CN216043933U - 一种重力压缩空气储能的储气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压缩空气储能发电领域，具体为一种重力压缩空气储能的储气装置。本实用新型包括竖井，自上而下依次设置在竖井内的重力压块和储气囊，以及设置在竖井底部的进气密封阀和排气密封阀；储气囊包裹设置在进气密封阀和排气密封阀的外部，其顶部外设置有重力压块；进气密封阀上连接有伸出竖井的进气管道；进气管道伸出竖井的输入端依次设置有电动机、空气压缩机和第一换热器，排气密封阀上连接有伸出竖井的排气管道；排气管道伸出竖井的输出端依次设置有第二换热器、空气膨胀机和发电机；第一换热器的放热侧和第二换热器的吸热侧通过蓄热器连通设置。本实用新型能有效解决压缩空气依赖地理位置，储能密度低，无法恒定对外做功的问题。

Description

一种重力压缩空气储能的储气装置

技术领域

本实用新型涉及压缩空气储能发电领域，具体为一种重力压缩空气储能的储气装置。

背景技术

风能和太阳能等可再生能源发电技术存在间歇性和波动性的问题，随着风能和太阳能装机比例的提高和传统电力峰谷差值的增长，部分地区出现了“弃风”和“弃光”。解决这一问题的有效方法是采用电力储能系统，储能技术种类众多，但到目前为止，与电网匹配度较高，可实现大规模储能的储能技术主要是抽水蓄能电站技术和压缩空气储能电站。

抽水蓄能电站技术成熟、循环效率高、储能容量大、周期长。但是建造抽水蓄能电站要求有较大落差的水库和相应的水坝，受地质条件和需要大量水等条件的制约，适合建造抽水蓄能电站的地点越来越少，目前只有200多座抽水蓄能电站在运行。压缩空气储能系统可建造单机装机100MW以上的大型电站，仅次于抽水蓄能电站，具有储能周期长、单位储能投资小、寿命长的优点。传统的压缩空气储能系统利用岩石洞穴、废弃盐穴和废弃矿井等作为储气装置，对地理环境依赖性较大，且在发电过程中需要消耗天然气等化石能源。利用风能太阳能等可再生能源的发电技术结合压缩空气储能可以实现绿色清洁稳定的发电模式。

现有压缩空气储能主要是利用海底盐穴或是陆地的洞穴储气，该方案有较大的环境限制，储能密度偏低、压缩和透平设备长期偏离设计工况运行，难以广泛利用，急需一种新型储气方式。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种重力压缩空气储能的储气装置，有效解决压缩空气依赖地理位置，储能密度低，无法恒定对外做功的问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种重力压缩空气储能的储气装置，包括竖井，自上而下依次设置在竖井内的重力压块和储气囊，以及设置在竖井底部的进气密封阀和排气密封阀；

所述储气囊包裹设置在进气密封阀和排气密封阀的外部，其顶部外设置有重力压块；

所述进气密封阀上连接有伸出竖井的进气管道；所述进气管道伸出竖井的输入端依次设置有电动机、空气压缩机和第一换热器，

所述排气密封阀上连接有伸出竖井的排气管道；所述排气管道伸出竖井的输出端依次设置有第二换热器、空气膨胀机和发电机；

所述第一换热器的放热侧和第二换热器的吸热侧通过蓄热器连通设置。

进一步的，所述竖井内壁面上设置有定位轨道，定位轨道的顶端布置有限位器；所述重力压块的周向设置定位滑轮；所述定位滑轮在定位轨道内部滑动设置。

进一步的，所述储气囊为采用PVC涂层布或杂环芳香族聚酰胺纤维布料制成的圆柱型气囊，圆柱的周向覆有气囊加强筋，底部通过高频焊接和锚固与进气密封阀和排气密封阀密封固定连接。

更进一步的，所述气囊加强筋呈环形布置，纵向排列，纵向间距大于1m；所述气囊加强筋和承压板通过高频焊接固定。

更进一步的，所述储气囊的半径不小于4m，高度不小于10m。

进一步的，所述竖井的深度大于100m，内径大于储气囊的半径。

进一步的，所述蓄热器内的蓄热介质为水、离子液体、可溶性盐溶液的一种或多种混合物；所述蓄热器内部还设置有用于蓄热介质循环的液体泵。

进一步的，所述电动机与空气压缩机同轴连接，空气压缩机的出气口与第一换热器气路入口相连，第一换热器的气路出口通过进气管道连接进气密封阀。

进一步的，所述发电机与空气膨胀机同轴连接，空气膨胀机的进气口与第二换热器的气路出口相连，第二换热器的气路入口通过排气管道连接排气密封阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型装置通过在竖井内设置储气囊进行储气，利用超出电网要求的功率带动空气压缩机将常温常压空气压缩形成高温高压气体，并经过蓄热器内的蓄热介质将高温高压气体的热量交换给蓄热介质储存，将形成的低温高压气体通过进气管道送入储气囊内，再在需要时将储气囊内的低温高压气体通过蓄热器内的高温蓄热介质使低温高压气体变为高温高压气体并通过排气管道送出储气囊进行做功，因为储气囊顶部设置有重力压块，使得储气囊中压力恒定，对外做功功率恒定，提高了压缩空气储能密度，提高了发电质量，降低了系统体积，解决了压缩空气储能受地理环境因素影响的问题，具有寿命长、灵活性高的特点。

进一步，本实用新型装置采用设置定位轨道和定位滑轮的方式，能有效保证重力压块上下运动灵活自如，从而提高整个储气过程的效率和安全可靠性。

进一步，本实用新型发装置通过在储气囊周向设置气囊加强筋，能有效保证储气囊的安全稳定性，在储气囊底部设置的进、排气密封阀，可以及时控制空气的进入和排出，高效便捷。

进一步，本实用新型装置采用将气囊加强筋环形布置且设置承压板的方式，更加牢固可靠，能有效确保储气囊的安全，同时提高整个装置的安全性。

进一步，本实用新型装置通过在两个换热器之间设置蓄热器的方式，能有效实现及时换热，从而确保压缩空气收集和排出的安全性，提高发电质量。

进一步，本实用新型装置采用电动机、空气压缩机、第一换热器、进气管道和进气密封阀将压缩空气输入储气囊，同时采用发电机、空气膨胀机、第二换热器、排气管道和排气密封阀将压缩空气输出储气囊，结构简单，整体性强。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所述装置的结构示意图。

图中：电动机1，空气压缩机2，第一换热器3，蓄热器4，竖井5，重力压块6，储气囊7，承压板8，进气管道9，进气密封阀10，排气密封阀11，气囊加强筋12，排气管道13，定位轨道14，定位滑轮15，第二换热器16，空气膨胀机17，发电机18。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型提供一种重力压缩空气储能的储气装置，包括空气压缩机2，第一换热器3，竖井5，进气管道9，承压板8，储气囊7，重力压块6，进气密封阀10，排气密封阀11，排气管道13，气囊加强筋12，第二换热器16，空气膨胀机17；

如图1所示，包括电动机1，与电动机1同轴相连的空气压缩机2，空气压缩机2出气口与进气管道9相连，进气管道9与第一换热器3气路入口相连，第一换热器3气路出口通过进气管道9连接进气密封阀10；进气密封阀10与排气密封阀11布置在竖井5底部，进气密封阀10与排气密封阀11与储气囊7底部相连，储气囊7顶部与承压板8相连，承压板8上放置重力压块6，重力压块6周向布置定位滑轮15，定位滑轮15在定位轨道14内部滑动，定位轨道14布置在竖井5内壁面，储气囊7底部的排气密封阀11与排气管道13相连，排气管道13与第二换热器16相连，第二换热器16气路出口连接空气膨胀机17，空气膨胀机17气体出口连接发电机18；

所述储气囊7为圆柱型气囊，圆柱的周向覆有气囊加强筋12，所述储气囊7的气囊膜采用高强度PVC涂层布或杂环芳香族聚酰胺纤维布料，使用高频焊接的方法与气囊加强筋12和承压板8固定；所述气囊加强筋12环形布置，纵向排列，纵向间距大于1m；所述储气囊7半径不小于4m，高度不小于10m。所述储气囊7底部通过高频焊接和锚固的方式与进气密封阀10、排气密封阀11相连接；

所述竖井5深度大于100m，内径稍大于储气囊7半径，侧壁面采用布置有重力压块6的定位轨道14，定位轨道14顶端布置重限位器。所述重力压块6布置在竖井5中心，重力压块6上布置定位滑轮15，定位滑轮15在竖井5内壁面的定位轨道14内部运动，限制重力压块6的运动方向；

所述蓄热器4通过换蓄热介质管道与第一换热器3与第二换热器16连接，蓄热介质为水、离子液体、可溶性盐溶液的一种或多种混合物，通过蓄热器4内部的液体泵在管道内循环。

在实际应用过程中，其工作原理及步骤如下所述，

首先，当系统所配套的风力发电或太阳能发电机组输出功率超过电网调度需求时，控制系统打开进气密封阀10，机组将超出电网要求的功率通过电动机1带动空气压缩机2对气体做工，将常温常压空气压缩得到高温高压气体进入进气管道9；

其次，高温高压气体通过进气管道9，开启蓄热器4内的液体泵，蓄热介质通过蓄热介质管道并经过第一换热器3的吸热侧流入第一换热器3内，与高温高压空气发生热交换，高温蓄热介质再回到蓄热器4内部储存，高温高压气体的热量传递给蓄热介质后变为低温高压气体；此时进气密封阀10处于开启状态，低温高压气体通过开启的进气密封阀10进入储气囊7；

再次，储气囊7在低温高压气体的作用下推动竖井5内竖向运动的重力压块6向上运动，随着储气量增加，重力压块6运动至限位器的上限位传感器处，上限位传感器反馈信号，储气囊7内储气量达到最大值，关闭进气密封阀10、空气压缩机2；

最后，当系统配套的发电机组功率低于电网需求值时，打开排气密封阀11、空气膨胀机17，储气囊7内储存的低温高压气体进入排气管道13，蓄热器4内部的液体泵开启，使储存在蓄热器4内的高温蓄热介质通过蓄热介质管道并经过第二换热器16的放热侧流入第二换热器16内，在第二换热器16内与低温高压气体进行热交换，低温高压气体吸收热量后变为高温高压气体，经由排气管道13进入空气膨胀机17做功，带动发电机18发电；当重力压块6下降至限位器的下限位传感器处时，下限位传感器反馈信号，储气囊7内储气量达到最小值，关闭排气密封阀11、空气膨胀机17、发电机18，停止对外做功发电。

Claims (9)

1.一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，包括竖井(5)，自上而下依次设置在竖井(5)内的重力压块(6)和储气囊(7)，以及设置在竖井(5)底部的进气密封阀(10)和排气密封阀(11)；

所述储气囊(7)包裹设置在进气密封阀(10)和排气密封阀(11)的外部，其顶部外设置有重力压块(6)；

所述进气密封阀(10)上连接有伸出竖井(5)的进气管道(9)；所述进气管道(9)伸出竖井(5)的输入端依次设置有电动机(1)、空气压缩机(2)和第一换热器(3)；

所述排气密封阀(11)上连接有伸出竖井(5)的排气管道(13)；所述排气管道(13)伸出竖井(5)的输出端依次设置有第二换热器(16)、空气膨胀机(17)和发电机(18)；

所述第一换热器(3)的放热侧和第二换热器(16)的吸热侧通过蓄热器(4)连通设置。

2.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述竖井(5)内壁面上设置有定位轨道(14)，定位轨道(14)的顶端布置有限位器；所述重力压块(6)的周向设置定位滑轮(15)；所述定位滑轮(15)在定位轨道(14)内部滑动设置。

3.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述储气囊(7)为采用PVC涂层布或杂环芳香族聚酰胺纤维布料制成的圆柱型气囊，圆柱的周向覆有气囊加强筋(12)，底部通过高频焊接和锚固与进气密封阀(10)和排气密封阀(11)密封固定连接。

4.根据权利要求3所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述气囊加强筋(12)呈环形布置，纵向排列，纵向间距大于1m；所述气囊加强筋(12)和承压板(8)通过高频焊接固定。

5.根据权利要求3所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述储气囊(7)的半径不小于4m，高度不小于10m。

6.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述竖井(5)的深度大于100m，内径大于储气囊(7)的半径。

7.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述蓄热器(4)内部还设置有用于蓄热介质循环的液体泵。

8.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述电动机(1)与空气压缩机(2)同轴连接，空气压缩机(2)的出气口与第一换热器(3)气路入口相连，第一换热器(3)的气路出口通过进气管道(9)连接进气密封阀(10)。

9.根据权利要求1所述一种重力压缩空气储能的储气装置，其特征在于，所述发电机(18)与空气膨胀机(17)同轴连接，空气膨胀机(17)的进气口与第二换热器(16)的气路出口相连，第二换热器(16)的气路入口通过排气管道(13)连接排气密封阀(11)。

Images