基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略技术方案

本发明专利技术属于大容量电力储能技术领域，特别涉及一种基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略。在气体压缩储能和膨胀释能过程中，当满足初始条件时，液体活塞经气体管道连通，液体活塞在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，当满足终止条件时，断开上述连通管道，将高耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，将低耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，开始下一步的等压迁移和气体压缩或膨胀，实现不间断地运行。本发明专利技术实现了分级压缩空气储能系统在压缩、膨胀过程中的不间断运行，使系统的功率提高了一倍，减少了迁移等待时间，提高了工作效率，同时降低了设备的制造成本。

【技术实现步骤摘要】
基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略
本专利技术属于大容量电力储能
，尤其涉及一种基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略。
技术介绍
随着新能源的大规模接入电网，储能技术因其能够提供足够的调峰能力，被广泛地用于解决新能源的间歇性与波动性问题。其中，压缩空气储能技术应用较为广泛且具有很大的发展前景。现已有将水轮机应用于压缩空气储能的技术，实现了利用水轮机与压缩空气储能技术联合发电与储能，这一过程采用液体活塞，以水为介质对空气进行压缩，解决了空气压缩时压强剧烈变化带来的调节问题、效率问题、容器的寿命等问题。但这些液体活塞耐压强度均按照压缩气体的最高气体压强设计，当液体活塞容量较大时将增加其建造成本，当处理的气体体积相对较小或只需要将气体压缩到较小的压强时将造成液体活塞容量和耐压性能的冗余，增加了运行成本。利用分级压缩空气储能系统可以解决这些问题，但由于设备的间断运行，致使其功率不稳定，运行等待时间长，工作效率低。
技术实现思路
为了减少分级压缩空气储能系统的运行等待时间，提高工作效率，提高功率稳定性，降低设备制造成本，本专利技术提出了一种基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略，在气体压缩和膨胀过程中，当满足初始条件时，使低耐压等级液体活塞和高耐压等级液体活塞经气体管道连通，外部水力设备经液体管道向液体活塞注水压缩气体，或液体活塞中气体膨胀驱动外部水力设备对外做功，液体活塞在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，当满足终止条件时，断开上述连通管道，并将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，将低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，开始下一步的等压迁移和气体压缩或气体膨胀，在分级压缩储能和分级膨胀释能过程中，实现不间断的运行。所述分级压缩储能过程为：设定压缩初始条件为高耐压等级液体活塞中注满水，低耐压等级液体活塞中为气体和水，当满足压缩初始条件时，打开阀门使低耐压等级液体活塞和高耐压等级液体活塞经气体管道连通，外部水力设备向液体活塞注水压缩气体，液体活塞在压缩气体的同时进行气体等压迁移，液体驱动装置驱动液体从高耐压等级液体活塞注入到低耐压等级液体活塞中，低等级液体活塞中的气体经气体管道等压迁移到高等级液体活塞，当气体压强达到低等级液体活塞的压缩迁移定值时，停止气体压缩，设定压缩终止条件为低耐压等级液体活塞中充满水，当在气体压缩停止后不满足压缩终止条件时，进行等压迁移，直到低等级液体活塞充满水；当在气体压缩停止前已经满足压缩终止条件时，则立即停止等压迁移和气体压缩，或者继续等压迁移和气体压缩直到气体压强达到压缩迁移定值，终止后将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，等待下一步的气体压缩和等压迁移，实现分级压缩储能。所述分级膨胀释能过程为：设定膨胀初始条件为低耐压等级液体活塞中注满水，高耐压等级液体活塞中为气体和水，当满足膨胀初始条件时，高耐压等级液体活塞中的气体膨胀做功，当压强下降到膨胀迁移定值时，打开阀门使高等级液体活塞和低等级液体活塞经气体管道连通，液体驱动装置驱动液体从低耐压等级液体活塞注入到高耐压等级液体活塞中，高等级液体活塞中的气体经气体管道等压迁移到低等级液体活塞，在进行气体等压迁移的同时，液体活塞中的气体膨胀驱动外部水力设备对外做功，设定膨胀终止条件为高耐压等级液体活塞中充满水且气体压强不大于低耐压等级液体活塞的膨胀迁移定值，当满足膨胀终止条件时，停止气体膨胀做功和等压迁移，将低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，开始下一步的气体膨胀和等压迁移，实现分级膨胀释能。所述分级压缩空气储能系统是由不同耐压等级的液体活塞、液体驱动装置、外部水力设备、储气系统组成，其中，相邻两级液体活塞的上部通过气体管道相连，下部通过液体驱动装置相连，各级液体活塞通过液体管道连接到外部水力设备，最低耐压等级的液体活塞连接外部低压气体管道，最高耐压等级的液体活塞与储气系统相连。所述压缩初始条件在分级压缩空气储能系统的最低耐压等级液体活塞中的实现方式为：一种是打开阀门通过上部气体管道向液体活塞中预置气体，液体活塞中的液体从下部液体管道流出；另一种是使用空压机压缩液体活塞中的气体，使液体活塞中的液体流出驱动外部水力设备对外做功。所述压缩初始条件在分级压缩空气储能系统的最高耐压等级液体活塞中的实现方式为：当储气装置与高等级液体活塞保持恒压时，外部水力设备向高等级液体活塞注水，气体通过上部气体管道等压迁移到储气装置；当储气装置不是恒压时，设置从高等级液体活塞到储气装置的单向阀门，打开阀门，外部水力设备向高等级液体活塞注水压缩液体活塞中的气体，直到高等级液体活塞注满水。所述压缩迁移定值是指每个耐压等级的液体活塞设置该耐压等级的压缩迁移定值，本耐压等级液体活塞的压缩迁移定值不超过本耐压等级液体活塞的耐压限值。所述膨胀迁移定值是指每个耐压等级的液体活塞设置该耐压等级的膨胀迁移定值，本耐压等级液体活塞的膨胀迁移定值不超过与本耐压等级液体活塞相邻的低耐压等级液体活塞的耐压限值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可以实现分级压缩空气储能系统在压缩、膨胀过程中的不间断运行，整个压缩、膨胀过程中每一等级液体活塞所承受的压力范围是其设定的膨胀迁移定值与压缩迁移定值之间，可以减小液体活塞的承压变化范围，降低液体活塞的制造要求，提高设备安全性，提高液体活塞的寿命，可以避免所有液体活塞均采用最高耐压限值，可以大幅度降低设备的制造成本。本专利技术提出的功率倍增运行策略可以减少分级压缩空气储能系统的运行等待时间，使系统的功率提高一倍，提高工作效率。附图说明图1为本专利技术的分级压缩储能过程的运行示意图；图2为本专利技术的分级压缩储能过程的功率倍增运行策略流程图；图3为本专利技术的分级压缩储能过程的功率倍增运行策略示意图；图4为本专利技术的分级膨胀释能过程的运行示意图；图5为本专利技术的分级膨胀释能过程的功率倍增运行策略流程图；图6为本专利技术的分级膨胀释能过程的功率倍增运行策略示意图；图7为本专利技术的压缩空气储能系统的基本结构图；图8为利用等压迁移技术实现气体分级压缩与膨胀的压缩空气储能系统的一种可行的实现方案示意图；图中标号：A、B、C—液体活塞，L1、L2—液体驱动装置，M—外部水力设备，F1～F32—阀门，P1～P3—液体管道，G1—低压气体管道、G2～G4—气体管道，S—储气系统，M1～M5—双向电机。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。图1、图2、图3完整描述了分级压缩空气储能系统的分级压缩储能过程。图1为分级压缩储能过程的运行示意图。图2为分级压缩储能过程的功率倍增运行策略流程图。图3为分级压缩储能过程的功率倍增运行策略示意图。其中，图1中的H为图2中点画线框内的组成部分。C、B、A为等级依次增高的液体活塞。初始状态为所有阀门关闭，液体活塞B、C中充满液体。打开阀门F1、F2，通过气体管道G1向液体活塞C中预置气体，液体活塞C中的液体通过P1管道排出；也可以使用空压机通过气体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略，其特征在于，在气体压缩和膨胀过程中，当满足初始条件时，使低耐压等级液体活塞和高耐压等级液体活塞经气体管道连通，外部水力设备经液体管道向液体活塞注水压缩气体，或液体活塞中气体膨胀驱动外部水力设备对外做功，液体活塞在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，当满足终止条件时，断开上述连通管道，并将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，将低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，开始下一步的等压迁移和气体压缩或气体膨胀，在分级压缩储能和分级膨胀释能过程中，实现不间断运行。

【技术特征摘要】
1.基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略，其特征在于，在气体压缩和膨胀过程中，当满足初始条件时，使低耐压等级液体活塞和高耐压等级液体活塞经气体管道连通，外部水力设备经液体管道向液体活塞注水压缩气体，或液体活塞中气体膨胀驱动外部水力设备对外做功，液体活塞在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，当满足终止条件时，断开上述连通管道，并将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，将低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，开始下一步的等压迁移和气体压缩或气体膨胀，在分级压缩储能和分级膨胀释能过程中，实现不间断运行。2.根据权利要求1所述基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略，其特征在于，所述分级压缩储能过程为：设定压缩初始条件为高耐压等级液体活塞中注满水，低耐压等级液体活塞中为气体和水，当满足压缩初始条件时，打开阀门使低耐压等级液体活塞和高耐压等级液体活塞经气体管道连通，外部水力设备向液体活塞注水压缩气体，液体活塞在压缩气体的同时进行气体等压迁移，液体驱动装置驱动液体从高耐压等级液体活塞注入到低耐压等级液体活塞中，低等级液体活塞中的气体经气体管道等压迁移到高等级液体活塞，当气体压强达到低等级液体活塞的压缩迁移定值时，停止气体压缩，设定压缩终止条件为低耐压等级液体活塞中充满水，当在气体压缩停止后不满足压缩终止条件时，继续进行等压迁移，直到低等级液体活塞充满水；当在气体压缩停止前已经满足压缩终止条件，则立即停止等压迁移和气体压缩，或者继续等压迁移和气体压缩直到气体压强达到压缩迁移定值，终止后将高耐压等级液体活塞作为低耐压等级液体活塞与上一级高耐压等级液体活塞连通，低耐压等级液体活塞作为高耐压等级液体活塞与下一级低耐压等级液体活塞连通，等待下一步的气体压缩和等压迁移，实现分级压缩储能。3.根据权利要求1所述基于分级压缩空气储能系统的功率倍增运行策略，其特征在于，所述分级膨胀释能过程为：设定膨胀初始条件为低耐压等级液体活塞中注满水，高耐压等级液体活塞中为气体和水，当满足膨胀初始条件时，高耐压等级液体活塞中的气体膨胀做功，当压强下降到膨胀迁移定值时，打开阀门使高等级液体活塞和低等级液体活塞经气体管道连通，液体驱动装置驱动液体从低耐压等级液体活塞注入到高耐压等级液体活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，尤嘉钰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11