CN208474040U - 一种空气增压式高压水储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能量存储技术领域，具体提供一种空气增压式高压水储能装置，包括储水塔楼、进水控制阀门、出水控制阀门、抽水设备、空气增压控制阀门、压缩空气设备、排气阀门、检修放空阀门、水力发电机组和电网，所述的储水塔楼的上部分别连接空气增压控制阀门和排气阀门，储水塔楼的下部分别连接进水控制阀门和出水控制阀门，储水塔楼的底部连接检修放空阀门，进水控制阀门连接抽水设备，出水控制阀门连接水力发电机组，空气增压控制阀门连接压缩空气设备，抽水设备、水力发电机组和压缩空气设备均连接电网，本实用新型汲取抽水蓄能和压缩空气储能的优点，克服它们的不足，运行方便，使用寿命长，储能密度高，绿色环保，建设周期短，见效快。

Description

一种空气增压式高压水储能装置

技术领域

本实用新型涉及能量存储技术领域，属于一种空气增压式高压水储能装置。

背景技术

目前，我国能源消费的主要构成部分是化石燃料，由于化石燃料并非用之不竭、取之不尽，并且化石燃料的燃烧给环境带来了巨大污染，因此开发低碳环保的可再生能源(风力、太阳能等)显得非常重要。以可再生能源为基础的发电受自然条件的限制，具有间歇性和随机性。如光伏发电中光照条件具有不可预测性，输出不稳定，并且光伏发电的输出与负载需求不重合，无法有效利用电网的差价创造最大的经济效益。因此,可再生能源发电的大规模发展需要储能技术的支撑。

常见的储能技术主要包括：抽水蓄能、压缩空气储能、蓄电池(铅酸电池、镍镉电池、钠硫电池等)、飞轮储能、超级电容储能、超导储能等。

抽水蓄能技术是目前最佳的储能技术，它利用电力负荷低谷时的剩余电量，由抽水蓄能机组工作将下水库的水抽到上水库，将电能存储为水的势能，当用电高峰时，将上水库的水带动水轮机用于发电。优点是使用寿命长，效率高，但是它的建造需要特殊的地理位置，必须满足两个水库，且垂直距离也要满足要求，因此它的选址非常困难,它的建设受到很多限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是汲取抽水蓄能和压缩空气储能的优点，克服它们的不足，提供一种运行方便、建设可行的一种空气增压式高压水储能装置。

为此，本实用新型提供了一种空气增压式高压水储能装置，包括储水塔楼、进水控制阀门、出水控制阀门、抽水设备、空气增压控制阀门、压缩空气设备、排气阀门、水力发电机组和电网，所述的储水塔楼的上部分别连接空气增压控制阀门和排气阀门，储水塔楼的下部分别连接进水控制阀门和出水控制阀门，进水控制阀门连接抽水设备，出水控制阀门连接水力发电机组，空气增压控制阀门连接压缩空气设备，抽水设备、水力发电机组和压缩空气设备均连接电网。

所述的储水塔楼的上部设有上限水位线，储水塔楼的下部设有下限水位线且储水塔楼的水位不能低于下限水位。

所述的空气增压控制阀门为单向进气阀门。

还包括安全排气阀门，安全排气阀门连接储水塔楼的上部。

还包括检修放空阀门，检修放空阀门连接在储水塔楼的底部。

一种空气增压式高压水储能装置，包括储能阶段和发电阶段，在储能阶段，利用电网低谷期的电能带动抽水设备将水源的水注入储水塔楼里，再由压缩空气设备将压缩气体注入储水塔楼里至储水塔楼的内压增至设计压力；在发电阶段，储水塔楼里的压力水由出水控制阀门放出带动水力发电机组运转发电。

所述的储能阶段的空气增压包括预增压和后增压。

所述的储水塔楼的最大内压小于限定值。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种空气增压式高压水储能装置，可以建在有充足水源的河边、海边，也可以建设在水库、湖泊周边，没有传统水库建设的淹没损失和移民搬迁，没有抽水蓄能电站建设上苛刻的选址要求，它只需要在水源附近的一小块地进行建设，本空气增压式高压水储能装置，用电力负荷低谷时的剩余电量或者风电、光伏电站的电量，将水抽入装置并进行空气增压，完成储能；在电力负荷高峰时段，将高压水放出发电，完成释能，存储成本低，能量密度、使用寿命与抽水蓄能相当，甚至更优，是一种新型的物理储能形式。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是空气增压式高压水储能装置的结构示意图；

图2是空气增压式高压水储能装置的原理示意图。

附图标记说明：1、储水塔楼；2、进水控制阀门；3、出水控制阀门；4、抽水设备；5、空气增压控制阀门；6、压缩空气设备；7、安全排气阀门；8、排气阀门；9、检修放空阀门；10、水力发电机组；11、电网；12、上限水位线；13、下限水位线。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：包括储水塔楼1、进水控制阀门2、出水控制阀门3、抽水设备4、空气增压控制阀门5、压缩空气设备6、排气阀门8、检修放空阀门9、水力发电机组10和电网11，所述的储水塔楼1的上部分别连接空气增压控制阀门5和排气阀门8，储水塔楼1的下部分别连接进水控制阀门2和出水控制阀门3，储水塔楼1的底部连接检修放空阀门9，进水控制阀门2连接抽水设备4，出水控制阀门3连接水力发电机组10，空气增压控制阀门5连接压缩空气设备6，抽水设备4、水力发电机组10和压缩空气设备6均连接电网11。储水塔楼1是布置在地面的储水建筑物，一般采用钢筋混凝土及钢衬复合结构，也可以是满足承载的其他材质的结构或者复合结构；进水控制阀门2是连接抽水设备的控制阀门，抽水储能时开启；出水控制阀门3是连接水力发电机组的控制阀门，出水释能时开启；空气增压控制阀门5是连接压缩空气设备6的控制阀门，空气增压时开启，当需要排出部分增压气体以利运行时，开启排气阀门8；检修放空阀门9：在储水塔楼检修时，开启检修放空阀门9放空储水塔楼1的水体，以方便检修工作的顺利开展。

进一步的，所述的储水塔楼1的上部设有上限水位线12，储水塔楼1的下部设有下限水位线13且储水塔楼1的水位不能低于下限水位线13。储水塔楼1上限水位以上空间里储有增压气体，只有在储水塔楼1检修时才可以放空水体，其他时间高压水水位不能低于下限水位，以保持增压气体不被泄漏。

进一步的，所述的空气增压控制阀门5为单向进气阀门，保证压缩空气设备6向储水塔楼1快速地输入压缩气体，并将内压升至设计压力。

进一步的，还包括安全排气阀门7，安全排气阀门7连接储水塔楼1的上部，当储水塔楼1内压达到设计极限压力时，安全排气阀门7自动开启排气降压，确保储水塔楼1结构安全。

进一步的，还包括检修放空阀门9，检修放空阀门9连接在储水塔楼1的底部。在储水塔楼检修时，开启检修放空阀门8放空储水塔楼1的水体，以方便检修工作的顺利开展。

实施例2：

如图1和图2所示，在实施例1的基础上，一种空气增压式高压水储能装置，包括储能阶段和发电阶段，在储能阶段，利用电网11低谷期的电能带动抽水设备4将水源的水注入储水塔楼1里，再由压缩空气设备6将压缩气体注入储水塔楼1里至储水塔楼1的内压增至设计压力；在发电阶段，储水塔楼1里的压力水由出水控制阀门3放出带动水力发电机组10运转发电；所述的储能阶段的空气增压包括预增压和后增压；应根据设计要求与本装置配套使用的设备情况，选择最优最经济增压运行工况，要进行详细的分析计算，技术经济比较后选用。

在储能阶段，选用预增压空气增压方式时，储水塔楼1水位应处于下限水位或以上，在抽水设备4抽水开始前由压缩空气设备6输入压缩气体，达到预定压力后开始抽水储能作业。当水位上升至上限水位，抽水储能作业完成，水位以上空气被压缩至最高设计压力。

在储能阶段，选用后增压空气增压方式时，储水塔楼水1位应处于下限水位或以上，在抽水设备4开始抽水储能作业的同时，开启上部的排气阀门8，以解除水位上升时的空气压力阻力。当水位上升至上限水位，停止抽水作业，关闭排气阀门8，抽水储能作业完成，开启空气增压控制阀门5输入额定压力的压缩气体，使上限水位以上空气压力增至最高设计压力。

在发电阶段，将存储在储水塔楼1里的高压力水，由出水控制阀门3放出，带动水力发电机组10运转发电，以满足电力负荷高峰时段的电网使用。

本空气增压式高压水储能装置的储能容量随储水量的变化而变化，但不超过最大容积。当储能时，储水塔楼1的储能容量随储水量增大而增大；当释能发电时，储水塔楼1的储能容量随储水量减小而减小。同时，储能容量也和上部增压气体的压力值成正比，压力大储能容量也高，但储水塔楼1的最大内压力不能超过限定值，否则会破坏储水塔楼1结构。因此，当储水塔楼1的最大内压力达到限定值时，上部的安全排气阀门7会自动打开，排气降压。

储水塔楼1是本储能装置的核心部分，应根据设计压力、地质条件及使用要求，通过科学计算确定体型、材质和运行方式，此计算方式为现有技术，在此不做具体说明。

本实用新型具有运行方便，使用寿命长，储能密度高，绿色环保，建设周期短，见效快的技术特点，本实用新型布置灵活，施工较便捷，储能密度高，有很好的应用前景，在不具备地形条件建设抽水蓄能电站的地方，在为消纳新能源而需要建设储能电站的地方，特别是建设在海边、海岛，对海上风电的储能有很好的比较优势，本实用新型将有很大的发展空间,应用前景广阔，可以做到以下几点：

1)削峰填谷：可以将用电低谷时的电能储存在本空气增压式高压水储能装置中，在用电高峰时释放，实现削峰填谷的作用。

2)负载侧管理：现在全国大部分省市工业用电均实施峰谷分时电价制，高峰时段电价是低谷时段电价的3倍左右，因此储存用电低谷时的电能，在用电峰值时释放发电，这样可以使效益最大化，同时减少供电系统的运营成本。

3)后备电源：可以作为企业重要用电设备的供电保障或紧急情况的后备电源。传统的后备电源一般采用柴油机和蓄电池，柴油机的启动需要一定时间，且设备容易老化、可维护性差；电池的容量有限，无法实现长时间的供电；本空气增压式高压水储能装置具有启动时间短、能量密度高、能够快速持续的供电，而且维修方便、使用寿命长，只需定期检测高压水储水量是否能够满足要求。

4)应用于可再生能源：可以将风力发电、太阳能发电等可再生能源，形成稳定的供电。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：包括储水塔楼（1）、进水控制阀门（2）、出水控制阀门（3）、抽水设备（4）、空气增压控制阀门（5）、压缩空气设备（6）、排气阀门（8）、水力发电机组（10）和电网（11），所述的储水塔楼（1）的上部分别连接空气增压控制阀门（5）和排气阀门（8），储水塔楼（1）的下部分别连接进水控制阀门（2）和出水控制阀门（3），进水控制阀门（2）连接抽水设备（4），出水控制阀门（3）连接水力发电机组（10），空气增压控制阀门（5）连接压缩空气设备（6），抽水设备（4）、水力发电机组（10）和压缩空气设备（6）均连接电网（11）。

2.根据权利要求1所述的一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：所述的储水塔楼（1）的上部设有上限水位线（12），储水塔楼（1）的下部设有下限水位线（13）且储水塔楼（1）的水位不能低于下限水位线（13）。

3.根据权利要求2所述的一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：所述的空气增压控制阀门（5）为单向进气阀门。

4.根据权利要求3所述的一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：还包括安全排气阀门（7），安全排气阀门（7）连接储水塔楼（1）的上部。

5.根据权利要求4所述的一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：还包括检修放空阀门（9），检修放空阀门（9）连接在储水塔楼（1）的底部。

6.根据权利要求5所述的一种空气增压式高压水储能装置，其特征在于：所述的储水塔楼（1）的最大内压小于限定值。