CN218920061U - 一种基于超导电力传输的储能应用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超导电力传输的储能应用系统，属于储能技术领域。储能应用系统包括动能装置、气泵装置、储能装置、电力传输装置和电网用户，动能装置与储能装置传动连接，储能装置用于转化动能装置传递的机械能为电能，储能装置的输出端与电力传输装置的输入端连接，电力传输装置的输出端与电网用户的输入端连接，动能装置与气泵装置连接，气泵装置用于调控动能装置中防腐水箱内部的储水量。本实用新型通过气泵装置改变动能装置中防腐水箱自重与浮力的关系，实现重力下行和浮力上行的双向做功，提高了储能系统的效能；且通过超导储能装置和超导电缆在电力应用系统中发挥的诸多优点，提高了储能的能量传递效果。

Description

一种基于超导电力传输的储能应用系统

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，尤其是一种基于超导电力传输的储能应用系统。

背景技术

在新能源电力系统中，当电能产生大于用户需求时，会出现产能过剩，造成能源浪费，此时使用储能技术，将电能储存起来，需要时再释放出来，则可以更好地进行资源调节，从而确保新能源电力系统的稳定发展和运行。

目前，应用于新能源电力系统的储能方式众多，其中，蓄水池储能技术是最成熟的，储能容量可以做到几千兆瓦以上，高坝水电站是常见应用方式，缺点是需要耗费大量电能去提升蓄水高度增加势能，转换效能低；重力储能是搭建电梯高台，将重物提升高度增加势能，同样转换效能低；飞轮储能利用高速旋转体储存能量，不受地域限制、几乎不需要维护，缺点是受材料限制大，储能密度低；压缩空气储能是较具潜力的一种储能形式，主要利用压缩空气的膨胀势能做功发电，可大规模开发和应用，缺点是受地质和环境影响大。

综上所述，以上物理储能的共同缺点是单程做功，效能低。故，需要一种更高效的储能系统对新能源电力进行高效转化。

实用新型内容

实用新型目的：提供一种基于超导电力传输的储能应用系统，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种基于超导电力传输的储能应用系统，包括动能装置、气泵装置、储能装置、电力传输装置和电网用户，所述动能装置与储能装置传动连接，所述储能装置用于转化动能装置传递的机械能为电能，所述储能装置的输出端与电力传输装置的输入端连接，所述电力传输装置的输出端与电网用户的输入端连接，所述动能装置与气泵装置连接，所述动能装置包括防腐水箱，所述气泵装置用于调控防腐水箱内部的储水量。

进一步的，所述动能装置还包括钢绞线、水上转轮和水下转轮，所述水下转轮固定在低势能安装面，所述水下转轮上方设置有水上转轮，所述水上转轮和水下转轮之间活动连接有钢绞线，所述钢绞线上连接有防腐水箱，所述水上转轮上安装有止动盘，用于限制钢绞线在水上转轮与水下转轮之间的运动，所述水上转轮与储能装置传动连接。

进一步的，所述防腐水箱的上端连接有通气管口，所述通气管口上安装有控气电磁阀，所述防腐水箱的下端连接有通水管口，所述通水管口上安装有控水电磁阀，所述控水电磁阀和控气电磁阀均与电网用户电性连接。

进一步的，所述气泵装置包括供电单元和空气泵机组，所述供电单元用于产生清洁电能，所述供电单元的输出端与空气泵机组连接，所述空气泵机组的输出端与通气管口连接，所述供电单元为光伏发电机组或风力发电机组。

进一步的，所述储能装置包括同步发电机、整流单元和超导储能单元，所述同步发电机的输入端通过同步带与水上转轮连接，所述同步发电机的输出端与整流单元电连接，所述整流单元的输出端与超导储能单元电连接，所述超导储能单元的输出端与电力传输装置电连接。

进一步的，所述电力传输装置包括逆变单元和电缆，所述逆变单元的输入端与超导储能单元电连接，所述逆变单元的输出端与电缆电连接，所述电缆的输出端与电网用户电连接，所述电缆包括超导电缆和常规电缆。

进一步的，所述电网用户包括用户单元和控制单元，若干所述用户单元均连接在电缆上，所述用户单元与控制单元电连接，所述控制单元分别与控气电磁阀、控水电磁阀、止动盘和空气泵机组电连接。

有益效果：本实用新型通过气泵装置改变动能装置中防腐水箱自重与浮力的关系，实现重力下行和浮力上行的双向做功，提高了储能系统的效能；且通过超导储能装置和超导电缆在电力应用系统中发挥的诸多优点，提高了储能的能量传递效果。

附图说明

图1-图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型中动能装置的结构示意图。

图4是本实用新型中气泵装置的结构示意图。

图5是本实用新型中储能装置的结构示意图。

图6是本实用新型中电力传输装置的结构示意图。

图7是本实用新型中电网用户的结构示意图。

附图标记为：1、动能装置；11、防腐水箱；12、钢绞线；13、水上转轮；14、止动盘；15、水下转轮；16、控气电磁阀；17、通气管口；18、控水电磁阀；19、通水管口；2、气泵装置；21、光伏发电机组；22、风力发电机组；23、空气泵机组；3、储能装置；31、同步发电机；32、整流单元；33、超导储能单元；4、电力传输装置；41、逆变单元；42、超导电缆；43、常规电缆；5、电网用户；51、用户单元；52、控制单元。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

图1-图2所示，一种基于超导电力传输的储能应用系统，包括动能装置1、气泵装置2、储能装置3、电力传输装置4和电网用户5，动能装置1与储能装置3传动连接，储能装置3用于转化动能装置1传递的机械能为电能，储能装置3的输出端与电力传输装置4的输入端连接，电力传输装置4的输出端与电网用户5的输入端连接，动能装置1与气泵装置2连接，动能装置包括防腐水箱(11)，气泵装置2用于调控防腐水箱11内部的储水量。动能装置1在气泵装置2的作用下改变自重与浮力的关系，实现重力下行和浮力上行的双向做功，提高了储能系统的效能。

图1-图3所示，动能装置1还包括钢绞线12、水上转轮13和水下转轮15，水下转轮15固定在低势能安装面，水下转轮15上方设置有水上转轮13，水上转轮13和水下转轮15之间活动连接有钢绞线12，钢绞线12上连接有防腐水箱11，水上转轮13上安装有止动盘14，用于限制钢绞线12在水上转轮13与水下转轮15之间的运动，水上转轮13与储能装置3传动连接。防腐水箱11通过钢绞线12与水上转轮13和水下转轮15连接，可实现防腐水箱11在水中升降往复运动，根据需求，防腐水箱11可为多组并联，防腐水箱11升降往复运动带动水上转轮13旋转，水上转轮13与储能装置3传动连接，水上转轮13的旋转拖动储能装置3运动，从而产生电能。

其中，防腐水箱11的上端连接有通气管口17，通气管口17上安装有控气电磁阀16，防腐水箱11的下端连接有通水管口19，通水管口19上安装有控水电磁阀18，控水电磁阀18和控气电磁阀16均与电网用户5电性连接。在防腐水箱11上设置通气管口17和通水管口19可通过充气排水的方式改变防腐水箱11内部的存水量，从而改变防腐水箱11在水中的浮力，使防腐水箱11具备重力下潜(内部有大量水状态下)和浮力上升(内部有少量水的状态下)的两种能力，进而丰富了储能方式。

图1-图2和图4所示，气泵装置2包括供电单元和空气泵机组23，供电单元用于产生清洁电能，供电单元的输出端与空气泵机组23连接，空气泵机组23的输出端与通气管口17连接，供电单元为光伏发电机组21或风力发电机组22。借助光伏发电机21组或风力发电机组22可为空气泵机组23提供驱动力，当防腐水箱11处于水底时，空气泵机组23泵入空气，压迫防腐水箱11内水经通水管口19排出，供电单元产生的过剩电能可送至储能装置3。

图1-图2和图5所示，储能装置3包括同步发电机31、整流单元32和超导储能单元33，同步发电机31的输入端通过同步带与水上转轮13连接，同步发电机31的输出端与整流单元32电连接，整流单元32的输出端与超导储能单元33电连接，超导储能单元33的输出端与电力传输装置4电连接。同步发电机31将防腐水箱11势能转化为电能，经过整流单元32将电能储存在超导储能单元33的SMES内部。

图1-图2和图6所示，电力传输装置4包括逆变单元41和电缆，逆变单元41的输入端与超导储能单元33电连接，逆变单元41的输出端与电缆电连接，电缆的输出端与电网用户5电连接，电缆包括超导电缆42和常规电缆43。当电网电能小于用户需求时，可以将超导储能单元33内部储存的电能经过逆变器，由DC变为AC，再经过超导电缆42无损输送给下方用户，当超导电缆42需要维护时，也可以由常规电缆43进行送电。

图1-图2和图7所示，电网用户5包括用户单元51和控制单元52，若干用户单元51均连接在电缆上，用户单元51与控制单元52电连接，控制单元52分别与控气电磁阀16、控水电磁阀18、止动盘14和空气泵机组23电连接。电力输送到用户单元51经变压器进行变电，然后送到低压用户端，由于控气电磁阀16、控水电磁阀18需求电量较小，可以将一部分电能连接控制单元52用于控制电磁阀的开启和关闭。

本实用新型在使用时，以防腐水箱11处于水面为例，控制单元52对控气电磁阀16和控水电磁阀18送出开启信号，水流经过通水管口19进入防腐水箱11内部，防腐水箱11内部空气经通气管口16排出，当水充满防腐水箱11后控制单元52对控气电磁阀16和控水电磁阀18送出关闭信号，同时对水上导轮13的止动盘14发送松闸旋转信号，防腐水箱11在重力作用快速下沉并拖拽钢绞线12带动水上导轮13旋转，水上转轮13旋转再拖动同步发电机31旋转，实现防腐水箱11势能变为电能的转化，再经过整流单元32将电能送至超导储能单元33内部并储存起来，当防腐水箱11沉入水底，控制单元52对水上导轮13的止动盘14发送抱闸止动信号，完成重力储能过程。

随后，控制单元52对控气电磁阀16和控水电磁阀18送出开启信号，空气泵机组23将空气经过通气管口17送入防腐水箱11内部，压迫防腐水箱11内水经通水管口18排出，当空气充满防腐水箱11后，控制单元52对控气电磁阀16和控水电磁阀18送出关闭信号，同时对水上导轮13的止动盘14发送松闸旋转信号，防腐水箱11在浮力作用快速上升并拖拽钢绞线12带动水上导轮13旋转，水上转轮13旋转再拖动同步发电机31旋转，实现防腐水箱11势能变为电能的转化，经过整流单元32将电能送至超导储能单元33内部并储存起来，当防腐水箱11浮到水面，控制单元52对水上导轮13的止动盘14发送抱闸止动信号，完成浮力储能过程。

如此往复，便实现了重力和浮力双程做功，相比其他单程做功的物理储能方式，本实用新型的效能提高。当电网电能小于用户需求时，可以将超导储能单元33内部储存的电能，经过逆变器41，由DC变为AC，再经过超导电缆42无损输送给下方用户，经变压器进行变电，然后送到低压用户端，当超导电缆42需要维护时，也可以由常规电缆43进行送电。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，包括动能装置(1)、气泵装置(2)、储能装置(3)、电力传输装置(4)和电网用户(5)，所述动能装置(1)与储能装置(3)传动连接，所述储能装置(3)用于转化动能装置(1)传递的机械能为电能，所述储能装置(3)的输出端与电力传输装置(4)的输入端连接，所述电力传输装置(4)的输出端与电网用户(5)的输入端连接，所述动能装置(1)与气泵装置(2)连接，所述动能装置(1)包括防腐水箱(11)，所述气泵装置(2)用于调控防腐水箱(11)内部的储水量。

2.根据权利要求1所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述动能装置(1)还包括钢绞线(12)、水上转轮(13)和水下转轮(15)，所述水下转轮(15)固定在低势能安装面，所述水下转轮(15)上方设置有水上转轮(13)，所述水上转轮(13)和水下转轮(15)之间活动连接有钢绞线(12)，所述钢绞线(12)上连接有防腐水箱(11)，所述水上转轮(13)上安装有止动盘(14)，用于限制钢绞线(12)在水上转轮(13)与水下转轮(15)之间的运动，所述水上转轮(13)与储能装置(3)传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述防腐水箱(11)的上端连接有通气管口(17)，所述通气管口(17)上安装有控气电磁阀(16)，所述防腐水箱(11)的下端连接有通水管口(19)，所述通水管口(19)上安装有控水电磁阀(18)，所述控水电磁阀(18)和控气电磁阀(16)均与电网用户(5)电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述气泵装置(2)包括供电单元和空气泵机组(23)，所述供电单元用于产生清洁电能，所述供电单元的输出端与空气泵机组(23)连接，所述空气泵机组(23)的输出端与通气管口(17)连接，所述供电单元为光伏发电机组(21)或风力发电机组(22)。

5.根据权利要求2所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述储能装置(3)包括同步发电机(31)、整流单元(32)和超导储能单元(33)，所述同步发电机(31)的输入端通过同步带与水上转轮(13)连接，所述同步发电机(31)的输出端与整流单元(32)电连接，所述整流单元(32)的输出端与超导储能单元(33)电连接，所述超导储能单元(33)的输出端与电力传输装置(4)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述电力传输装置(4)包括逆变单元(41)和电缆，所述逆变单元(41)的输入端与超导储能单元(33)电连接，所述逆变单元(41)的输出端与电缆电连接，所述电缆的输出端与电网用户(5)电连接，所述电缆包括超导电缆(42)和常规电缆(43)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于超导电力传输的储能应用系统，其特征在于，所述电网用户(5)包括用户单元(51)和控制单元(52)，若干所述用户单元(51)均连接在电缆上，所述用户单元(51)与控制单元(52)电连接，所述控制单元(52)分别与控气电磁阀(16)、控水电磁阀(18)、止动盘(14)和空气泵机组(23)电连接。

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