CN220059862U - 一种压缩气体及水力联合电力储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种压缩气体及水力联合电力储能系统，包括：压缩机，用于电力驱动气体进行压缩；位于水下的舱体，舱体上部具有气体进出口、下部具有水进出口；在储能阶段，所述压缩机驱动气体经所述气体进出口进入所述舱体，且使舱体内的水经所述水进出口排出；在释放能阶段，所述舱体内的气体经所述气体进出口输出，用于驱动第一发电机发电，且使外部的水经所述水进出口进入舱体内；所述水进出口通过第一管路连通水轮发电机的水轮仓，用于在舱体经水进出口排水或进水时，驱动水轮发电机发电。本申请通过压缩气体储能和气水两相流发电，实现大规模、低成本储能。

Description

一种压缩气体及水力联合电力储能系统

技术领域

本申请涉及可再生能源技术领域，特别涉及一种压缩气体及水力联合电力储能系统。

背景技术

绿色可再生能源具有无限的发展潜力，但风电、光伏及波浪能等可再生能源的开发都存在发电输出不稳定及上网难的问题。即使采用海上能源制氢，也存在需要与大规模储能系统相结合达到削峰填谷高效利用能源及装备提高经济性问题。大规模、高效率的储能技术是提高绿色可再生能源消纳水平，推动能源供应主体由传统化石能源向绿色清洁能源更替，实现“碳达峰”和“碳中和”的关键技术。

通过技术创新，研制大规模、低成本、长寿命，且涉及气、水、热、电等多种能量形式存储和转化的储能系统，是提高绿色可再生能源利用效率、安全性和经济性的迫切需要，也是发挥能源战略的优势，促进能源领域科技创新和产业升级，提升能源领域的竞争力和影响力的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种压缩气体及水力联合电力储能系统，通过压缩气体储能和气水两相流发电，实现大规模、低成本储能的同时，突破现有储能技术的效率瓶颈，实现大规模储能技术高效率的推广应用。

本申请提供了一种压缩气体及水力联合电力储能系统，包括：

压缩机，用于电力驱动气体进行压缩；

位于水下的舱体，舱体上部具有气体进出口、下部具有水进出口；

在储能阶段，所述压缩机驱动气体经所述气体进出口进入所述舱体，且使舱体内的水经所述水进出口排出；

在释放能阶段，所述舱体内的气体经所述气体进出口输出，用于驱动第一发电机发电，且使外部的水经所述水进出口进入舱体内；

所述水进出口通过第一管路连通水轮发电机的水轮仓，用于在舱体经水进出口排水或进水时，驱动水轮发电机发电。

由上，本申请通过提供一种压缩气体及水力联合电力储能系统，通过在水下设置一舱体，通过压缩机驱动外部的气体经过气体进出口进入该舱体，以压缩舱体内的水经过水进出口排出，以实现储能，当需要发电时，可在水压的作用下，通过使外部的水经过水进出口进入舱体，使舱体内储存的气体经过气体进出口输出，以驱动连通气体进出口的第一发电机进行发电，同时，通过使水进出口通过第一管路连通水轮发电机的水轮仓，在舱体进行排水或进水时，驱动水轮发电机发电，从而实现气水两相流发电，实现大规模、低成本储能。

可选的，所述舱体的水进出口还通过第二管路连通水下，且第一管路、第二管路上分别具有阀门。

由上，还可以在水进出口连通第二管路，以实现进水或排水，通过在第一管路和第二管路上设置阀门，通过控制阀门的开关，以实现第一管路和第二管路的排水、进水控制。

可选的，所述舱体为封闭腔体结构，所述气体进出口位于该舱体的顶部，所述水进出口位于该舱体的侧壁且靠近底部，所述舱体的底部固定于水底。

由上，舱体结构选用一封闭腔体，并固定于水底，通过在该舱体的顶部设置气体进出口，以实现气体进出，在舱体的靠近底部的侧壁设置水进出口，以实现排水或进水。

可选的，所述压缩机的压缩气体出口、所述第一发电机的气动入口、所述舱体的气体进出口连通至三通阀。

由上，通过设置一三通阀，以分别连通压缩机的压缩气体出口、第一发电机的气动入口和舱体的气体进出口，通过控制该三通阀的两路开启、一路关闭，以实现压缩机压缩气体进入舱体，或舱体的气体进入第一发电机的气动入口，驱动第一发电机发电。

可选的，还包括储热模块，用于在储能阶段对压缩机工作时的热量进行回收存储，以及在释放能阶段利用所存储的热量加热进入第一发电机的气体。

由上，通过设置一连通压缩机的储热模块，能够将压缩机的压缩过程所产生的热量经换热回收至储热模块中，可进行热能发电，又或者可以在释放能阶段利用该热量加热进入第一发电机的气体，以利用高压气体发电。

可选的，还包括控制站，分别电连接所述压缩机、第一发电机、水轮发电机和储热模块，以实现集中控制。

由上，本申请的储能系统中的压缩机、第一发电机、水轮发电机和储热模块可分别电连接至控制站，以实现气水两相流发电过程及储能过程的集中控制。

本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种压缩气体及水力联合电力储能系统的结构示意图。

应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本申请实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本申请实施例的物理连接方式。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

基于现有可再生能源领域的竞争力和影响力的需求，本申请实施例提出了一种压缩气体及水力联合电力储能系统，充分利用海洋或湖泊水下的稳定压力环境，采用水下压力平衡舱压缩气体储能和气水两相流发电，实现大规模、低成本储能的同时，突破现有储能技术的效率瓶颈，实现大规模储能技术高效率的推广应用。

如图1所示，本申请实施例提供的一种压缩气体及水力联合电力储能系统包括桩锚/吸力锚1、压力平衡舱2、水轮发电机3、水下电缆4、气体输送立管5、输变电模块6、气体发电机7、储热模块8、电动气体压缩机9、集中控制站10、电网稳定模块11、平台12、三通阀13以及相关阀门、起动器、管路、电缆等。

其中，上述压力平衡舱2可以采用钢制或混凝土制材料，其通过桩锚/吸力锚1固定于水底，该压力平衡舱2采用密闭腔体结构，其顶部设有气体进出口，该气体进出口通过气体输送立管5连接至三通阀13实现进气或排气，其靠近底部的侧壁设有水进出口，该水进出口分别连通第一管路和第二管路，其中该第一管路连通水轮发电机3的水轮仓，第二管路连通水下。

上述平台12漂浮固定于水面上，上述输变电模块6、气体发电机7、储热模块8、电动气体压缩机9、集中控制站10、电网稳定模块11位于平台12上。其中，气体发电机7的气动入口和电动气体压缩机9的压缩气体出口分别连接三通阀13，通过控制该三通阀13的两路开启、一路关闭，以实现电动气体压缩机9压缩气体进入压力平衡舱2的舱体，或使压力平衡舱2的舱体气体进入气体发电机7的气动入口，驱动气体发电机7发电。

基于上述压缩气体及水力联合电力储能系统的结构，本申请实施例提供一种储能方法，其具体储能过程如下：

在储能阶段，开启连接电动气体压缩机9的压缩气体出口的三通阀13端口，外部提供的电能通过电网稳定模块11的稳压后输出到电动气体压缩机9，以电力驱动该电动气体压缩机9将外部气体通过气体输送立管5经气体进出口进入压力平衡舱2的舱体内部进行储存，并利用舱内的高压气体推动舱体内的水经侧壁的水进出口排出；

在释放能阶段，关闭连接电动气体压缩机9的压缩气体出口的三通阀13端口，并开启连接气体发电机7的气动入口的三通阀13端口，此时开启压力平衡舱2的水进出口，此时外部的水压使外部的水经该水进出口进入压力平衡舱2的舱体内，并推动压力平衡舱2的舱体内的气体经所述气体进出口输出，并通过气体输送立管5和三通阀13后，进入气体发电机7，以驱动气体发电机7发电。

在一些实施例中，通过开启第一管路的阀门，在储能阶段，使得压力平衡舱2的舱体排出的水通过水轮发电机3的水轮仓，以驱动水轮发电机3发电，或者在释放能阶段，使得外部的水通过水轮发电机3的水轮仓后再通过第一管路进入压力平衡舱2的舱体，驱动水轮发电机3发电。

在另一些实施例中，由于通过高压气体排水需要使用外部电能，此时如果还利用排出的水驱动水轮发电机3发电，可能或浪费更多电能，造成能量损失，基于此，可在储能阶段，开启第二管路的阀门，关闭第一管路的阀门，使得压力平衡舱2排出的水直接通过第二管路进入水中，以节省排水过程中所需的电能，在释放能阶段，再开启第一管路的阀门，关闭第二管路的阀门，实现在进水过程中驱动水轮发电机3发电。

上述气体发电机7可采用气动膨胀发电机或汽轮发电机，该气体发电机7和水轮发电机3均电连接输变电模块6，通过该输变电模块6将所发电能进行转换后，向外输出。

在一些实施例中，还设置有连通电动气体压缩机9的储热模块8，该储热模块8可用于在储能阶段对电动气体压缩机9工作时的热量进行回收存储，该回收的热能可用于热能发电，还可用于在释放能阶段，利用存储的热量加热进入气体发电机7的气体，以进行高压气体发电。

在一些实施例中，还通过设置一集中控制站10，该集中控制站10分别电连接至电网稳定模块11、电动气体压缩机9、储热模块8、气体发电机7、输变电模块6和水轮发电机3，以实现对各结构的远程控制，实现气水两相流发电过程及储能过程的集中管理。

除此之外，本申请实施例在实际应用过程中，还可以根据应用环境水深不同以及不同压力下压缩气体发电与水轮机发电的效率和投入成本情况，可通过控制第一管路的阀门开度，优化调控排气与进水压力流量实现最佳储能发电效率及经济性。

综上所述，本申请实施例通过提供一种压缩气体及水力联合电力储能系统及储能方法，具有如下优点及效果：

1.系统储能转化效率高

通过压力平衡舱的气水提升与交换，配置了水轮发电机与气体发电机，使系统的综合能效得到显著提升，突破现有压缩空气储能技术及转化效率瓶颈和高压储气结构高成本与安全性问题，能够创造出大规模储能利用效率约75％的效果。

2.综合利用效率高

相比较传统压缩空气储罐泄压发电会留有一个大气压的气体排不出发电，且排气过程气压递减，本发明中压力平衡舱中的高压气体可在外部水压的作用下排出全部压缩空气，且气压基本稳定，同压力同容量储量下可大幅提高存储率与气动膨胀发电机发电能效，特别适用于大水深水域，水压越大，储能率越高，储舱结构几乎不变。另外，水下储舱也可以兼用水上电解制氢的氢气压力储存舱，同样输出也可发电，并输出氢能。

3.储能空间大，蓄能能力强

压力平衡舱布置在水下，与陆上压缩空气储罐相比几乎不受空间制约，蓄能储备能力大。

4.水下布置形式灵活

本系统的形式较灵活，可根据不同的装机容量要求，实行大单体布置或多组模块化布置和扩展，可据水深与环境水底布设或悬浮水中布设。

5.发展潜力大

本发明采用大规模、高效率的储能及转化技术，能够大幅提高绿色可再生能源消纳水平、推动主体能源由化石能源向绿色能源更替、促进能源领域科技创新和产业升级，具有非常大的发展潜力。

需要说明的是，本申请所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，上述对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

在上述的描述中，所涉及的表示步骤的标号，并不表示一定会按此步骤执行，还可以包括中间的步骤或者由其他的步骤代替，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明的保护范畴。

Claims (6)

1.一种压缩气体及水力联合电力储能系统，其特征在于，包括：

压缩机，用于电力驱动气体进行压缩；

位于水下的舱体，舱体上部具有气体进出口、下部具有水进出口；

在储能阶段，所述压缩机驱动气体经所述气体进出口进入所述舱体，且使舱体内的水经所述水进出口排出；

在释放能阶段，所述舱体内的气体经所述气体进出口输出，用于驱动第一发电机发电，且使外部的水经所述水进出口进入舱体内；

所述水进出口通过第一管路连通水轮发电机的水轮仓，用于在舱体经水进出口排水或进水时，驱动水轮发电机发电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述舱体的水进出口还通过第二管路连通水下，且第一管路、第二管路上分别具有阀门。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述舱体为封闭腔体结构，所述气体进出口位于该舱体的顶部，所述水进出口位于该舱体的侧壁且靠近底部，所述舱体的底部固定于水底。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩机的压缩气体出口、所述第一发电机的气动入口、所述舱体的气体进出口连通至三通阀。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括储热模块，用于在储能阶段对压缩机工作时的热量进行回收存储，以及在释放能阶段利用所存储的热量加热进入第一发电机的气体。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括控制站，分别电连接所述压缩机、第一发电机、水轮发电机和储热模块，以实现集中控制。