闭容器；6-注水管路；7-扬水管路；8-注水管路截止阀；9-注水回路单向阀；10-气体管路；11-气体回路同步控制截止阀；12-单向阀；13-气体循环压缩机；14-压缩机曲轴；15-外置工艺气体压缩装置；16-气体压力损失补偿调控阀；17-外置气体压缩机；18-外置储气罐；19-压力继电器；20-气体调节阀；21-高位水位传感器；22-低位水位传感器；23-水位极限控制传感器；24-计算机自动控制装置；25-池水管路；26-池水管路截止阀。
具体实施方式：
如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含高位蓄水装置1、低位蓄水装置2、水轮发电机组3、第一压力密闭容器4、第二压力密闭容器5、注水管路6、扬水管路7、注水管路截止阀8、注水回路单向阀9、气体管路10、气体回路同步控制截止阀11、单向阀12、气体循环压缩机13、压缩机曲轴14、外置工艺气体压缩装置15、气体压力损失补偿调控阀16、外置气体压缩机17、外置储气罐18、压力继电器19、气体调节阀20、高位水位传感器21、低位水位传感器22、水位极限控制传感器23、计算机自动控制装置24、池水管路25、池水管路截止阀26，高位蓄水装置1和低位蓄水装置2之间串联有水轮发电机组3，高位蓄水装置1与水轮发电机组3之间连接有泄水管路25，泄水管路25上设置有池水管路截止阀26，第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5的底部分别通过注水管路6和扬水管路7与低位蓄水装置2的底部和高位蓄水装置1液面的上端连接相通，注水管路6上设置有注水管路截止阀8，注水管路6与第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5之间设置有数个注水回路单向阀9，第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5的上端分别由气体管路10、数个气体回路同步控制截止阀11和数个单向阀12将气体循环压缩机13串联链接在其中，气体循环压缩机13内设置有压缩机曲轴14，外置工艺气体压缩装置15分别与气体循环压缩机13、第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5上端的管路连接，且连接处设置有气体压力损失补偿调控阀16，外置工艺气体压缩装置15内设置有外置气体压缩机17和外置储气罐18，外置储气罐18上设置有压力继电器19和气体调节阀20，第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5内均设置有高位水位传感器21、低位水位传感器22和水位极限控制传感器23，且高位水位传感器21、低位水位传感器22和水位极限控制传感器23均与气体管路配置的电控阀和计算机自动控制装置24相连接。
其中，所述的高位蓄水装置1的上端由扬水管路7经止回阀分别与第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5的底端相连接为扬水路线；所述的高位蓄水装置1的底端经泄水管路25与水轮发电机组3进水口相连接和水轮发电机组3排水口与低位蓄水装置1相通为水的势能发电应用系统；所述的低位蓄水装置2的底端由注水管路6经止回阀分别与第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5的底端相连接为注水路线；所述的第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5的顶端分别由气体管路10、气体回路同步控制截止阀11和单向阀12从两端与气体循环压缩机13活塞吸排气口相连接并组成气体闭口工艺应用系统；所述的气体管路10将气体循环压缩机13串联在第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5之间，总是从一组密闭容器里连续吸入这个储存的比体积容积功并全部充入另一组密闭容器里的往复循环过程，气体与水容积变化过程的交界面始终控制在密闭容器中；所述的外置工艺气体压缩装置15和外置储气罐18经电控阀再经气体管路10与气体闭口应用系统相连接为工艺气体压力补偿系统；所述的高位水位传感器21和低位水位传感器22主要用于自动控制气与水交界面的变化过程始终在第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5里；所述的计算机自动控制装置24由水位传感器触发信号经计算机编程数据自动控制气体管路的电控阀动作。
本具体实施方式设低位蓄水装置2的液面为基点，这个基点与第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5中的高位水位传感器21定位的距离为一个常数，在排气压力不变时，这个常数越大密闭容器序列中储存的气体内能膨胀功越大，压缩机吸气时的比体积容积越高，实现的节能扬水效果越明显。
本具体实施方式选用在第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5中进行气，水交替置换容积的扬水方式，首先在其中一组密闭容器序列中充入并储存一定比体积的气体容积功，控制这个气体容积功无法外泄的工艺技术，一是密闭容器序列上端由气体管道、电控阀、止回阀、气体压缩机等组成的气体闭口系统控制着气体无法外泄，同时外置气源可以随时自动补偿水对气体的溶解量和阀门泄漏的容积损失；二是密闭容器序列下端连接扬水管路中水的重力压力与大气压力之和等于这个气体内能压力使气体无法外泄，三是密闭容器序列下端设置的注水管路中的止回阀在容器气体内能压力作用下被逆向阻断气体无法外泄。
本具体实施方式通过建立高位和低位两个蓄水装置与两组等高等容的密闭容器序列之间组成阶梯位能，其中高位蓄水装置1的底部与低位蓄水装置2的液面距离为一个常数，那么低位蓄水装置2的液面与第一压力密闭容器4和第二压力密闭容器5内的高位水位传感器21的距离则至少两倍于这个常数，超过这个常数的倍率越大则工艺储存于密闭容器里的气体容积功的压力越高，压缩机的实际应用节能效率越大；工艺应用前首先在第一压力密闭容器4与第二压力密闭容器5的其中一组密闭容器序列中储存一定的气体容积功，由于这个气体容积功的压力与扬水管路7中水的重力压力相等，另注水管路单向阀9在气体容积功的压力作用下被逆向阻断，因此气体容积功被控制在密闭容器序列和气体管路10中无法泄漏；生产过程是利用双向作用空气压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间相互转换储存方式，即被充入气体的密闭容器序列中水被等容积顶入高位蓄水装置，而被抽取气体密闭容器序列中的气体减压并小于低位蓄水装置水的重力压力时再次等容积注入水，这个过程周而复始；扬水管路配置数量的截面积之和大于压缩机活塞配置数量的截面积之和，而气体的流通特性优于水，依据帕斯卡原理使压缩机活塞施加于气体微元上的力通过气体管道至密闭容器和扬水管道时得到力的放大，使其流通特性优于传统水泵；双向作用压缩机压缩的生产运行过程，实现了气体容积功在两组密闭容器之间往返途径重叠一致和经历完全相同气体与水的容积准平衡交换，交换完毕后与其初始储存状态相同；由于气体容积功的膨胀力是双向作用压缩机驱动力的一部分，其比体积的缩小提高了压缩机活塞的容积效率和减小了压缩机活塞排气与吸气之间的压差，实现了压缩机气顶(扬)水过程输入动力的节能目的，其节能性远高于传统水泵扬水蓄能和发电的转化效率。
本具体实施方式利用高位到低位两个蓄水装置与两组密闭容器之间组成阶梯式位能，其中一组密闭容器中工艺储存着气体容积功，利用串联在两组密闭容器之间的压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间相互交替转换储存方式，使得两组密闭容器中的水在气体压力作用下交替完成注水和扬水过程，实现了压缩机压缩这个气体容积功在两组密闭容器之间往返途径重叠一致并经历相同的气体与水的容积准平衡交换，达到节能为目的的扬水蓄能再发电的技术与工艺；适用于现有各种地形水库、沿海地区和海上孤岛的扬水蓄能发电，河流跨流域高位远程水调度，应用于火电、核电等发电厂替代水泵为锅炉节能供水等。
实施例：
设高位蓄水装置1的底部与低位蓄水装置2的液面距离h1为一个常数，那么低位蓄水装置2的液面与密闭容器序列里的高位水位传感器28和21的定位距离hn则至少两倍于这个常数，hn增加倍率越大，工艺储存于密闭容器里的气体内能压力P0越大，气体循环压缩机13的应用节能效率越大；工艺应用之前首先在两组密闭容器序列的其中一组密闭容器里工艺充入并储存一定的气体容积功，控制这个气体容积功无法外泄的工艺为，一是扬水管路6中水的重力压力gH与环境大气压力patm之和等于密闭容器储存的气体内能P0即gH.patm PO，使密闭容器中储存的气体内能P0V0无法通过扬水路线外泄，二是注水管路6中设置的单向阀，在气体内能压力P0和扬水管路7中水的重力压力gH.patm共同作用下被逆向阻断，控制着气体内能P0V0无法通过注水路线外泄，三是两组密闭容器序列上端由单向阀、可控截止阀、气体管道和压缩机组成气体闭口系统，因此充入密闭容器里的气体容积功P0V0被控制在容器里；由于外置储气罐18里储存的气体压力pz始终大于密闭容器里的气体内能P0，计算机程序依据高位水位传感器和水位极限控制传感器23组合模块的输入信号按制度气体调节阀20的开和关动作，来自动补偿密闭容器P0V0的容积泄露损失，而外置气体压缩机17依据压力继电器19的控制制度随时补偿外置储气罐18的压力损失，因此保证了密闭容器的气体容积P0V0相对稳定；在应用过程中，由于扬水管路7中水的重力压力gH始终保持不变，其扬水管路7配置数量的截面积B之和大于压缩机活塞配置数量的截面积A之和，扬水管路7与压缩机活塞组成液体与气体的两个缸，依据帕斯卡原理使压缩机活塞施加于气体微元上的力通过气体管道和密闭容器至扬水管道得到放大；气体循环压缩机13的压缩过程，总是从一组密闭容器里抽取气体容积功并全部充入另一组密闭容器中的往返过程，这个气体容积与水容积在密闭容器里交替变化的交界面，由高、低位水位传感器的触发信号输送给计算机，经计算机数据编程控制同步气体截止阀12自动交叉换向开关方式来达到；高与低位蓄水装置之间的位能设置关系为，一是在现有水库两岸可以利用具有一定位能的山坳和山顶建立高位蓄水装置与水库组成相互位能关系，二是在现有水库之下建立低位蓄水装置组成相互位能关系，三是在平原地区可以利用地下废弃矿井容积经特殊防渗、耐压处理后与地上水源组成相互位能关系；气体循环压缩机13根据工艺扬程H来选用多级、水冷机型；输入动力pW1和pW2可选用电力、风力、蓄力等动力。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种节能扬水蓄能再发电装置，其特征在于：它包含高位蓄水装置(1)、低位蓄水装置(2)、水轮发电机组(3)、第一压力密闭容器(4)、第二压力密闭容器(5)、注水管路(6)、扬水管路(7)、注水管路截止阀(8)、注水回路单向阀(9)、气体管路(10)、气体回路同步控制截止阀(11)、单向阀(12)、气体循环压缩机(13)、压缩机曲轴(14)、外置工艺气体压缩装置(15)、气体压力损失补偿调控阀(16)、外置气体压缩机(17)、外置储气罐(18)、压力继电器(19)、气体调节阀(20)、高位水位传感器(21)、低位水位传感器(22)、水位极限控制传感器(23)、计算机自动控制装置(24)、池水管路(25)、池水管路截止阀(26)，高位蓄水装置(1)和低位蓄水装置(2)之间串联有水轮发电机组(3)，高位蓄水装置(1)与水轮发电机组(3)之间连接有泄水管路(25)，泄水管路(25)上设置有池水管路截止阀(26)，第一压力密闭容器(4)和第二压力密闭容器(5)的底部分别通过注水管路(6)和扬水管路(7)与低位蓄水装置(2)的底部和高位蓄水装置(1)液面的上端连接相通，注水管路(6)上设置有注水管路截止阀(8)，注水管路(6)与第一压力密闭容器(4)和第二压力密闭容器(5)之间设置有数个注水回路单向阀(9)，第一压力密闭容器(4)和第二压力密闭容器(5)的上端分别由气体管路(10)、数个气体回路同步控制截止阀(11)和数个单向阀(12)将气体循环压缩机(13)串联链接在其中，气体循环压缩机(13)内设置有压缩机曲轴(14)，外置工艺气体压缩装置(15)分别与气体循环压缩机(13)、第一压力密闭容器(4)和第二压力密闭容器(5)上端的管路连接，且连接处设置有气体压力损失补偿调控阀(16)，外置工艺气体压缩装置(15)内设置有外置气体压缩机(17)和外置储气罐(18)，外置储气罐(18)上设置有压力继电器(19)和气体调节阀(20)，第一压力密闭容器(4)和第二压力密闭容器(5)内均设置有高位水位传感器(21)、低位水位传感器(22)和水位极限控制传感器(23)，且高位水位传感器(21)、低位水位传感器(22)和水位极限控制传感器(23)均与气体管路配置的电控阀和计算机自动控制装置(24)相连接。
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