CN212615208U

CN212615208U - 一种电力储能系统

Info

Publication number: CN212615208U
Application number: CN202021280930.4U
Authority: CN
Inventors: 郑开云; 梁宏; 蒋励
Original assignee: Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-07-02

Abstract

本实用新型公开了一种电力储能系统，属于能源技术领域。该电力储能系统包括低位水池、压缩气体储罐组件、高位水池组、抽水储能系统、高压水管、低压水管、压缩空气储能系统和气体输送管，其中，压缩气体储罐组件设置于低位水池中；高位水池组设置于压缩气体储罐组件的顶部；高压水管一端与抽水储能系统连接，另一端与高位水池组连通，低压水管一端与抽水储能系统连接，另一端与低位水池连通；气体输送管一端与压缩气体储罐组件连通，另一端与压缩空气储能系统连接。该电力储能系统既能实现抽水储能又能实现压缩空气储能，储能更加灵活，且无需借助地理条件，建设地点的选择更加灵活。

Description

一种电力储能系统

技术领域

本实用新型涉及能源技术领域，尤其涉及一种储能系统。

背景技术

长期以来，为满足不断增加的电力负荷要求，电力部门不得不根据最大负荷要求建设发电能力。这一方面造成了大量发电能力的过剩和浪费，另一方面，电力部门又不得不在用电高峰时段限制用电。因此，迫切需要经济、稳定、可靠及高效的电力储能系统与之相配套并改善系统负荷峰谷差异过大的情况。特别对于核电站等仅能高位运行的电力系统，电力储能系统的需求就更为迫切。

压缩空气储能技术是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，通过压缩机将常压空气压缩至高压来存储多余的电能，在需要用电时将高压空气释放并通过膨胀机做功发电。但是压缩空气储能技术存在两方面的缺点：一是压缩空气储存需要占用很大的容积，除非借助于地下的洞穴等地理条件，否则需要建设大量的储罐，成本高；二是系统启动需要一些时间，至少几分钟，快速响应能力较弱。抽水储能技术具有效率高及响应负荷变动能力强等优点，可起到调频、事故备用及黑启动等重要作用。但是抽水储能技术需要高位来形成水的势能，即依赖特殊的地理条件建造水库和水坝，建设周期很长，初期投资巨大。

因此，亟需一种无需借助地理条件且储能灵活的电力储能系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种电力储能系统，该电力储能系统既能实现抽水储能又能实现压缩空气储能，储能更加灵活，且无需借助地理条件，建设地点的选择更加灵活。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电力储能系统，包括：

低位水池；

压缩气体储罐组件，设置于所述低位水池中；

高位水池组，设置于所述压缩气体储罐组件的顶部；

抽水储能系统、高压水管和低压水管，所述高压水管一端与所述抽水储能系统连接，另一端与所述高位水池组连通，所述低压水管一端与所述抽水储能系统连接，另一端与所述低位水池连通；

压缩空气储能系统和气体输送管，所述气体输送管一端与所述压缩气体储罐组件连通，另一端与所述压缩空气储能系统连接。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩气体储罐组件包括多个支撑结构和多个相互连通的压缩气体储罐，所述支撑结构用于连接相邻的所述压缩气体储罐，所述高位水池组设置于所述压缩气体储罐的顶部。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩气体储罐组件还包括气体连通管，所述气体连通管用于连通多个所述压缩气体储罐。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩气体储罐的长径比为250～270。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩气体储罐的高度不低于50m。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩气体储罐的形状为圆筒形。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述高位水池组包括多个高位水池，多个所述高位水池之间相互连通。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，多个所述高位水池的形状以及尺寸均相同。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述压缩空气储能系统采用超临界压缩空气储能系统。

作为一种电力储能系统的优选技术方案，所述超临界压缩空气储能系统压缩空气的最高压力为10MPa。

本实用新型提供了一种电力储能系统，压缩空气储能系统能够通过气体输送管向压缩气体储罐组件中输送空气或压缩气体储罐组件通过气体输送管向压缩空气储能系统输送空气；抽水储能系统能够通过高压水管向高位水池组输入水或高位水池组通过高压水管向抽水储能系统输送水，从而实现了电力储能系统既能抽水储能又能压缩空气储能的目的，储能更加灵活，并且抽水储能系统启动速度快，可弥补压缩空气储能系统在启动速度上的不足，使整个电力储能系统具备调频、事故备用以及黑启动的功能，除此之外，抽水储能系统的储能效率高，可达75％以上，压缩空气储能系统的储能效率相对较低，70％以下，抽水储能系统可弥补压缩空气储能系统在储能效率上的欠缺，提高整个电力储能系统的综合储能效率；通过将高位水池组设置于压缩气体储罐组件的顶部，且由于压缩气体储罐组件具有一定的高度，使得高位水池组形成高位以形成水的势能进行实现储能功能，从而不需要借助地理条件，使得建设地点的选择更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的电力储能系统的原理图。

附图标记：

1、低位水池；2、压缩气体储罐组件；21、支撑结构；22、压缩气体储罐；23、气体连通管；3、高位水池组；4、抽水储能系统；5、高压水管；6、低压水管；7、压缩空气储能系统；8、气体输送管。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供了一种电力储能系统，该电力储能系统包括低位水池1、压缩气体储罐组件2、高位水池组3、抽水储能系统4、高压水管5、低压水管6、压缩空气储能系统7和气体输送管8，其中，压缩气体储罐组件2设置于低位水池1中；高位水池组3设置于压缩气体储罐组件2的顶部；高压水管5一端与抽水储能系统4连接，另一端与高位水池组3连通，低压水管6一端与抽水储能系统4连接，另一端与低位水池1连通；气体输送管8一端与压缩气体储罐组件2连通，另一端与压缩空气储能系统7连接。

该电力储能系统储能时，压缩空气储能系统7能够通过气体输送管8向压缩气体储罐组件2中输送空气，且抽水储能系统4能够通过高压水管5向高位水池组3输入水，电力储能系统释能时，压缩气体储罐组件2通过气体输送管8向压缩空气储能系统7输送空气，且高位水池组3通过高压水管5向抽水储能系统4输送水，从而实现了既能抽水储能又能压缩空气储能的目的，储能更加灵活，并且抽水储能系统4启动速度快，可弥补压缩空气储能系统7在启动速度上的不足，使整个电力储能系统具备调频、事故备用以及黑启动的功能，除此之外，抽水储能系统4的储能效率高，可达75％以上，压缩空气储能系统7的储能效率相对较低，70％以下，抽水储能系统4可弥补压缩空气储能系统7在储能效率上的欠缺，提高整个电力储能系统的综合储能效率；通过将高位水池组3设置于压缩气体储罐组件2的顶部，且由于压缩气体储罐组件2具有一定的高度，使得高位水池组3形成高位以形成水的势能进行实现储能功能，从而不需要借助地理条件，使得建设地点的选择更加灵活。

本实施例提供的电力储能系统在工作过程中无污染排放，也不会有火灾、爆炸等风险，几乎不会对周围环境带来任何不利影响；且电力储能系统的构造简单，可靠性好，储能性能衰减慢，一般运行的寿命可达30年以上；且运行维护的工作量少，不需要专门的安全防护措施，运行过程基本无需工作人员值守。优选地，在本实施例中，压缩空气储能系统7采用超临界压缩空气储能系统。进一步地，超临界压缩空气储能系统压缩空气的最高压力为10MPa。

可选地，压缩气体储罐组件2包括多个支撑结构21和多个相互连通的压缩气体储罐22，支撑结构21用于连接相邻的压缩气体储罐22，高位水池组3设置于压缩气体储罐22的顶部。相较于设置一个大尺寸的压缩气体储罐22，设置多个小尺寸的压缩气体储罐22储存高压气体，使得压缩气体储罐22的加工制造更加容易，且在后期电力储能系统的布置过程中，压缩气体储罐22更容易运输以及布置；通过设置支撑结构21连接相邻的压缩气体储罐22，使得压缩气体储罐22和支撑结构21巧妙地构建成具有一定高度的承重结构，为布置抽水蓄能的高位水池组3创造条件，使得压缩气体储罐组件2能够更加稳固的支撑高位水池组3。在其它实施例中，可采用其它加固压缩气体储罐22的结构，以能够实现多个压缩气体储罐22稳固的连接以及能够承受高位水池组3的重量为准。具体地，压缩气体储罐组件2还包括气体连通管23，气体连通管23用于连通多个压缩气体储罐22。优选地，在本实施例中，多个压缩气体储罐22均匀布置。

可选地，压缩气体储罐22的长径比为250～270。进一步地，压缩气体储罐22的高度不低于50m。优选地，在本实施例中，压缩气体储罐22为圆筒形压力容器，且垂直安装布置，从而实现高位水池组3的高位布置方式。大长径比以及高度较高的压缩气体储罐22不仅为高位水池组3的布置提供了良好的高位优势，又不会造成压缩气体储罐22由于直径过大，而使得体积过大，从而方便后期的运输布置以及使用过程中的维护，例如：如果仅采用一个大体积的压缩气体储罐22代替多个小体积的压缩气体储罐22，一旦后期压缩气体储罐22出现问题，就无法实现压缩气体储能的功能，但是如果采用本实施例中的多个小体积的压缩气体储罐22，当其中任意一个或多个压缩气体储罐22发生问题时，只需更换相应的压缩气体储罐22，不会影响其它的压缩气体储罐22储存气体。

可选地，高位水池组3包括多个高位水池，多个高位水池之间相互连通。进一步地，多个高位水池的形状、尺寸均相同，方便后期的加工、运输、布置以及维护。

优选地，在本实施例中，压缩气体储罐22的内径为0.5m，高度为128m，每个压缩气体储罐22的容积约为25m³，垂直安装布置，压缩气体储罐22的数量为2000个，压缩空气总体积50000m³，当压缩空气的压力为10MPa时，能够存储的容量约为200MWh，将压缩气体储罐22分成20组，每组100个，排列成10行10列的正方形，正方形边长约为20m，压缩气体储罐22之间的距离约为2.1m。在其它实施例中，可根据压缩空气的总体积选取其它数量以及尺寸的压缩气体储罐22，并将其分为多组，每组按照设计需要排列成为一定的形状；用于储存高位水的高位水池，布置于每组压缩气体储罐22和支撑结构21组成的承重结构顶上，在每组压缩气体储罐22顶上分别布置一个高位水池，每个高位水池长、宽、深分别为20m、20m、6.25m，每个高位水池的容积为2500m³，共20个高位水池，总容积50000m³，存储的容量约为17MWh。

可根据实际的储能需求，设计压缩气体储罐22和高位水池的尺寸、数量以及两者的布置方式，储能规模可大型化至100MW等级以满足大规模电力储能需求，也可小型化至10MW以下等级以满足分布式能源、微电网、工商业用户等储能需求，既可用于短期(如几个小时)储能，也可用于长期(如几个月)储能需求。

本实施例提供的电力储能系统储存电能的工作步骤为：

抽水储能系统4开始工作，通过低压水管6吸取低位水池1中的水，并通过高压水管5输送至高位水池组3中；

在高位水池组3充满前的预设时间t1，压缩空气储能系统7启动，通过气体输送管8将高压气体输入至压缩气体储罐组件2中进行储存；

当高位水池组3和压缩气体储罐组件2储存电能达到预设值E1时，抽水储能系统4和压缩空气储能系统7均停止工作。

本实施例提供的电力储能系统释放电能的工作步骤为：

抽水储能系统4开始工作，高位水池组3通过高压水管5向抽水储能系统4中输送水，再通过低压水管6向低位水池1排水；

在高位水池组3放空前的预设时间t2，压缩空气储能系统7启动，压缩气体储罐组件2通过气体输送管8将高压气体输入至压缩空气储能系统7；

当高位水池组3和压缩气体储罐组件2释放电能达到预设值E2时，抽水储能系统4和压缩空气储能系统7均停止工作。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种电力储能系统，其特征在于，包括：

低位水池(1)；

压缩气体储罐组件(2)，设置于所述低位水池(1)中；

高位水池组(3)，设置于所述压缩气体储罐组件(2)的顶部；

抽水储能系统(4)、高压水管(5)和低压水管(6)，所述高压水管(5)一端与所述抽水储能系统(4)连接，另一端与所述高位水池组(3)连通，所述低压水管(6)一端与所述抽水储能系统(4)连接，另一端与所述低位水池(1)连通；

压缩空气储能系统(7)和气体输送管(8)，所述气体输送管(8)一端与所述压缩气体储罐组件(2)连通，另一端与所述压缩空气储能系统(7)连接。

2.如权利要求1所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩气体储罐组件(2)包括多个支撑结构(21)和多个相互连通的压缩气体储罐(22)，所述支撑结构(21)用于连接相邻的所述压缩气体储罐(22)，所述高位水池组(3)设置于所述压缩气体储罐(22)的顶部。

3.如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩气体储罐组件(2)还包括气体连通管(23)，所述气体连通管(23)用于连通多个所述压缩气体储罐(22)。

4.如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩气体储罐(22)的长径比为250～270。

5.如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩气体储罐(22)的高度不低于50m。

6.如权利要求2所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩气体储罐(22)的形状为圆筒形。

7.如权利要求1所述的电力储能系统，其特征在于，所述高位水池组(3)包括多个高位水池，多个所述高位水池之间相互连通。

8.如权利要求7所述的电力储能系统，其特征在于，多个所述高位水池的形状以及尺寸均相同。

9.如权利要求1所述的电力储能系统，其特征在于，所述压缩空气储能系统(7)采用超临界压缩空气储能系统。

10.如权利要求9所述的电力储能系统，其特征在于，所述超临界压缩空气储能系统压缩空气的最高压力为10MPa。