CN205805816U - 一种利用海底压力能的储水发电系统 - Google Patents

Abstract

一种利用海底压力能的储水发电系统，包括存储容器、海水抽水蓄能机组和压力管道，所述存储容器设置于海底，包括第一开口端，第一开口端连接至压力管道，压力管道上设置有阀门；所述海水抽水蓄能机组设置于海底且连接至所述压力管道上，所述海水抽水蓄能机组包括与压力管道连接的流体机械以及与所述流体机械传动连接的电动/发电机。本实用新型发电系统利用海底与存储容器内的压力差来实现电力储能，无需建设高、低位蓄水池，不受地理条件的限制；系统利用海水作为工作介质，解决了传统抽水蓄能对淡水资源的依赖问题。适用于各种类型的电源，对环境友好，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用海底压力能的储水发电系统

技术领域

本实用新型属于电力储能技术领域，特别涉及一种利用海底压力能的储水发电系统。

背景技术

电力储能是指通过介质或设备把多余的电力存储起来，在需要时再释放出来的过程。近年来，为适应风电、光伏发电等新能源、可再生能源大规模开发利用的需要；提高常规电力系统及能源系统综合利用效率的需要；保障电力和能源供应安全性的需要，电力储能技术竞相涌现，发展迅猛。

根据能量转换形式，电力储能技术总体上可分为物理储能、化学储能和电磁储能。物理储能方式主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和冰蓄冷；化学储能主要有铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等；电磁储电主要有超级电容和超导储能等。目前，已在大规模商业系统中运行的电力储能系统只有抽水蓄能和压缩空气两种，其中，抽水蓄能因其具有技术成熟、效率高、容量大、蓄能周期长等优点，成为目前广泛使用的电力储能系统。

抽水蓄能是在电力系统用电负荷低谷时段，通过水泵将水从低位水库送到高位水库，将电能转化为水的势能存储起来，在用电高峰时，水从高位水库排放到低位水库驱动水轮机做功发电。抽水蓄能电站的全寿命周期可达40年以上，其综合效率一般为70-80％。但是，传统的抽水蓄能系统需要特殊的地理条件建造上下两个蓄水池，初期投资巨大，建设周期长(一般约5-15年)。此外，传统的抽水蓄能系统利用淡水作为运行工质，系统对淡水资源的依赖较大，这对于一些淡水资源匮乏的岛国、城市等适用性较小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种利用海底压力储能释能的抽水蓄能系统，以解决以上所述的至少一项技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的抽水蓄能系统，利用海底压力能进行电力储存。

具体的说，本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种利用海底压力能的储水发电系统，包括存储容器、海水抽水蓄能机组和压力管道，其特征在于：

所述存储容器设置于海底，包括第一开口端，第一开口端连接至压力管道，所述压力管道上设置有阀门；

所述海水抽水蓄能机组设置于海底且连接至所述压力管道上，所述海水抽水蓄能机组包括与压力管道连接的流体机械以及与所述流体机械传动连接的电动/发电机。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其存储容器还包括一第二开口端，第二开口端经通气管道与海平面上方的大气连通。

根据本实用新型的一具体实施方案，所通气管道上设置有调压阀门。

根据本实用新型的一具体实施方案，对于利用海底压力能的储水发电系统，其海水抽水蓄能机组中设置有与电动/发电机连接的变速调节系统。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其压力管道连通海水的入口处设置有拦污栅。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其存储容其形状为球形或圆柱形；优选的，所述存储容器为一个或多个，相互平行排列。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其存储容器和海水抽水蓄能机组用桩、注浆、吸力锚或压载物直接压制固定在海底。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其电动/发电机按照电动机模式工作时，其驱动电源为火力发电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电等其中的一种或多种。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其海水抽水蓄能机组为四机分置式海水抽水蓄能机组、三机串联式海水抽水蓄能机组或二机可逆式海水抽水蓄能机组；优选的，所述海水抽水蓄能机组至少为1个。

根据本实用新型的一具体实施方案，所述的利用海底压力能的储水发电系统，其流体机械包括多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机，所述多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机为串联或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。

通过上述技术方案可以看出，本实用新型的有益效果在于：

(1)通过将整个系统置于海底，利用海底的压力能来进行电力储存，与传统的抽水蓄能系统相比，可有效的克服其选址困难、水位变幅大、对淡水资源依赖大、对环境影响大、成本较高等问题，适用于临近海边淡水资源匮乏的岛国和城市；

(2)同时，电动/发电机按照电动机模式工作时，适用于各种类型的电源，具有广阔的应用前景；

(3)通过该发电系统，在蓄能时通过电缆将多余的电能输送到海水抽水蓄能机组，通过水泵或可逆式水泵水轮机将存储容器中的海水排空，从而将电能转化为水的势能存储起来；

(4)通过在储能容器上设置经通气管道与海平面上方的大气连通的第二开口端，并且通气管道上设置有调压阀门，经调整调压阀门可以调节容器内的压力。

附图说明

图1为本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统的实施例1结构示意图。

图2为本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统的实施例2结构示意图。

图中各标号为：

1、压力管道；2、压力管道入口阀门；10、调压阀门；3、可逆式水泵水轮机；4、海水抽水蓄能机组；5、可逆式电动发电机；6、阀门；7、存储容器；8、通气管道；9、海平面；11、海底。

具体实施方式

本实用新型的基本构思在于，提供一种利用海底压力能的储水发电系统，包括存储容器、海水抽水蓄能机组和压力管道，所述存储容器设置于海底，包括第一开口端，第一开口端连接至压力管道，压力管道上设置有阀门；所述海水抽水蓄能机组也设置于海底且连接至压力管道上，包括流体机械以及与所述流体机械传动连接的电动/发电机。通过将整个系统置于海底，利用海底的压力能来进行电力蓄能和释能。

蓄能时，所述电动/发电机按照电动机模式工作，所述电动/发电机带动流体机械旋转，所述流体机械将存储容器中的海水经阀门、压力管道输运至所述海洋中；释能时，所述电动/发电机按照发电机模式工作，海水在海底和存储容器内压力差的驱动下带动流体机械旋转，所述流体机械带动电动/发电机发电，海水经流体机械、压力管道、阀门回流至存储容器。

其中，对于存储容器，其还可以包括一第二开口端，第二开口端经通气管道与海平面上方的大气连通。在通气管道上设置有调压阀门，便于调节所述存储容器内的压力。

优选的，存储容器其形状为球形、圆柱形等形状；还优选的，存储容器为一个或多个，相互平行排列。

优选的，存储容器可以由预制混凝土和高强度钢板中的一种或多种制成。

其中，对于海水抽水蓄能机组，其还可以设置有变速调节系统，所述变速调节系统通过改变所述电动/发电机的转速，使流体机械在负荷变化时仍能在高效工况下运行。

其海水抽水蓄能机组可以为四机分置式海水抽水蓄能机组、三机串联式海水抽水蓄能机组或二机可逆式海水抽水蓄能机组。

流体机械可以设置多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机，所述多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机为串联或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。

优选的，水泵是叶轮式泵或容积式泵，所述叶轮式泵为轴流式泵、混流式泵和离心式泵，所述容积式泵为齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵和滑片泵。

优选的，水轮机是冲击式水轮机或反击式水轮机，所述冲击式水轮机为水斗式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机，所述反击式水轮机为轴流式水轮机、混流式水轮机、斜流式水轮机和贯流式水轮机。

优选的，可逆式水泵水轮机，为混流式、斜流式和贯流式。

另外，海水抽水蓄能机组中，其电动/发电机按照电动机模式工作时，其驱动电源为火力发电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电等其中的一种或多种。

优选的，海水抽水蓄能机组的个数为至少一个。

流体机械可以选取多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机，其中，所述多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机为串联或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。

其中，对于压力管道来说，管道上均设置有阀门，便于储存容量的调整以及设备调试和维修。

优选的，压力管道的入口处设置有拦污栅，防止海洋生物进入压力管道，降低系统的运行效率。

优选的，存储容器和海水抽水蓄能机组用桩、注浆、吸力锚或压载物直接压制固定在海底。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型作详细描述，由于以下所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所想到的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。

在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

具体实施例1：

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图。其中，调压阀门10打开，整个系统置于海底11，通气管道8通向海平面9上空的大气。存储容器7固定在海底11，其一端通过阀门6、压力管道1与海水抽水蓄能机组4相连，一端连接通气管道8。其中海水抽水蓄能机组4包括可逆式水泵水轮机3和可逆式电动发电机5和变速调节系统，可逆式水泵水轮机3与可逆式电动发电机5的传动轴固接。

本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统在蓄能时，压力管道入口阀门2和阀门6打开，低谷(低价)电驱动海水抽水蓄能机组4中的可逆式水泵水轮机3，将存储容器7中的海水通过压力管道1排放到海洋中。蓄能过程结束，阀门6关闭。

本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统在释能时，压力管道入口阀门2和阀门6打开，海水因为压力差进入存储容器7并驱动海水抽水蓄能机组4中的可逆式水泵水轮机3对外做功，带动可逆式电动发电机5发电。释能过程结束，阀门6关闭。

一般情况下，蓄能与释能过程不同时运行，蓄能时，海水抽水蓄能机组工作在水泵-电动机模式。释能时则相反，海水抽水蓄能机组工作在水轮机-发电机模式。

具体实施例2：

图2为本实用新型的实施例2的结构示意图。其中，调压阀门10关闭，整个系统置于海底11，存储容器7固定在海底11，其一端通过阀门6、压力管道1与海水抽水蓄能机组4相连。其中海水抽水蓄能机组4包括可逆式水泵水轮机3和可逆式电动发电机5，可逆式水泵水轮机3与可逆式电动发电机5的传动轴固接。与实施例1相比，实施例2中存储容器内气压低于大气压。

本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统在蓄能时，压力管道入口阀门2和阀门6打开，低谷(低价)电驱动海水抽水蓄能机组4中的可逆式水泵水轮机3，将存储容器7中的海水通过压力管道1排放到海洋中，使存储容器7内气体压力低于大气压。储能过程结束，阀门6关闭。

本实用新型的利用海底压力能的储水发电系统在释能时，压力管道入口阀门2和阀门6打开，海水因为压力差进入存储容器7并驱动海水抽水蓄能机组4中的可逆式水泵水轮机3对外做功，带动可逆式电动发电机5发电。释能过程结束，阀门6关闭。

一般情况下，蓄能与释能过程不同时运行，储能时，抽水蓄能机组工作在水泵-电动机模式。释能时则相反，海水抽水蓄能机组工作在水轮机-发电机模式。

本实用新型利用海底压力能的储水发电系统中，海水抽水蓄能机组4既可采用二机可逆式海水抽水蓄能机组，也可以采用四机分置式海水抽水蓄能机组和三机串联式海水抽水蓄能机组，其工作流程和原理也与上述实施方案相同。

本实用新型在蓄能时通过电缆将多余的电能输送到海水抽水蓄能机组，通过水泵或可逆式水泵水轮机将存储容器中的海水排空，从而将电能转化为水的势能存储起来。在释能时，由于存储器中的压力为大气压或者低于大气压，与海底存在一定的压力差，海水受压力差驱动进入存储容器，同时驱动水轮机或可逆式水泵水轮机发电。系统利用海底的压力能来进行电力储存，将整个系统置于海底，有效的克服了传统抽水蓄能系统选址困难、水位变幅大、对淡水资源依赖大、对环境影响大、成本较高等问题。

以上所述的具体实施案例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施案例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用海底压力能的储水发电系统，包括存储容器、海水抽水蓄能机组和压力管道，其特征在于：

所述存储容器设置于海底，包括第一开口端，第一开口端连接至压力管道，压力管道上设置有阀门；

所述海水抽水蓄能机组设置于海底且连接至所述压力管道上，所述海水抽水蓄能机组包括与压力管道连接的流体机械以及与所述流体机械传动连接的电动/发电机。

2.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于，所述存储容器还包括一第二开口端，第二开口端经通气管道与海平面上方的大气连通。

3.根据权利要求2所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于，所述通气管道上设置有调压阀门。

4.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于，所述海水抽水蓄能机组中设置有与电动/发电机连接的变速调节系统。

5.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于，所述压力管道连通海水的入口处设置有拦污栅。

6.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于：所述存储容器其形状为球形或圆柱形；优选的，所述存储容器为一个或多个，相互平行排列。

7.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于：所述存储容器和海水抽水蓄能机组用桩、注浆、吸力锚或压载物直接压制固定在海底。

8.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于：所述电动/发电机按照电动机模式工作时，其驱动电源为火力发电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电等其中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于：所述海水抽水蓄能机组为四机分置式海水抽水蓄能机组、三机串联式海水抽水蓄能机组或二机可逆式海水抽水蓄能机组；优选的，所述海水抽水蓄能机组至少为1个。

10.根据权利要求1所述的利用海底压力能的储水发电系统，其特征在于：所述流体机械包括多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机，所述多台水泵、水轮机或可逆式水泵水轮机为串联或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。