EA044162B1 - COMBINED GRAVITY-HYDRAULIC ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM - Google Patents
COMBINED GRAVITY-HYDRAULIC ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- EA044162B1 EA044162B1 EA202290754 EA044162B1 EA 044162 B1 EA044162 B1 EA 044162B1 EA 202290754 EA202290754 EA 202290754 EA 044162 B1 EA044162 B1 EA 044162B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- water
- pressure
- steel
- Prior art date
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 73
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 39
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 16
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 10
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 claims description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims description 7
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000007728 cost analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Description
Комбинированная гравитационно-гидравлическая система хранения электроэнергии предназначена главным образом для работы электрической сети, используемой для хранения больших/значительных объемов энергии в периоды времени, когда сеть имеет избыточное производство электрической энергии, для того, чтобы питать ее в пиковые периоды потребления. Система обеспечивает хранение энергии с нулевыми экологическими издержками и риском во время эксплуатации и изготовлена из материала, который на 100% может быть переработан в конце срока службы продукта. Первоначальные расходы на охрану окружающей среды (например, на выбросы СО2) являются небольшими, и не используются материалы с высоким экологическим риском. Система может выступать в качестве буфера для любой системы производства зеленой энергии для хранения и обеспечения 100% профилированной по потребителю работы электрической сети.A combined gravity-hydraulic electrical energy storage system is designed primarily for electrical grid operation, used to store large/significant amounts of energy during periods of time when the grid has excess electrical energy production, in order to power it during peak demand periods. The system provides energy storage with zero environmental cost and risk during operation and is made from material that is 100% recyclable at the end of the product's life. Initial environmental costs (eg CO2 emissions) are low and no materials with high environmental risks are used. The system can act as a buffer for any green energy production system to store and provide 100% customer-profiled operation of the electrical grid.
В работе Системы хранения энергии, решение для оптимизации работы электрических сетей, к которым подключены прерывистые возобновляемые источники различных систем хранения энергии, AGIR Bulletin, Supplement 1/2015, упоминается несколько технологий хранения электроэнергии, в том числе так называемая Гидроагрегатная система (PHS). Он состоит из гидронасосной станции, которая сохраняет энергию путем откачки сточных вод из бассейна, расположенного на выпуске турбин (нижний резервуар, где они собираются во время работы гидроэлектростанции), в верхний бассейн (верхний резервуар), в течение периодов или временных интервалов, в которые система производит избыточную электроэнергию. Такие гидронасосные установки требуют меньшего бассейна сбора сточных вод и используют реверсивные турбогенераторные агрегаты, обычно реверсивные турбины, полученные из турбин Фрэнсиса или Каплана, чтобы быть максимально эффективными, но с недостатком очень больших объемов воды. Экологические издержки таких технологий чрезвычайно высоки в связи с серьезным воздействием на ландшафт и реки.Energy Storage Systems, a solution for optimizing the operation of electrical networks connected to intermittent renewable sources of various energy storage systems, AGIR Bulletin, Supplement 1/2015, mentions several energy storage technologies, including the so-called Hydroelectric System (PHS). It consists of a hydraulic pumping station that stores energy by pumping wastewater from a basin located at the outlet of the turbines (the lower reservoir where it is collected during the operation of the hydroelectric power station) to an upper basin (the upper reservoir), for periods or time intervals in which the system produces excess electricity. Such pumped hydro plants require a smaller wastewater collection basin and use reversible turbine generator units, typically reversible turbines derived from Francis or Kaplan turbines, to be as efficient as possible, but with the disadvantage of very large volumes of water. The environmental costs of such technologies are extremely high due to the severe impacts on landscapes and rivers.
На сайте http://www.gravitypower.net/technology-gravity-power-energy-storage/ представлен гравитационный силовой модуль (GPM-Gravity Power Module), который содержит очень большой поршень, который помещен в глубокую скважину или шахту, заполненную водой, поршень снабжен скользящими прокладками для предотвращения утечки вокруг него, и вертикальную возвратную трубу, расположенную снаружи поршня, соединяющую нижнюю часть поршня с турбиной Фрэнсиса реверсивного типа, соединенной с электрической машиной, расположенной на уровне грунта. Поршень изготовлен из армированного камня или бетона. Скважину заполняют водой один раз, в начале операций, а затем закрывают, после этого первоначального заполнения дополнительная вода не требуется. Когда производится электроэнергия при опускании поршня, он заставляет воду из скважины хранения подниматься через возвратную трубу и, посредством турбины, приводить электрическую машину в режим генератора. Когда необходимо хранить энергию, электрическая машина управляется в режиме двигателя, питающегося от сети, и вращает ту же турбину (реверсивную) в режиме насоса, чтобы опустить воду на возвратную трубу, в основании скважины, поднимая поршень. Модуль GPM представлен только на уровне идеи, а использование реверсивной технологии (реверсивная турбина/генераторная группа) имеет недостаток в том, что ограниченное давление (20-30 бар) имеет низкий КПД и требует больших объемов воды на МВт-ч.The website http://www.gravitypower.net/technology-gravity-power-energy-storage/ presents a gravity power module (GPM-Gravity Power Module), which contains a very large piston that is placed in a deep well or shaft filled with water , the piston is provided with sliding gaskets to prevent leakage around it, and a vertical return pipe located outside the piston connecting the bottom of the piston to a reversible type Francis turbine connected to an electrical machine located at ground level. The piston is made of reinforced stone or concrete. The well is filled with water once at the beginning of operations and then capped, after this initial filling no additional water is required. When electricity is produced by lowering the piston, it causes water from the storage well to rise through the return pipe and, through a turbine, drive the electrical machine into generator mode. When it is necessary to store energy, the electric machine is controlled in the mode of a motor powered by the network, and rotates the same turbine (reversible) in pump mode to lower the water to the return pipe at the base of the well, raising the piston. The GPM module is presented only at the idea level, and the use of reversible technology (reversible turbine/generator group) has the disadvantage that the limited pressure (20-30 bar) has low efficiency and requires large volumes of water per MWh.
Из патентной литературы известно изобретение CN 204061053 (U), озаглавленное Гидроэнергетическая система для хранения энергии ветра, опубликованное 31.12.2014. Система согласно изобретению содержит первичную вертикальную скважину, вторую более глубокую вертикальную скважину, расположенную в морской зоне, гидроэлектрический модуль генерации (турбогенераторная группа), расположенный в нижней части первой вертикальной скважины, и группу насосов, расположенных в нижней части второй вертикальной скважины. Морскую воду закачивают в первую вертикальную скважину в гидроэлектрическом модуле генерации, который подает избыточную электроэнергию по подземной линии. После этого воду проводят по трубе у основания второй вертикальной скважины, откуда ее закачивают на поверхность грунта, в бассейн, группой насосов, приводимых во вращение внешней ветровой турбиной. Таким образом, вода бассейна сохраняет энергию ветра в виде потенциальной энергии и затем может быть использована для выработки электроэнергии.From the patent literature we know the invention CN 204061053 (U), entitled Hydropower system for wind energy storage, published on 12/31/2014. The system according to the invention contains a primary vertical well, a second deeper vertical well located in the offshore zone, a hydroelectric generation module (turbine generator group) located in the lower part of the first vertical well, and a group of pumps located in the lower part of the second vertical well. Seawater is pumped into the first vertical well in the hydroelectric generation module, which supplies excess electricity through an underground line. After this, the water is carried through a pipe at the base of the second vertical well, from where it is pumped to the ground surface, into the pool, by a group of pumps driven by an external wind turbine. In this way, the pool water stores wind energy as potential energy and can then be used to generate electricity.
Известно также изобретение DE10 2011012261 (А1), опубликованное 30.08.2012 под названием Устройство хранения электрической энергии для силовой установки резервуара для хранения, восстанавливает потенциальную энергию, генерируемую опорожнением резервуара в окружающие воды, с использованием насосных устройств под действием электрической энергии во время заполнения резервуара (Werner RAU). Устройство имеет резервуар, заполненный водой над балластным материалом (например, гравием, бетоном), резервуар расположен на морском дне. Резервуар соединен с наружным воздухом через трубу или шланг с возможностью бескомпрессионного обмена воздухом и образования над водой воздушной камеры при опорожнении резервуара. Через впускной клапан, реверсивную турбину, соединенную с электродвигателем/генератором, вода либо подается в резервуар снаружи, либо закачивается обратно в окружающую воду изнутри. Потенциальная энергия, вырабатываемая при опорожнении резервуара в окружающие воды с помощью гидравлических или пневматических насосных устройств под воздействием электрической энергии, извлекается при наполнении резервуара. Расход воды регулируется таким образом, чтобы мощность реверсивной турбины и электродвигателя/генератора была адап- 1 044162 тирована к требованиям электрической сети.Also known is the invention DE10 2011012261 (A1), published on 08/30/2012 under the title Electric energy storage device for the power plant of a storage tank, which recovers the potential energy generated by emptying the tank into the surrounding waters using pumping devices under the influence of electrical energy during the filling of the tank ( Werner RAU). The device has a tank filled with water over ballast material (eg gravel, concrete), the tank is located on the seabed. The tank is connected to outside air through a pipe or hose with the possibility of uncompressed air exchange and the formation of an air chamber above the water when the tank is emptied. Through the inlet valve, a reversible turbine connected to an electric motor/generator, water is either drawn into the reservoir from the outside or pumped back into the surrounding water from the inside. The potential energy generated when the tank is emptied into the surrounding waters by hydraulic or pneumatic pumping devices under the influence of electrical energy is recovered when the tank is filled. The water flow is adjusted so that the power of the reversible turbine and electric motor/generator is adapted to the requirements of the electrical network.
Изобретение использует реверсивную технологию (реверсивную турбогенераторную группу), имеющую низкий КПД.The invention uses reversible technology (reversible turbogenerator group), which has low efficiency.
Кроме того, также известно изобретение US 2012/0049673, опубликованное 01.03.2012 под названием Генераторная система для водного резервуара (Myung Hoe KOO). Изобретение предусматривает генераторную систему, содержащую резервуар для воды в виде цилиндра, имеющего верхнее отверстие и нижнее отверстие; разделительную стенку, расположенную вертикально в резервуаре для воды, разделяющую резервуар для воды на первую вертикальную колонну и вторую вертикальную колонну, которые соединены вблизи нижнего отверстия резервуара для воды. Каждая из цилиндрических пластин расположена и выполнена так, чтобы выполнять перемещение поршня через соответствующую вертикальную колонку резервуара для воды, причем указанные цилиндрические пластины соединены шкивом через трос, и каждая из них имеет множество односторонних отверстий для обеспечения возможности протекания воды только вниз. Электродвигатель, питаемый солнечной панелью, приводит в движение шкив для поочередного подъема первой цилиндрической пластины или второй цилиндрической пластины; турбинный генератор расположен в нижнем отверстии водяного резервуара и для генерации электроэнергии с помощью потока воды, создаваемого падающими цилиндрическими пластинами, предусмотрена возвратная труба, имеющая нижний конец, расположенный на нижнем отверстии водяного резервуара, и верхний конец, открытый к верхнему отверстию водяного резервуара, для возврата воды от турбинного генератора к водяному резервуару.In addition, the invention US 2012/0049673 published on 03/01/2012 entitled Generator system for a water tank (Myung Hoe KOO) is also known. The invention provides a generator system comprising a water tank in the form of a cylinder having an upper opening and a lower opening; a dividing wall disposed vertically in the water tank, dividing the water tank into a first vertical column and a second vertical column, which are connected near the bottom opening of the water tank. Each of the cylindrical plates is positioned and configured to move a piston through a respective vertical column of the water tank, said cylindrical plates being connected by a pulley through a cable, and each having a plurality of one-sided openings to allow water to flow only downwards. An electric motor powered by the solar panel drives a pulley to alternately lift the first cylindrical plate or the second cylindrical plate; a turbine generator is located at the lower opening of the water tank and to generate electricity using the flow of water generated by the falling cylindrical plates, a return pipe is provided having a lower end located at the lower opening of the water tank and an upper end open to the upper opening of the water tank for return water from the turbine generator to the water reservoir.
Эффективность турбины снижается за счет столба воды в возвратной трубе.The efficiency of the turbine is reduced by the column of water in the return pipe.
Технические проблемы, решаемые изобретением, заключаются в уменьшении объема воды, необходимого на МВт-ч, хранящийся в гравитационно-гидравлической системе хранения электрической энергии - следовательно, высокой плотности хранения энергии на построенный объем.The technical problems solved by the invention are to reduce the volume of water required per MWh stored in a gravity-hydraulic electrical energy storage system - hence high energy storage density per volume built.
Комбинированная гравитационно-гидравлическая система хранения электрической энергии согласно изобретению содержит большой тяжелый поршень, утяжеленный/нагруженный блоками материала с высокой объемной массой, закрепленный симметрично на поверхности поршня для равномерного распределения массы, предназначенный для аккумулирования потенциальной гравитационной энергии путем подъема его вертикально внутри цилиндра с армированными бетонными стенками и высококачественным стальным внутренним покрытием, заполненного водой, причем поршень направляется на вертикальной стенке цилиндра посредством направляющих и снабжен, в центре, кольцевым отверстием, при этом в оси цилиндра имеется канал высокого давления, проходящий через поршень и проводящий воду под давлением от основания цилиндра к системе генерации электроэнергии с использованием импульсных турбин, причем отводящий канал герметизирован сверху и деаэрирован, при этом вода, используемая в цикле производства электроэнергии, сбрасывается обратно в цилиндр, над поршнем, через возвратный канал при атмосферном давлении, а для цикла поглощения и хранения энергии из электрической сети, также содержит систему насосов высокого давления и переменного потока, принимающую воду над поршнем, через возвратный канал, и вводящую ее канал давления, под поршень, заставляя ее подниматься, аккумулируя таким образом энергию.The combined gravity-hydraulic electrical energy storage system of the invention comprises a large heavy piston, weighted/loaded with blocks of high volumetric mass material, mounted symmetrically on the surface of the piston for uniform mass distribution, designed to store potential gravitational energy by lifting it vertically within a cylinder of reinforced concrete walls and a high-quality steel inner coating filled with water, the piston being guided on the vertical wall of the cylinder by means of guides and equipped, in the center, with an annular hole, while in the axis of the cylinder there is a high-pressure channel passing through the piston and conducting water under pressure from the base of the cylinder to electric power generation system using impulse turbines, the outlet channel being sealed at the top and deaerated, the water used in the electric power generation cycle being discharged back into the cylinder, above the piston, through the return channel at atmospheric pressure, and for the energy absorption and storage cycle from the electrical network, also contains a system of high pressure and variable flow pumps that receives water above the piston, through the return channel, and introduces it through a pressure channel below the piston, causing it to rise, thus accumulating energy.
По сравнению с предшествующим уровнем техники, система хранения электроэнергии гравитационно-гидравлического комбинированного цикла согласно изобретению имеет следующие преимущества:Compared with the prior art, the gravity-hydraulic combined cycle electricity storage system according to the invention has the following advantages:
имеет нулевые экологические затраты и нулевой экологический риск во время эксплуатации. Система закрыта, поэтому отсутствует какой-либо обмен веществами с окружающей средой, а текучая среда внутри (вода) нейтральна к окружающей среде в случае утечки. В случае выхода из строя турбин или насосов масло не выделяется в свободную проточную воду как в стандартных системах PHS. Конструкция конкурирует с чрезвычайно низкой средней стоимостью на МВт-ч, сохраняемый с чрезвычайно низким углеродным следом материалов и оборудования, введенных в работу. В конце жизненного цикла установки все материалы внутри на 100% пригодны к переработке;has zero environmental costs and zero environmental risk during operation. The system is closed, so there is no exchange of substances with the environment, and the fluid inside (water) is neutral to the environment in the event of a leak. If turbines or pumps fail, oil does not release into free flowing water as in standard PHS systems. The design competes with an extremely low average cost per MWh, maintained with an extremely low carbon footprint of materials and equipment put into operation. At the end of the plant's life cycle, all materials inside are 100% recyclable;
требуется пониженное количество воды на сохраняемый МВт-ч, вода используется в полностью замкнутом цикле;Reduced amount of water per MWh stored is required, water is used in a completely closed cycle;
система имеет отдельное оборудование для ввода и вывода, поэтому ее размеры могут быть неустойчивыми, чтобы обеспечить полную нагрузку в непиковые часы (от 2 до 6 часов или когда зеленая энергия доступна в избытке) и разгрузку в пиковые часы (от 6 до 18 часов, когда мало или нет зеленой энергии); - работа сети на 100% профилирована в любом смысле работы - ввод или вывод электрической энергии - подходит для 100% прогнозируемого использования неконтролируемой зеленой энергии (т.е. ветра, солнца, волн и т.д.);The system has separate equipment for input and output, so it can be sized fluctuatingly to accommodate full load during off-peak hours (2 to 6 hours or when green energy is available in abundance) and offload during peak hours (6 to 18 hours when little or no green energy); - network operation is 100% profiled in any sense of operation - input or output of electrical energy - suitable for 100% of the projected use of uncontrolled green energy (i.e. wind, solar, waves, etc.);
позволяет непрерывно изменять выработку электроэнергии от 0 до 100% установленной выходной мощности, имея возможность полностью профилировать потребителей на малой/средней распределительной сети;allows you to continuously change power generation from 0 to 100% of the installed output power, being able to fully profile consumers on the small/medium distribution network;
позволяет непрерывное поглощение электроэнергии от 0 до 100% установленной потребляемой мощности, с возможностью полностью профилировать производство на малой/средней неконтролируемой мощности генерации электроэнергии;allows continuous absorption of electricity from 0 to 100% of the installed power consumption, with the ability to fully profile production at low/medium uncontrolled power generation capacity;
- 2 044162 позволяет неограниченное теоретическое количество циклов загрузки-разгрузки только при затратах на механическое/электрическое обслуживание оборудования;- 2 044162 allows an unlimited theoretical number of loading and unloading cycles only with the cost of mechanical/electrical maintenance of the equipment;
позволяет длительное хранение энергии, без потерь при хранении, срок теоретически неограниченный;allows long-term energy storage, without storage losses, theoretically unlimited;
позволяет устанавливать такие блоки вблизи сетевых подстанций из-за небольшой занимаемой площади и отсутствия специальных геофизических запросов;allows you to install such units near network substations due to the small footprint and the absence of special geophysical requests;
позволяет установку таких блоков в густонаселенных (городских) районах, поскольку занимаемая площадь крайне мала, а строительство полностью подземное, что позволяет повторно использовать землю с поверхности для других целей плюс нулевое воздействие на местность.allows the installation of such units in densely populated (urban) areas, since the footprint is extremely small and the construction is completely underground, allowing the reuse of surface land for other purposes plus zero impact on the area.
Вариант осуществления изобретения приведен ниже со ссылкой на фиг. 1-6, при этом:An embodiment of the invention is shown below with reference to FIG. 1-6, in this case:
фиг. 1 - принципиальная схема комбинированной гравитационно-гидравлической системы хранения электроэнергии согласно изобретению;fig. 1 is a schematic diagram of a combined gravity-hydraulic electrical energy storage system according to the invention;
фиг. 2 - деталь конструкции стенки цилиндра/цилиндрического бассейна;fig. 2 - detail of the design of the cylinder wall/cylindrical pool;
фиг. 3 - деталь конструкции канала давления;fig. 3 - detail of the pressure channel design;
фиг. 4 - деталь конструкции тяжелого поршня;fig. 4 - structural detail of a heavy piston;
фиг. 5а - схематическое изображение детали бетонной стенки цилиндра;fig. 5a is a schematic representation of a detail of a concrete cylinder wall;
фиг. 5b - схематическое изображение сборного бетонного сегмента цилиндра;fig. 5b is a schematic illustration of a precast concrete cylinder segment;
фиг. 6 - конструкция манжеты цилиндра.fig. 6 - design of the cylinder cuff.
Комбинированная гравитационно-гидравлическая система хранения электрической энергии в соответствии с настоящим изобретением работает в цикле поглощения и хранения энергии, в течение периодов или временных интервалов, в которые электрическая сеть, к которой она подключена, производит избыточную электроэнергию, или когда оператор модуля решает хранить энергию, а в цикле производства электроэнергии для сети, в периоды пикового потребления или когда оператор модуля решает извлекать энергию. Система также может быть использована для долгосрочного или краткосрочного хранения неконтролируемой возобновляемой энергии (ветра и/или солнца) для использования в периоды пикового потребления. Система также может быть сконфигурирована для обеспечения малой - средней сети со 100% профилированной по потребителю мощностью независимо от колебаний выработки электроэнергии (с правильным размером/ адекватным размером).The combined gravity-hydraulic electrical energy storage system in accordance with the present invention operates in a cycle of energy absorption and storage, during periods or time intervals in which the electrical network to which it is connected produces excess electricity, or when the operator of the module decides to store energy, and in the power generation cycle for the grid, during periods of peak demand or when the module operator decides to extract energy. The system can also be used for long-term or short-term storage of uncontrolled renewable energy (wind and/or solar) for use during peak demand periods. The system can also be configured to provide a small to medium network with 100% customer profiled power regardless of power generation fluctuations (right sized/adequately sized).
На фиг. 1 показана комбинированная система хранения электроэнергии гравитационногидравлического цикла, которая состоит из правого цилиндра 10 с армированными бетонными стенками и высококачественным стальным внутренним покрытием для выдерживания высоких давлений, имеющего в оси канал/трубу 20 высокого давления, в цилиндре расположен подвижный большой тяжелый поршень 30, предназначенный для аккумулирования потенциальной гравитационной энергии при его вертикальном подъеме внутри цилиндра 10, который заполнен водой под и над поршнем. Поршень 30 снабжен в центре кольцевым отверстием для обеспечения прохождения канала 20 высокого давления через поршень 30, причем указанный канал 20 высокого давления имеет по меньшей мере одно колено на верхнем конце. В цикле поглощения и хранения энергии вода над поршнем 30 перекачивается под давлением системой 60 ввода мощности через канал 20 высокого давления под поршнем, заставляя ее подниматься, таким образом, аккумулируя потенциальную гравитационную энергию, а в цикле производства электроэнергии вода под давлением из основания цилиндра 10 подается через канал 20 высокого давления в систему 50 генерации электроэнергии, одновременно с опусканием поршня 30 с использованием его потенциальной гравитационной энергии. Давление в канале высокого давления является постоянным независимо от положения поршня 30, поэтому энергетические системы ввода 60 и вывода 70 легко проектировать. Вода, обрабатываемая в цикле генерации электроэнергии, сбрасывается обратно в цилиндр 10, выше поршня 30, при атмосферном давлении через возвратный канал 25, выполненный на верхнем уровне заполнения цилиндра 10 водой, и строящийся ниже глубины промерзания, характерной для географического района, в котором построен бассейн. Таким образом, вода в цилиндре 10 используется в замкнутом контуре, компенсируется только потерями от испарения при работе системы и защищена от замерзания.In fig. 1 shows a combined gravity-hydraulic cycle electric energy storage system, which consists of a right-hand cylinder 10 with reinforced concrete walls and a high-quality steel internal lining to withstand high pressures, having a high-pressure channel/pipe 20 in the axis, a movable large heavy piston 30 is located in the cylinder, designed to accumulation of potential gravitational energy during its vertical rise inside the cylinder 10, which is filled with water under and above the piston. The piston 30 is provided with an annular hole in the center to allow a high pressure passage 20 to pass through the piston 30, said high pressure passage 20 having at least one elbow at an upper end. In the energy absorption and storage cycle, water above the piston 30 is pumped under pressure by the power input system 60 through the high pressure passage 20 below the piston, causing it to rise, thereby storing potential gravitational energy, and in the electric power generation cycle, water under pressure from the base of the cylinder 10 is supplied through the high pressure channel 20 into the power generation system 50, simultaneously with the lowering of the piston 30 using its gravitational potential energy. The pressure in the high pressure passage is constant regardless of the position of the piston 30, so the power systems of the input 60 and output 70 are easy to design. The water processed in the power generation cycle is discharged back into the cylinder 10, above the piston 30, at atmospheric pressure through a return channel 25, made at the upper level of the cylinder 10's water filling, and built below the freezing depth characteristic of the geographical area in which the pool is built. . Thus, the water in cylinder 10 is used in a closed loop, compensated only by losses from evaporation during system operation and protected from freezing.
Цилиндр 10 представляет собой большой по размерам правый цилиндрический бассейн с диаметром и высотой в десятки метров, в зависимости от требуемого объема хранения. Он строится ниже уровня грунта, описанным ниже способом. Цилиндр 10 имеет стенки, изготовленные из сборного бетона, в виде предварительно напряженной цилиндрической оболочки/полых сегментов 12 (пример такого бетонного сегмента изображен на фиг. 5b), указанный бетонный сегмент затем напрягает стальными жилами, указанный цилиндр 10 снабжается сверху цилиндрической манжетой 70 (показана на фиг. 6), а в нижней части - куполом 40 обратного положения. Цилиндр 10 внутри покрыт высококачественным стальным покрытием 11. Цилиндр 10 заполнен водой, поршень 30 находится внутри объема воды. Поршень 10 нагружен весами 31, выполненными из блоков материала с высокой объемной массой, закрепленных симметрично на поверхности поршня 30. Над поршнем 30 находится вода до верхнего уровня упомянутого цилиндра, на одной линии с верхней частью возвратного канала 25. Веса 31 закреплены симметрично на поверхности поршня, размещаются в процессе установки, одновременно парами в диаметрально противоположных положениях в рамках равномерного распределения массы.Cylinder 10 is a large right-hand cylindrical basin with a diameter and height of tens of meters, depending on the required storage volume. It is built below ground level in the manner described below. The cylinder 10 has walls made of precast concrete in the form of a prestressed cylindrical shell/hollow segments 12 (an example of such a concrete segment is shown in Fig. 5b), said concrete segment is then prestressed with steel strands, said cylinder 10 is provided with a cylindrical collar 70 on top (shown). in Fig. 6), and in the lower part - a dome 40 of the reverse position. The inside of the cylinder 10 is covered with a high-quality steel coating 11. The cylinder 10 is filled with water, the piston 30 is located inside the water volume. The piston 10 is loaded with weights 31 made of blocks of high bulk material, fixed symmetrically on the surface of the piston 30. Above the piston 30 there is water up to the top level of the said cylinder, in line with the top of the return channel 25. Weights 31 are fixed symmetrically on the surface of the piston , are placed during installation, simultaneously in pairs in diametrically opposite positions within the framework of uniform mass distribution.
- 3 044162- 3 044162
Аксиально в цилиндре 10 имеется канал 20 высокого давления, который проводит воду под давлением в систему 50 генерации энергии, составленную из импульсных турбин, например, типа Пелтона. Канал 20 высокого давления, в нижней части, снабжен впуском-выпуском 29 для воды, через который, в зависимости от рабочего цикла, подают или извлекают воду из-под поршня. Канал 20 высокого давления герметизирован сверху и деаэрирован. Вода, обрабатываемая в системе 50 генерации электроэнергии, сбрасывается обратно в цилиндр 10 через возвратный канал 25, канал находится под атмосферным давлением. Для того, чтобы вводить энергию извне, система 60 ввода содержит систему насосов высокого давления и переменного потока, которая забирает воду из возвратного канала 25 (выше поршня 30) и вводит ее в канал 20 высокого давления, нагнетаемая под поршнем 30, таким образом, она поднимает его и аккумулирует потенциальную энергию. Два водяных контура полностью разделены. Контур высокого давления начинается в основании цилиндра и заканчивается в клапанах доступа турбина (которые открываются только в цикле выработки электроэнергии) и в направляющих клапанах на выпуске насосов высокого давления (которые открываются только в цикле поглощения и хранения энергии).Axially in the cylinder 10 there is a high pressure passage 20 which conducts pressurized water into a power generation system 50 composed of impulse turbines, for example of the Pelton type. The high-pressure channel 20, in the lower part, is equipped with an inlet-outlet 29 for water, through which, depending on the operating cycle, water is supplied or extracted from under the piston. The high pressure channel 20 is sealed at the top and deaerated. The water processed in the power generation system 50 is discharged back into the cylinder 10 through the return channel 25, the channel is under atmospheric pressure. In order to introduce energy from outside, the input system 60 includes a high pressure and variable flow pump system that takes water from the return channel 25 (above the piston 30) and introduces it into the high pressure channel 20, pumped below the piston 30, so it lifts it and accumulates potential energy. The two water circuits are completely separated. The high pressure circuit begins at the base of the cylinder and ends at the turbine access valves (which open only during the power generation cycle) and at the high pressure pump outlet guide valves (which open only during the energy absorption and storage cycle).
Вода является несжимаемой жидкостью и, следовательно, идеальным агентом для передачи потенциальной энергии. Энергия сохраняется внутри системы через вертикальное положение поршня 30. Цилиндр 10 заполнен водой под и над поршнем, давление в канале 29 высокого давления будет постоянным независимо от вертикального положения поршня 30. Для использования небольшого количества воды необходимо, чтобы общий вес поршня 30 (вместе с весами 31) был высоким; чем выше общий вес поршня 30, тем выше гидростатическое давление, поэтому больше количество энергии, сохраняемой в системе на кубический метр воды.Water is an incompressible fluid and therefore an ideal agent for transferring potential energy. Energy is stored within the system through the vertical position of the piston 30. The cylinder 10 is filled with water below and above the piston, the pressure in the high pressure channel 29 will be constant regardless of the vertical position of the piston 30. To use a small amount of water, it is necessary that the total weight of the piston 30 (including weights) 31) was tall; the higher the total weight of the piston 30, the higher the hydrostatic pressure, therefore the greater the amount of energy stored in the system per cubic meter of water.
В примере осуществления изобретения цилиндр 10 сооружен ниже уровня грунта с глубиной h порядка десятков метров/между 20-100 м и диаметром D между 10 и 75 м. Цилиндр выполнен из предварительно напряженных сборных бетонных сегментов 12, соединенных и затем напряженных стальными жилами 15, покрытых изнутри высококачественным стальным покрытием 11. На фиг. 2 показана деталь стенки 10 цилиндра. На внутренней поверхности вертикальной стенки цилиндра имеется высококачественное стальное покрытие 11, сегменты покрытия должны быть изготовлены на завод, затем установлены, сварены и выпрямлены на месте, что позволит поршню 30 легко скользить и принимать давление в областях горизонтального сдвига от стыка между сборными бетонными сегментами 12. Высококачественное стальное покрытие работает в сочетании с предварительно напряженными сегментами, которые также после напряжения стальными жилами воспринимают окружное напряжение в цилиндре 10. На наружную поверхность вертикальной стенки цилиндра нанесена гидроизоляция 19, которая также служит для обеспечения возможности принятия в грунте расширений и сжатий во время строительства и эксплуатации.In an example embodiment of the invention, the cylinder 10 is constructed below ground level with a depth h of the order of tens of meters/between 20-100 m and a diameter D between 10 and 75 m. The cylinder is made of pre-stressed precast concrete segments 12 connected and then stressed by steel conductors 15, covered inside with high-quality steel coating 11. In Fig. 2 shows a detail of the cylinder wall 10. The inner surface of the vertical cylinder wall has a high quality steel coating 11, the coating segments must be factory fabricated, then installed, welded and straightened in place, allowing the piston 30 to easily slide and take pressure in the horizontal shear areas from the joint between the precast concrete segments 12. The high-quality steel covering works in combination with prestressed segments, which also, after being stressed by steel conductors, absorb the circumferential stress in the cylinder 10. A waterproofing 19 is applied to the outer surface of the vertical wall of the cylinder, which also serves to allow expansion and contraction in the soil during construction and operation.
Для обеспечения целостности системы при высоких рабочих давлениях с наименьшими возможными строительными затратами предварительно напряденные сборные бетонные сегменты 12 изготавливаются контролируемым образом на заводе-изготовителе, предварительно напрягаются перед отливкой и снабжаются в части, которая будет находиться снаружи цилиндра 10, отверстиями, через которые будут протянуты высококачественные стальные жилы 15. Они будут затем напряжены на месте, после установки, до окружного напряжения, необходимого для уравновешивания, с дополнительным сопротивлением высококачественного стального покрытия 11, эквивалентного гидростатическому давлению, полученному от весовой нагрузки 31 поршня 30, так что бетон в стенке будет работать только сжатым независимо от положения поршня для максимальной эффективности. При этом предварительно напряженные сборные бетонные сегменты 12 предусмотрены на краях, от завода-изготовителя, с некоторыми местами доступа к некоторым соединительным элементам 72 для сборки между ними, а также с зазором, необходимым для устройств напряжения жил - отверстий для жил. В варианте осуществления изобретения указанные отверстия для жил имеют форму внутренних тороидальных параллельных каналов/отверстий по длине бетонных сегментов 12.To ensure system integrity at high operating pressures at the lowest possible construction cost, prestressed precast concrete segments 12 are manufactured in a controlled manner at the manufacturing plant, prestressed before casting, and provided, in the portion that will be outside the cylinder 10, with holes through which high-quality steel conductors 15. These will then be stressed in place, after installation, to the hoop stress required for balancing, with the additional resistance of a high quality steel covering 11 equivalent to the hydrostatic pressure obtained from the weight load 31 of the piston 30, so that the concrete in the wall will only work compressed regardless of piston position for maximum efficiency. In this case, prestressed precast concrete segments 12 are provided at the edges, from the manufacturer, with some access points to some connecting elements 72 for assembly between them, as well as with clearance required for core tension devices - core openings. In an embodiment of the invention, said core holes are in the form of internal toroidal parallel channels/holes along the length of the concrete segments 12.
Конструкция сборки предварительно изготовленных блоков изображена на фиг. 5а. Предварительно изготовленные элементы - предварительно напряженные сборные бетонные сегменты 12 установлены по месту посредством съемных соединительных элементов 72 винтового и гаечного типа. Сборные элементы 12 будут установлены поочередно (в шахматном порядке вертикально), так что отверстия для жил продолжаются, как раскрыто на фиг. 5а, однако при этом избегают непрерывных соединительных линий. На поршне 30 гидростатическое давление ниже него очень высокое (200-500 бар), а то, что выше низкое (0-10 бар), что приводит к постоянному/значительному круговому усилию сдвига. Чтоб принять его, предварительно напряженные сборные бетонные сегменты 12 поочередно собирают точно, чтобы избежать непрерывных линий соединения и, следовательно, уменьшить требования по сопротивлению к соединениям (и, косвенно, стоимость). Во избежание деформации высококачественного стального покрытия 11, после установки и напряжения высококачественных стальных жил 15, точки доступа к соединительным элементам 72 и растягивающим элементам жил 15 и соединений между элементами будут герметизированы на месте бетоном высокой плотности.The assembly design of prefabricated blocks is shown in Fig. 5a. Prefabricated elements - prestressed precast concrete segments 12 are installed in place by means of removable screw and nut type connecting elements 72. The prefabricated elements 12 will be installed alternately (staggered vertically) so that the holes for the cores continue as disclosed in FIG. 5a, however, continuous connecting lines are avoided. On piston 30, the hydrostatic pressure below it is very high (200-500 bar) and that above it is low (0-10 bar), resulting in a constant/significant circular shear force. To accommodate this, prestressed precast concrete segments 12 are assembled one at a time precisely to avoid continuous connection lines and therefore reduce connection resistance requirements (and, indirectly, cost). To prevent deformation of the high quality steel covering 11, after the high quality steel conductors 15 are installed and tensioned, the access points to the connecting members 72 and the tensile members of the conductors 15 and the connections between the members will be sealed in place with high density concrete.
На фиг. 6, где изображена предлагаемая конструкция площадки на поверхности земли (вокруг верхней части будущего цилиндра 10), фундамент 71 выполнен в виде круглого кольца, размер которогоIn fig. 6, which shows the proposed design of the platform on the surface of the earth (around the top of the future cylinder 10), the foundation 71 is made in the form of a round ring, the size of which
- 4 044162 соответствует геоморфологическим характеристикам местности, размерам цилиндра 10 и предлагаемому будущему весу поршня 30, включая веса 31. Над фундаментом 71 на месте будет построена плотная армированная бетонная плита 70, которая продолжается вниз цилиндрической горловиной, имеющей тот же предлагаемый диаметр, что и цилиндр 10, и которая также содержит соединительные элементы 72, необходимые для крепления/монтажа предварительно напряженных сборных бетонных сегментов 12. Строительство будет осуществляться путем поэтапного рытья вниз, в зависимости от размера проектных предварительно напряженных сборных бетонных сегментов 12, так чтобы обеспечить легкий доступ со дна котлована, для установки сборных элементов 12, установки жил 15, монтажа высококачественного стального покрытия 11. После достижения расчетного минимального (нижнего) уровня установки нижний обратный купол 40 будет снабжен стальной арматурой и залит бетоном в форму на месте, с обеспечением некоторых фиксирующих выступов 41, соединенных со стальной арматурой нижнего обратного купола и с каналом высокого давления 20 для впуска-выпуска 29 для воды, причем между фиксирующими проушинами 41 предусмотрены пространства для циркуляции воды. Фиксирующие выступы должны обеспечивать разряд восходящей силы, приложенной каналом 20 высокого давления к арматуре нижнего обратного купола 40. Обратный купол спроектирован в рамках обеспечения фундамента, необходимого для анкеровки канала высокого давления с использованием собственного веса системы, что дополнительно снижает затраты на строительство.- 4 044162 corresponds to the geomorphological characteristics of the area, the dimensions of the cylinder 10 and the proposed future weight of the piston 30, including the weights 31. A dense reinforced concrete slab 70 will be built on site above the foundation 71, which continues downward with a cylindrical neck having the same proposed diameter as the cylinder 10, and which also contains the connecting elements 72 necessary for securing/installing the prestressed concrete segments 12. Construction will be carried out by digging down in stages, depending on the size of the designed prestressed precast concrete segments 12, so as to allow easy access from the bottom of the excavation , to install the prefabricated elements 12, install the cores 15, install the high quality steel cover 11. After reaching the design minimum (lower) installation level, the lower inverse dome 40 will be provided with steel reinforcement and concrete poured into the mold on site, with the provision of some locking projections 41 connected with steel fittings of the lower return dome and with a high-pressure channel 20 for inlet-outlet 29 for water, and between the fixing eyes 41 there are spaces for water circulation. The locking lugs are intended to discharge the upward force applied by the high pressure duct 20 to the reinforcement of the lower inverted dome 40. The inverted dome is designed to provide the foundation required to anchor the high pressure duct using the dead weight of the system, further reducing construction costs.
Канал высокого давления 20 изготовлен из высококачественной стали (например, но не исключая другие подходящие варианты, сталь 1.5423 в соответствии с EN 10027-2), имеющей диаметр D от 1 до 10 м и производимой на производственном предприятии секциями длиной от 3 до 12 м в зависимости от ограничений доступа на площадку и анализа затрат. Стальные сегменты изготавливаются, а поверхности корректируются до допусков лучше, чем 1 мм, на концах снабжены соединительными фланцами, чтобы обеспечить минимальный разрыв, подвергающийся воздействию кольцевых водяных уплотнений/ изоляционной прокладки 33 поршня. Деталь соединения изображена на фиг. 3, где верхняя секция 21 собрана прецизионным язычковым и пазовым соединением 26 с нижней секцией 22, причем фиксирующий захват выполнен внутри канала высокого давления посредством соответствующих фланцев 27 и съемных соединительных элементов 25, например, типа винта и гайки. На месте соединения между секциями фланец снабжен отверстиями, предпочтительно полу-тороидальными, соответствующими некоторым резиновым прокладкам 24, предпочтительно тороидальным.The high-pressure duct 20 is made of high-quality steel (for example, but not excluding other suitable options, steel 1.5423 in accordance with EN 10027-2), having a diameter D from 1 to 10 m and produced in the production plant in sections of length from 3 to 12 m in depending on site access restrictions and cost analysis. Steel segments are fabricated and surfaces adjusted to better than 1mm tolerances and are provided with coupling flanges at the ends to ensure minimal tearing when exposed to the piston water seal rings/isolating gasket 33. The connection detail is shown in Fig. 3, where the upper section 21 is assembled by a precision tongue and groove connection 26 with the lower section 22, the locking catch being provided within the high pressure channel by means of suitable flanges 27 and removable connecting elements 25, for example, such as a screw and nut. At the junction between the sections, the flange is provided with holes, preferably semi-toroidal, corresponding to some rubber gaskets 24, preferably toroidal.
На фиг. 4 показана конструкция тяжелого поршня 30. Поршень изготовлен из стали, произведен на заводе и установлен на месте. Поршень 30 может быть изготовлен, например, из сегментов листовой стали, имеющих форму кругового сектора с вырезанным кончиком в центре, собранных для получения проектной формы. Этот поршень 30 подвергается только равномерно распределенной статической нагрузке, являясь практически лишь разделительной мембраной между двумя областями с перепадом давления. Поэтому, чтобы избежать деформации поршня, достаточно опорной решетки из стальных Т-профилей. Поршень 30 снабжен роликовыми направляющими 35, которые выполняют роль направляющих поршня внутри цилиндра для обеспечения желаемого горизонтального положения поршня во время его перемещения вверх и вниз. Направляющие изготавливаются в каждом конкретном случае в количестве и с размерами в зависимости от каждой установки. В предложенной конструкции, показанной на фиг. 4, роликовые направляющие 35 имеют форму прямоугольных треугольников из стального профиля, установленных на верхней поверхности поршня 30. На поршне 30 установлены/закреплены блоки материала с высокой объемной массой (31), изготовленные на заводе и изолированные от контакта с водой во избежание деградации со временем. Блоки 31 будут загружаться на поршень и сгружаться с поршня (во время установки и возможных операций технического обслуживания) так, чтобы избежать дисбаланса поршня 30 для минимизации сопротивления, требуемого направляющими 35.In fig. 4 shows the design of the heavy piston 30. The piston is made of steel, manufactured in a factory, and installed on site. The piston 30 can be made, for example, from segments of sheet steel, shaped like a circular sector with a tip cut out in the center, assembled to obtain the design shape. This piston 30 is subjected to only a uniformly distributed static load, being essentially just a separating membrane between two areas of differential pressure. Therefore, to avoid piston deformation, a support grid made of steel T-profiles is sufficient. The piston 30 is provided with roller guides 35 that act as piston guides within the cylinder to ensure the desired horizontal position of the piston as it moves up and down. Guides are manufactured on a case-by-case basis in quantities and sizes tailored to each installation. In the proposed design shown in FIG. 4, the roller guides 35 are in the shape of right triangles of steel profile mounted on the top surface of the piston 30. The piston 30 is mounted/attached to blocks of high bulk material (31), manufactured in a factory and insulated from contact with water to prevent degradation over time. . Blocks 31 will be loaded onto and off the piston (during installation and possible maintenance operations) so as to avoid imbalance of the piston 30 to minimize the resistance required by the guides 35.
На нижней поверхности поршня 30, на внешнем нижнем крае в направлении стального покрытия цилиндра, как показано на фиг. 4, будет предусмотрена монолитная стальная направляющая 36, предназначенная для сброса по градиенту давления на кольцевую гидравлическую изоляционную прокладку 32 относительно стального покрытия 11 цилиндра 10. Также в центральной части, где поршень 30 перемещается по каналу 20 высокого давления, будет предусмотрена монолитная стальная направляющая 37, предназначенная для сброса по градиенту давления на кольцевую гидроизоляционную прокладку 33 к наружной стенке канала 20 высокого давления.On the lower surface of the piston 30, at the outer lower edge towards the steel cover of the cylinder, as shown in FIG. 4, a monolithic steel guide 36 will be provided, designed to relieve the pressure gradient on the annular hydraulic insulating gasket 32 relative to the steel coating 11 of the cylinder 10. Also in the central part, where the piston 30 moves along the high pressure channel 20, a monolithic steel guide 37 will be provided, designed to release the pressure gradient onto the annular waterproofing gasket 33 to the outer wall of the high-pressure channel 20.
Система 60 ввода (поглощения) электрической энергии отлична от системы 50 генерации (производства) электрической энергии. Это позволяет использовать оптимизированное и высокоэффективное электрическое и гидравлическое оборудование. Производство электрической энергии осуществляется импульсными турбинами, например, турбинами Пелтона, что обеспечивает низкое потребление воды, поэтому система может увеличить количество энергии, хранящейся на кубический метр воды. Система также может иметь несбалансированные размеры в том смысле, что она допускает совершенно разные уровни ввода по сравнению с уровнями вывода (например, полная нагрузка в непиковые часы и разгрузка в пиковые часы).The electrical energy input (absorption) system 60 is different from the electrical energy generation (production) system 50. This allows the use of optimized and highly efficient electrical and hydraulic equipment. Electrical energy production is carried out by impulse turbines, such as Pelton turbines, which ensure low water consumption, so the system can increase the amount of energy stored per cubic meter of water. The system may also be unbalanced in size in the sense that it allows completely different input levels compared to output levels (for example, full load during off-peak hours and unloading during peak hours).
Система 50 генерации энергии может содержать одну или более турбин Пелтона, соединенных с генераторами электроэнергии. Система 50 генерации энергии может быть классической системой ПелтоThe power generation system 50 may include one or more Pelton turbines coupled to power generators. The power generation system 50 may be a classic Pelto system
- 5 044162 на с регулированием потока, поэтому с изменением непрерывного производства электроэнергии от 0 до 100% установленной мощности посредством линейного управления впускными клапанами в турбинах. Система 60 ввода (поглощения) энергии содержит несколько насосов высокого давления для того, чтобы быть способной поглощать регулируемое количество энергии и добиваться высокой эффективности, при этом комплект насосов содержит только один или два с переменным потоком, остальные - с фиксированным потоком и давлением, что дешевле, эффективнее и менее требовательно в обслуживании. Конструкция системы 60 ввода энергии максимизирует эффективность передачи мощности за счет использования синхронных электродвигателей фиксированной мощности для этапов фиксированной мощности и электродвигателей переменной мощности для линейных регулируемых значений.- 5 044162 on with flow control, therefore changing the continuous production of electricity from 0 to 100% of the installed power through linear control of the intake valves in the turbines. The energy input (absorption) system 60 contains several high pressure pumps in order to be able to absorb a controlled amount of energy and achieve high efficiency, while the set of pumps contains only one or two with variable flow, the rest with fixed flow and pressure, which is cheaper , more efficient and less maintenance-intensive. The design of the power input system 60 maximizes power transfer efficiency by using fixed power synchronous motors for fixed power stages and variable power motors for linear variable amounts.
Для непрерывного поглощения электроэнергии контролируемым образом, например, в случае ветропарка, система поглощения электрической энергии (система ввода) (60) снабжена несколькими насосами постоянного давления и постоянного потока, прикрепленными к электродвигателям с фиксированной номинальной мощностью и без регулирующих элементов, они имеют низкую стоимость, нетребовательное техническое обслуживание и высокую эффективность. Для непрерывной регулировки в диапазоне 0-100% будет использоваться один или два насоса с постоянным давлением, но с переменным расходом с подключенными электродвигателями, оснащенными используемой системой управления мощностью. Эти переменные системы будут иметь единичную производительность по сравнению с фиксированными системами 150%, чтобы позволить контроллеру непрерывно регулировать поглощение энергии независимо от направления и скорости изменения мощности, необходимой для поглощения.To continuously absorb electricity in a controlled manner, for example in the case of a wind farm, the electrical energy absorption system (input system) (60) is equipped with several constant pressure and constant flow pumps attached to electric motors with a fixed rated power and without control elements, they are low cost, low maintenance and high efficiency. For continuous regulation in the range of 0-100%, one or two pumps with constant pressure but variable flow will be used with connected electric motors equipped with the power control system used. These variable systems will have unit capacity compared to 150% fixed systems to allow the controller to continuously adjust energy absorption regardless of the direction and rate of change of power required for absorption.
Поскольку настоящее изобретение также описано со ссылкой на предпочтительный вариант осуществления, подразумевается, что для специалистов в данной области техники будут очевидные различные его альтернативы, модификации и варианты. Соответственно, предусмотрено, что все подобные альтернативы, модификации и варианты включены в рамки и объем технического решения, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения.Since the present invention has also been described with reference to a preferred embodiment, it is understood that various alternatives, modifications and variations thereof will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, all such alternatives, modifications and variations are intended to be included within the scope and scope of the technical solution as defined in the appended claims.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA201900774 | 2019-11-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA044162B1 true EA044162B1 (en) | 2023-07-27 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2018236818B2 (en) | System and method for storing energy | |
KR102573823B1 (en) | Improved reversible pump-turbine device | |
US8823195B2 (en) | Hydro electric energy generation and storage structure | |
EP3256716B1 (en) | Hydro-pneumatic energy storage system | |
US7770331B2 (en) | Potential energy storage system | |
US9797366B2 (en) | Pumped-storage power plant | |
WO2013150320A2 (en) | Mechanical hydraulic electrical floating and grounded system exploiting the kinetic energy of waves (seas-lakes-oceans) and converting it to electric energy and to drinking water | |
US20230175469A1 (en) | Modular Underwater Pumped-Storage Power Plant Reservoir | |
KR102600412B1 (en) | Gravity-Hydraulic Combined Electric Energy Storage System | |
EA044162B1 (en) | COMBINED GRAVITY-HYDRAULIC ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM | |
WO2011141691A2 (en) | Tidal or wave energy harnessing device | |
EP4348036A1 (en) | Combined wave energy converter and grid storage | |
GB2465241A (en) | Renewable energy island constructed from interconnected cylinders | |
JPH11266553A (en) | Method and device for accumulating energy | |
JP6914573B1 (en) | Tidal power generation equipment and tidal power generation system | |
RU2718992C1 (en) | Tidal accumulating hydro-electric power station | |
CN117431993A (en) | Capacity expansion method for land wind power foundation structure by adopting additional water tank | |
RU2014122223A (en) | HYDROTECHNICAL COMPLEX OF A SINGLE-POOL Tidal Power Plant (PES) WITH WATER MOTORS WITH VARIABLE VEEL GEOMETRY | |
WO2024037681A2 (en) | A modular pumped-storage power plant | |
CN112359789A (en) | Construction method of simple hydroelectric power station and simple hydroelectric power station | |
WO2022248516A1 (en) | A system for the generation of hydroelectric power and a method of constructing same |