CN214464803U - 一种浮力反馈式水力恒压储释能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其储气罐底部使用缆绳绕过定滑轮与水面浮动平台连接，系统储气与释气时，水面浮动平台的浮力反馈作用可以保证储气罐中气压恒定。缆绳通过电动机调节长度，来调整储气罐工作深度，从而设定系统的工作压力。在用电低谷期，系统用电网的电能驱动电动机‑发电机并带动多级压气机工作，多级压气机将高压气体压缩于恒压储气罐中；在用电高峰期，将恒压储气罐中的高压气体释出，高压气体在透平中膨胀做功，透平带动电动机‑发电机输出电能。系统静止时，恒压储气罐中的气压利用水的静压特性得以保持恒定。本浮力反馈式水力恒压储释能系统利用水的静压特性与浮力的力学反馈作用，从而实现恒压储气与释气。

Description

一种浮力反馈式水力恒压储释能系统

技术领域

本实用新型涉及压缩气体储能领域，尤其涉及一种浮力反馈式水力恒压储释能系统。

背景技术

近年来，我国可再生能源发展迅速。2019年全国可再生能源的发电量达2.04万亿千瓦时，占全部发电量的27.9％。其中，风力发电、太阳能发电量累计分别为3577.4亿千瓦时、1172.2亿千瓦时，累计产量增速分别为7.0％、13.3％。然而，可再生能源波动性强、间歇性明显、大规模并网不利于电网稳定、输电通道建设滞后等因素，导致供给不稳定，并网困难，限制了可再生能源的消纳。为此国家明确提出推动储能系统与可再生能源协调运行。

现有的抽水储能系统，在地形选址方面，抽水储能系统需要建造水库和水坝，选址困难且建设周期长达7-10年；在投资成本方面，初始投资成本高，需要占用大量土地资源，需考虑移民问题；在环境影响方面，对环境影响较大，会导致一些生态问题。

现有的蓄电池储能系统，单位储能成本高，功率等级低，无法大规模布置，工作寿命短，充放电慢，环境污染大，难以工作在环境恶劣的地方。

现有的恒容储能系统，储释能时储气罐内气体压力时刻变化，导致压气机与透平偏离设计工况运行，系统效率低。

现有的弹簧式水下恒压储释能系统在控制恒压时利用弹簧拉动储气罐调整储气罐的深度，从而保证储气罐中气体恒压。但弹簧的劲度系数易随着弹簧老化而改变，一旦劲度系数改变，就无法控制气体恒压。

现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在储释气时通过电机-缆绳拉动储气罐以调整储气罐的深度，从而保证储气罐中气体恒压。该系统在恒压控制时，拉动储气罐的电动机会消耗电能。

现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在使用电机-缆绳结构控制储气罐中气体恒压时，需要实时监测储气罐内液面深度以及缆绳与水平面夹角以计算出所需的电机力矩，进而进行电机调控。这个控制过程需要为各传感器以及电机设计自动控制系统。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种浮力反馈式水力恒压储释能系统和方法，该系统和方法可以通过水面浮动平台浮力的力学反馈作用维持储气与释气过程中恒压储气罐内气体压力恒定，为促进新能源灵活高效消纳提供有效技术手段。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，包括水面浮动平台、多级压气机、电动机-发电机、多级空气透平、三通阀和恒压储气罐，

所述水面浮动平台靠近水面设置且悬浮设置在水中，且其在水中沿竖直方向上的位置可调，

所述多级压气机、所述电动机-发电机和所述多级空气透平位于所述水面浮动平台的上方，所述多级压气机和所述多级空气透平分别与所述电动机-发电机导线连接，且所述多级压气机的出口、所述多级空气透平的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀的第一端口和第二端口连接，

所述恒压储气罐位于水面之下且其相对于水面的距离可调，所述恒压储气罐包括进出水口和进出气口，所述进出气口通过第三输气管道与所述三通阀的第三端口连接，

当储气与释气时，所述恒压储气罐内的液面到水面之间的距离恒定。

进一步地，还包括电动机、缆绳、水下固定平台、第一定滑轮和第二定滑轮，所述电动机用于控制所述缆绳的收放，所述电动机和所述第一定滑轮固定设置在所述水面浮动平台上，所述水下固定平台位于所述恒压储气罐的下方，所述第二定滑轮固定设置在所述水下固定平台上，所述缆绳的一端与所述电动机连接，另一端依次缠绕所述第一定滑轮和所述第二定滑轮后与所述恒压储气罐固定连接。

进一步地，还包括竖直导轨，所述竖直导轨的底部与所述水下固定平台固定连接，所述水面浮动平台和所述恒压储气罐分别与所述竖直导轨滑动连接。

进一步地，所述缆绳、所述电动机、所述竖直导轨的数量至少为2个，且关于所述恒压储气罐对称布置。

进一步地，所述恒压储气罐的所述进出水口处设置有进出水电动闸门，所述恒压储气罐的进出气口处设置有进出气电动闸门，所述进出气电动闸门与所述与第三输气管道的一端连接，所述第三输气管道的另一端与所述三通阀的所述第三端口连接。

进一步地，还包括储冷介质保温罐、储热介质保温罐、第一换热管道和第二换热管道，

所述储冷介质保温罐固定在所述水面浮动平台上，所述储冷介质保温罐内用于储存储冷介质，且所述储冷介质保温罐包括储冷出口和储冷进口，所述第一换热管道的一端与所述储冷出口连通，另一端依次经过所述多级压气机各级间附近、所述多级空气透平出口附近后，再与所述储冷进口连通，

所述储热介质保温罐固定在所述水面浮动平台上，所述储热介质保温罐内用于储存储热介质，且所述储热介质保温罐包括储热出口和储热进口，所述第二换热管道的一端与所述储热出口连通，另一端依次经过所述多级空气透平各级间附近、多级压气机出口附近后，再与所述储热进口连通。

进一步地，所述第一换热管道和所述第二换热管道中位于所述多级压气机的各级间、所述多级空气透平出口、所述多级空气透平的各级间、所述多级压气机出口附近的部分采用导热材料制成，其余部分采用绝热材料包裹。

进一步地，还包括空气干燥器，所述空气干燥器设置在所述第二输气管道上。

进一步地，所述恒压储气罐数量至少有1个，且任意位置处所有恒压储气罐的水平横截面面积的总和与任意处所述水面浮动平台水平横截面面积相等。如此设置，即可保证恒压储释气，使用寿命长。

进一步地，还包括气压传感器，所述气压传感器用于测量所述恒压储气罐的内部气压。

本实用新型的一种浮力反馈式水力恒压储释能方法，包括：

假设初始状态时，恒压储气罐存留部分气体，且恒压储气罐整体平均密度小于水的密度；水面浮动平台悬浮于水中，缆绳受水面浮动平台与恒压储气罐浮力作用绷紧；所述电动机调节缆绳长度以控制恒压储气罐的深度，从而设定系统的工作压强p_w＝p₀+ρgh_w，其中， p_w是恒压储气罐中的气体压强(Pa)；p₀是大气压强(Pa)；ρ是水的密度(kg/m³)；g是重力加速度(m/s²)；h_w为恒压储气罐中液面到水面的垂直距离(m)；

当处于用电低谷期时，电动机-发电机设置成电动机状态，用电网富余电能驱动电动机 -发电机，电动机-发电机与多级压气机之间接通，电动机-发电机与多级空气透平之间断开，三通阀连接多级压气机端的阀门打开，连接多级空气透平端的阀门关闭，进出气电动闸门、进出水电动闸门打开；

多级压气机在电动机-发电机的带动下开始工作，储冷介质保温罐与储热介质保温罐分别开始循环工作，多级压气机的级间气体降温，多级压气机出口的高压气体通过第三输气管道进入恒压储气罐储气过程结束，电动机-发电机和多级压气机之间断开，三通阀、进出气电动闸门和进出水电动闸门均关闭，储冷介质保温罐与储热介质保温罐停止循环工作，分别将已经消耗冷能的储冷介质与回收热能的储热介质进行储存；

当进入用电高峰期时，电动机-发电机设置成发电机状态，进出气电动闸门、进出水电动闸门打开，三通阀连接多级空气透平端的阀门打开，连接多级压气机(1)端的阀门关闭，电动机-发电机与多级空气透平之间接通；

恒压储气罐中的高压气体通过第三输气管道，经空气干燥器除去水汽后进入多级空气透平，在空气透平中膨胀做功，储冷介质保温罐与储热介质保温罐分别开始循环工作，多级空气透平的级间气体升温，多级空气透平带动发电机发电，并将电能输送到电网中；

释气过程结束，电动机-发电机与多级空气透平之间断开，三通阀、进出气电动闸门和进出水电动闸门均关闭，储热介质保温罐与储冷介质保温罐停止循环工作，分别将已经储存冷能的储冷介质与已经消耗热能的储热介质进行储存；

其中，在储气与释气过程中，由于水面浮动平台的浮力反馈作用，h_w保持恒定值，即恒压储气罐中系统工作压强p_w＝p₀+ρgh_w为恒定值。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、与抽水储能系统相比，浮力反馈式水力恒压储释能系统建设周期短，对选址要求宽松，初始投资成本低；与蓄电池储能系统相比，浮力反馈式水力恒压储释能系统工作寿命长，污染小，功率级别高。

2、与恒容储能系统相比，浮力反馈式水力恒压储释能系统储释能时，气压恒定，透平与压气机工作在设计工况下，系统效率高。

3、与电机-缆绳式水下恒压储释能系统相比，浮力反馈式水力恒压储释能系统利用水面浮动平台的浮力负反馈作用实现恒压储释气，不需要另外设计自动控制系统以控制恒压。另外，浮力反馈式水力恒压储释能系统利用水面浮动平台的浮力负反馈作用控制恒压储释气的过程中，不需额外输入能量。

4、浮力反馈式水力恒压储释能系统合理利用了压气机出口的热能和空气透平出口的冷能，使得压气机与透平接近等熵工作，使系统效率提高。

5、浮力反馈式水力恒压储释能系统可以通过电动机拖动缆绳来调节恒压储气罐所在深度，从而能够给系统设定不同的工作压强。

6、近年来新能源发电飞速发展，相关储能技术的规模化推广应用势在必行。对于海上风电而言，水下压缩空气储能可以就地利用海水环境。本实用新型的浮力反馈式水力恒压储释能系统可以为促进新能源灵活高效消纳提供有效技术手段。

附图说明

图1为本实用新型实施例浮力反馈式水力恒压储释能系统示意图。

图2是海平面高度发生变化时系统工作压强的调整过程图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

具体的，请参阅图1，本实施例提供一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，包括水面浮动平台6、多级压气机1、电动机-发电机3、多级空气透平4、第一离合器2、第二离合器、三通阀5、恒压储气罐10、储冷介质保温罐18、储热介质保温罐19、第一换热管道、第二换热管道、水下固定平台13、电动机15、空气干燥器16和气压传感器17。

水面浮动平台6靠近水面设置且悬浮设置在水中，水面浮动平台6与水平面平行，且其在水中沿竖直方向上的位置可调，多级压气机1、电动机-发电机3和多级空气透平4位于水面浮动平台6的上方，多级压气机1和多级空气透平4分别与电动机-发电机3导线连接，且多级压气机1的出口、多级空气透平4的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀5的第一端口和第二端口连接，恒压储气罐10位于水面之下且其相对于水面的距离可调，恒压储气罐10与水面浮动平台6平行，恒压储气罐10包括设置在底部的进出水口和设置在顶部的进出气口，进出气口通过第三输气管道8与三通阀5的第三端口连接，当储能和释能时，恒压储气罐10内的液面到水面之间的距离恒定。

电动机-发电机3一体机，可以根据储能或释能过程切换工作模式：当储能时，工作模式为电动机，当释能时，工作模式为发电机。

本实施例中，第一离合器2设置在多级压气机1与电动机-发电机3之间的导线上以控制多级压气机1与电动机-发电机3之间的线路接通或切断，第二离合器设置在电动机-发电机3和多级空气透平4之间的导线上以控制电动机-发电机3和多级空气透平4之间的线路的接通或切断。通过设置第一离合器和第二离合器，方便储能过程和释能过程的转换。

本实施例中，储冷介质保温罐18固定在水面浮动平台6上，储冷介质保温罐18内用于储存储冷介质，如SH-不化冰、冰、干冰等中的任一种，且储冷介质保温罐18包括储冷出口和储冷进口，第一换热管道的一端与储冷出口连通，另一端依次经过多级压气机1各级间附近、多级空气透平4出口附近后，再与储冷进口连通，多级压气机1工作时，压气机级间高温排气与第一换热管道中的储冷介质发生热交换，级间气体降温，从而使多级压气机1接近等熵工作，提高多级压气机1效率；多级压气机1的出口附近空气与第二换热管道中的储热介质发生热交换，从而将多级压气机1的出口附近高温空气的热能储存于储热介质中。

储热介质保温罐19固定在水面浮动平台6上，储热介质保温罐19内用于储存储热介质，如矿物油、导热油、熔盐中任一种，且储热介质保温罐19包括储热出口和储热进口，第二换热管道的一端与储热出口连通，另一端依次经过多级空气透平4各级间附近、多级压气机1出口附近后，再与储热进口连通。

本实施例中，第一换热管道和第二换热管道中位于多级压气机1的各级间、多级空气透平4出口、多级空气透平4的各级间、多级压气机1出口附近的部分采用导热材料制成，以增强导热效率，其余部分采用绝热材料包裹，以减少能量消耗。

本实施例中，恒压储气罐10的进出水口处设置有进出水电动闸门11，恒压储气罐10 的进出气口处设置有进出气电动闸门9，进出气电动闸门9与第三输气管道8的一端连接，第三输气管道8的另一端与三通阀5的第三端口连接。

气压传感器17设置在恒压储气罐10顶部的内侧，以用来测量恒压储气罐10的内部气压。如图2所示，当气压传感器17测量到恒压储气罐10内的气压偏大时，电动机15工作，使缆绳长度伸长，恒压储气罐10因此而上升；当当气压传感器17测量到恒压储气罐10内的气压偏小时，电动机15工作，使缆绳长度缩短，恒压储气罐10因此而下降。同时，以气压作为信号反馈进行反馈调节。

本实施例中，恒压储气罐10的数量为1个，当然，在其他实施例中，恒压储气罐10的可以设置成其他数量，但是要求，所有恒压储气罐10的外壁任意处水平横截面面积的总和与水面浮动平台6外壁任意处水平横截面面积相等。如此设置，即可长时间实现恒压储释气，不需要另外设计自动恒压控制系统。

本实施例中，恒压储气罐为侧面垂直于平台底面的柱状气缸。

本实施例还包括空气干燥器16，空气干燥器16设置在第二输气管道上。当释能时，从恒压储气罐出来的高压气体先在空气干燥器中进行干燥，去除水汽后再进入多级空气透平 4，以免水汽进入多级空气透平4中而影响工作效率。

还包括竖直导轨7，竖直导轨7与水下固定平台相互垂直，竖直导轨7的底部与水下固定平台13固定连接，水面浮动平台6和恒压储气罐10分别与竖直导轨7滑动连接。恒压储气罐10侧壁上设置滑轮，恒压储气罐10可通过滑轮沿竖直导轨上下滑动。本实施例中的竖直导轨设置有四个，分别对称设置在恒压储气罐10的两侧。当然，在其他的实施例中，竖直导轨的数量是其他数量，如2根。通过设置竖直导轨，调节水平浮动平台6和恒压储气罐10的位置时，竖直导轨起到导向作用。

本实施例中，水面浮动平台6包括水平安装台以及位于水平安装台边侧且高于水平安装台的安装高台，安装高台垂直于水平安装台，且安装高台高度高于恒压储气罐的高度，储冷介质保温罐18和储热介质保温罐18均安装在水平安装台上。还包括电动机15、缆绳12、水下固定平台13、第一定滑轮14和第二定滑轮20，电动机15用于控制缆绳12的收放，电动机15固定安装在水平安装台上，第一定滑轮14固定设置在水面浮动平台6的安装高台顶部上，水下固定平台13平行位于恒压储气罐10的下方，第二定滑轮20固定设置在水下固定平台13上，且第二定滑轮20与第一定滑轮14位于同一铅垂线上，缆绳12的一端与电动机15连接，另一端依次缠绕第一定滑轮14和第二定滑轮20后与恒压储气罐10 的底部固定连接，缆绳12的长度方向与竖直导轨平行，并且垂直于水面浮动平台6。本实施例中，电动机15、缆绳12、第一定滑轮14和第二定滑轮20分别设置有两个，两个电动机15关于恒压储气罐10对称设置，两缆绳12、两第一定滑轮14、两第二定滑轮20也分别关于恒压储气罐10对称设置。电动机15工作，可以收短或放长缆绳的长度，从而可以调节恒压储气罐相对于水面的距离，即可以调节恒压储气罐所在的深度，从而能够设定系统的工作压强。

本实施例还提供一种浮力反馈式水力恒压储释能方法，包括以下步骤：

(1)假设初始状态，恒压储气罐10存留部分气体，恒压储气罐10整体平均密度小于水的密度；水面浮动平台6悬浮于水中，缆绳12受水面浮动平台6与恒压储气罐10浮力作用绷紧；电动机15调节缆绳12长度控制恒压储气罐10的深度以设定系统工作压强p_w＝ p₀+ρgh_w。其中，p_w是恒压储气罐10中的气体压强，Pa；p₀是大气压强，Pa；ρ是水的密度，kg/m³；g是重力加速度，m/s²；h_w为恒压储气罐10中液面到水面的垂直距离，m；

(2)进入用电低谷期，电动机-发电机3设置成电动机状态，用电网富余电能驱动电动机3，此时第一离合器2与多级压气机1接通，第二离合器与多级空气透平4断开，三通阀 5连接多级压气机1端的阀门打开使得第一输气管道连通多级压气机1和第三输气管道8，连接多级空气透平4端的阀门关闭，进出气电动闸门9、进出水电动闸门11打开；

(3)多级压气机1在电动机-发电机3的带动下开始工作，储冷介质保温罐18与储热介质保温罐19分别开始循环工作，多级压气机1出口的高压气体通过输气管道8进入恒压储气罐10并将恒压储气罐10中的水通过进出水口排出；

(4)储气过程结束，多级压气机1端的第一离合器2断开、三通阀5关闭，进出气电动闸门9、进出水电动闸门11关闭，储冷介质保温罐18与储热介质保温罐19停止循环工作，分别将已经消耗冷能的储冷介质与回收热能的储热介质进行储存；

(5)进入用电高峰期，电动机-发电机3设置成发电机状态，进出气电动闸门9、进出水电动闸门11打开，三通阀5连接多级空气透平4端的阀门打开，连接多级压气机1端的阀门关闭，多级空气透平4端的第二离合器接通，第一离合器2断开；

(6)恒压储气罐10中的高压气体通过输气管道8，经空气干燥器16除去水汽后进入多级空气透平4，在空气透平4中膨胀做功，储冷介质保温罐18与储热介质保温罐19分别开始循环工作，多级空气透平4带动发电机3发电，并将电能输送到电网中；

(7)释气过程结束，多级空气透平4端的第二离合器断开、三通阀5关闭，进出气电动闸门9、进出水电动闸门11关闭，储热介质保温罐19与储冷介质保温罐18停止循环工作，分别将已经储存冷能的储冷介质与已经消耗热能的储热介质进行储存；

(8)在储气与释气过程中，由于水面浮动平台6的浮力反馈作用，h_w保持恒定值，即恒压储气罐10中系统工作压强p_w＝p₀+ρgh_w为恒定值。

直观来看，储气时，气体进入恒压储气罐10时罐内液面下移距离与储气罐上移距离一致，因此罐内液面绝对高度保持恒定，水面浮动平台6下降；释气时，气体离开恒压储气罐10时罐内液面上移距离与恒压储气罐下移的距离相等，因此罐内液面绝对高度保持恒定，水面浮动平台6上升。无论储气过程还是释气过程，恒压储气罐10中的液面深度h_w恒定；理论证明过程如下：

设t时刻，恒压储气罐10内充满部分气体，且恒压储气罐10整体平均密度小于水的密度，在整体重力、浮力与缆绳拉力作用下三力平衡；恒压储气罐10t时刻整体质量m，kg；恒压储气罐10任意处水平横截面面积的总和与水面浮动平台6任意处横截面积A，m³；恒压储气罐10中储存气体的高度h，m；作用于恒压储气罐10缆绳12合力F，N，此时有：

ρghA＝mg+F

设t+dt时刻，储气量为dV＝Adh，m³；恒压储气罐10内部底面积A，m²，恒压储气罐10中的液面与恒压储气罐10顶部的距离增加dh，m；水面浮动平台6受缆绳拉力作用下降dx，m；若不考虑气体重力，此时有：

ρgA(h+dh)＝mg+F+ρgAdx

根据以上等式知dh＝dx，水面浮动平台6下降dx，即恒压储气罐10位置上升dx，恒压储气罐10中液面到恒压储气罐10顶部的距离的增加量dh与恒压储气罐10上升距离dx时刻相等，即表示恒压储气罐10中液面的绝对深度是恒定值h_w，因此，恒压储气罐10中气体压力也是恒定值：p_w＝p₀+ρgh_w；

由以上证明过程证明：在储气释气过程中，在恒压储气罐10整体平均密度小于水的密度的条件下，缆绳12工作在绷紧状态，恒压储气罐10中的气体压强p_w保持恒定的，由此可知，水面浮动平台6的浮力为系统提供了力学反馈作用，保证了系统压力恒定。

以下将本实施例的压缩空气储释能系统应用于具体的项目中。

某海上新能源发电项目包括风力发电与太阳能发电。为了加强可再生能源消纳，在用电高峰期满足用电需求，用电低谷期减少弃风、弃光，该项目配置了合适的浮力反馈式水力恒压储释能系统。系统的工作深度、储气罐大小由所需储能量设计。多级压气机以及多级空气透平的设计工况应该与系统工作深度对应。储能系统处于海下的金属部件均采用防腐蚀合金，同时搭配牺牲阳极的阴极保护法进行防腐。

初始时系统工作压力已经通过电动机将缆绳长度设定好，水面浮动平台已经调整至海平面附近。发电量大于需求量时，开始储能。新能源侧富余电能采用双向可调的双PWM变频技术调频调压后驱动电动机-发电机(此时工作模式为电动机)，电动机-发电机带动多级压气机将高压气体压入恒压储气罐，恒压储气罐中海水通过底部进出水电动闸门排出，水面浮动平台的浮力负反馈作用保证了恒压储气。储气过程中，多级压气机级间采用储冷介质降温，使其接近等熵工作，并将其出口处的热能储存到储热油中。

发电量小于需求量时，开始释能。储气罐中的高压气体进入多级空气透平膨胀做功，多级空气透平带动电动机-发电机(此时工作模式为发电机)发电。发电机发出的电能采用双向可调的双PWM变频技术调频调压后输入电网。释气过程中，水面浮动平台的力学负反馈作用保证了恒压释气，多级空气透平级间采用储热介质升温，使其接近等熵工作，并将其出口处的冷能储存到储冷介质中。为了提高该项目的经济效益，项目设计者还将储冷介质中的冷能用于海上渔业保鲜。

若某时刻发生潮汐导致海平面高度发生变化，项目运营者通过电机调节缆绳长度调整储能系统的工作压力，使其恢复到潮汐前的设定值。如图2所示。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，包括水面浮动平台(6)、多级压气机(1)、电动机-发电机(3)、多级空气透平(4)、三通阀(5)和恒压储气罐(10)，

所述水面浮动平台(6)靠近水面设置且悬浮设置在水中，且其在水中沿竖直方向上的位置可调，所述水面浮动平台(6)包括水平安装台以及位于水平安装台边侧且高于水平安装台的安装高台，安装高台垂直于水平安装台，且安装高台高度高于恒压储气罐的高度，

所述多级压气机(1)、所述电动机-发电机(3)和所述多级空气透平(4)位于所述水面浮动平台(6)的上方，所述多级压气机(1)和所述多级空气透平(4)分别与所述电动机-发电机(3)导线连接，且所述多级压气机(1)的出口、所述多级空气透平(4)的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀(5)的第一端口和第二端口连接，

所述恒压储气罐(10)位于水面之下且其相对于水面的距离可调，所述恒压储气罐(10)包括进出水口和进出气口，所述进出气口通过第三输气管道(8)与所述三通阀(5)的第三端口连接，

当储气与释气时，所述恒压储气罐(10)内的液面到水面之间的距离恒定；

其中，还包括储冷介质保温罐(18)、储热介质保温罐(19)、第一换热管道和第二换热管道，

所述储冷介质保温罐(18)固定在所述水面浮动平台(6)上，所述储冷介质保温罐(18)内用于储存储冷介质，且所述储冷介质保温罐(18)包括储冷出口和储冷进口，所述第一换热管道的一端与所述储冷出口连通，另一端依次经过所述多级压气机(1)各级间附近、所述多级空气透平(4)出口附近后，再与所述储冷进口连通，

所述储热介质保温罐(19)固定在所述水面浮动平台(6)上，所述储热介质保温罐(19)内用于储存储热介质，且所述储热介质保温罐(19)包括储热出口和储热进口，所述第二换热管道的一端与所述储热出口连通，另一端依次经过所述多级空气透平(4)各级间附近、多级压气机(1)出口附近后，再与所述储热进口连通。

2.根据权利要求1所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，还包括电动机(15)、缆绳(12)、水下固定平台(13)、第一定滑轮(14)和第二定滑轮(20)，所述电动机(15)用于控制所述缆绳(12)的收放，所述电动机(15)和所述第一定滑轮(14)固定设置在所述水面浮动平台(6)上，所述水下固定平台(13)位于所述恒压储气罐(10)的下方，所述第二定滑轮(20)固定设置在所述水下固定平台(13)上，所述缆绳(12)的一端与所述电动机(15)连接，另一端依次缠绕所述第一定滑轮(14)和所述第二定滑轮(20)后与所述恒压储气罐(10)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，还包括竖直导轨(7)，所述竖直导轨(7)的底部与所述水下固定平台(13)固定连接，所述水面浮动平台(6)和所述恒压储气罐(10)分别与所述竖直导轨(7)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，所述缆绳(12)、所述电动机(15)、所述竖直导轨(7)的数量至少为2个，且关于所述恒压储气罐(10)对称布置。

5.根据权利要求1所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，所述恒压储气罐(10)的所述进出水口处设置有进出水电动闸门(11)，所述恒压储气罐(10)的进出气口处设置有进出气电动闸门(9)，所述进出气电动闸门(9)与所述第三输气管道(8)的一端连接，所述第三输气管道(8)的另一端与所述三通阀(5)的所述第三端口连接。

6.根据权利要求1所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，所述第一换热管道和所述第二换热管道中位于所述多级压气机(1)的各级间、所述多级空气透平(4)出口、所述多级空气透平(4)的各级间、所述多级压气机(1)出口附近的部分采用导热材料制成，其余部分采用绝热材料包裹。

7.根据权利要求1所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，还包括空气干燥器(16)，所述空气干燥器(16)设置在所述第二输气管道上。

8.根据权利要求1所述的一种浮力反馈式水力恒压储释能系统，其特征在于，所述恒压储气罐(10)数量至少有1个，所述恒压储气罐(10)为侧面垂直于底面的柱状气缸，且任意位置处所有恒压储气罐(10)的水平横截面面积的总和与任意处所述水面浮动平台(6)水平横截面面积相等。

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