基于重物增压技术的抽水蓄能发电系统技术方案

本发明专利技术公开了属于电力储能技术领域的一种基于重物增压技术的抽水蓄能发电系统。所述抽水蓄能系统包含一个单作用单活塞杆液压缸、一个低压水池、作用于活塞杆的重物和水力发电设备。水力发电设备的储能发电方法：包括储能运行和发电运行两个阶段，蓄能系统的重物通过重力作用于活塞杆上，重物下降使液压缸内产生高压水头，与低压水池形成压强差驱动抽蓄发电机组发电，水从活塞腔经抽蓄发电机组进入低压水池，从而将重物的重力势能转化为水的势能，再经抽蓄发电机组转换为电能。本发明专利技术可以以此为基础，通过多个装置并联运行或级联运行实现连续储能和发电、成本低、效率高、寿命长、对生态无影响，降低电网碳排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力储能
，特别涉及一种基于重物增压技术的抽水蓄能发电系统。
技术介绍
电力系统中发电量和负荷量必须时时匹配，储能技术在电网运行中起到重要作用。如果缺少储能设备，为保证电力系统中发电量和负荷量的时时匹配，常规火电厂必须当作备用，压火运行，降低了运行效率。风电场也必须通过弃风实现出力调整，浪费了能源。在系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以有效地利用电力设备，降低供电成本，同时也可以提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动。抽水蓄能是目前技术最成熟的大规模储能方式，然而，传统抽水蓄能电站的建设对地理地形条件有严格的要求，即必须有两个大容量的水池以及足够高的落差才能实现，并对生态环境有很大影响。本专利技术为克服现有技术中，抽水蓄能电站建设对地理地形条件的严格依赖，充分利用甘肃等地区多石少水的地理特点，提供了一种无需大的地势落差，无需丰富水资源环境即可实现的重物增压技术的抽水储能系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于重物增压技术的抽水蓄能发电系统；其特征在于，所述抽水蓄能系统包含一个单作用单活塞杆液压缸、一个低压水池、作用于活塞杆的重物和水力发电设备，抽水蓄能系统的基本结构为重物B与活塞杆连接，水力发电设备C的一端连接单作用单活塞杆液压缸A的活塞腔，另一端与低压水池D相连;水力发电设备C与电网连接;其中，抽水蓄能发电系统包括储能运行和发电运行两个阶段，储能时，水力发电设备使用电网电力运行，将低压水池中的水送入活塞腔推动重物上升，将电能转换为重物势能;发电时，重物通过液压杆将重力转换成液体压强，推动水力发电设备发电，水从活塞腔经水力发电设备进入低压水池，重物下降，将重物势能转化成电能。所述抽水蓄能发电系统中的水力发电设备基本结构有两种构成方式:一为直接连接抽蓄发电机组，二为经液压机构变换装置连接发电机;对于后者，液压机构可以采用单活塞缸，将液体势能转换为直线动能后，可以直接连接直线发电机发电或者接曲柄结构再带动发电机发电。所述液压机构变换装置包括两组活塞缸串联形成的液压活塞组和液压控制机构，即所有活塞缸内活塞之间通过连杆连接;一组活塞缸内活塞腔通过阀门及管路与单活塞杆液压缸和低压水池连接，另一组活塞缸内的活塞腔分别通过阀门及管路与抽蓄发电机组和低压水池连接。每组活塞缸可以由一个或者多个活塞缸构成。通过液压活塞转换，液体压强差就可以根据活塞面积比转换成另一个液体压强差，以匹配水轮发电机组的水头要求。所述抽蓄发电机组采用可逆式水轮发电机组，或者同时采用水轮发电机组和水栗，或者采用液压马达。所述液压控制机构由直线运动控制和流速控制两种方式实现，直线运动控制由直线电机额外控制系统控制的液压缸或齿轮实现直线运动控制;流速控制由比例控制设备、液压伺服系统或变频水栗组成。所述液压机构变换装置中采用在活塞组和抽蓄发电机组中增加缓冲装置来保证水轮机运行的稳定性。缓冲装置为具有一定调节裕量的高压液体势能源，该高压液体势能源由缓冲高压水池和低压水池两部分组成。所述缓冲装置中的高压水池有以下三种形式:基于重物增压技术的活塞腔、基于空气压缩技术的水池和具有一定高度水池。所述抽水蓄能发电系统中重物与活塞杆的连接方式可以有直接连接、传动机械连接、电磁连接、液压连接等。直接连接包括固定连接、托盘连接、悬挂连接等。机械连接包括经滑轮连接、经齿轮连接、经连杆连接等，电磁连接包括液压杆或者重物中一个或两者安装电磁铁等设备，重物通过磁场力传递将重力作用于液压杆。液压连接包括液压杆直接或者通过其他机械连接另外的液压机构的液压杆，通过液压传动作用于重物。采用直接连接时，单活塞杆液压缸垂直放置。采用传动机械连接、电磁连接或液压连接时，单活塞杆液压缸为任意放置。本专利技术的有益效果包括以下几个方面:(I)本专利技术将电能以重物势能的形式进行存储，针对负荷需求和发电处理出现差异的问题，可以起到消峰填谷、平滑负荷的作用，降低了常规电厂由于大幅调整出力带来的经济和效率损失，从而也大幅度的提高了经济效益。并且本专利技术可以作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。(2)本专利技术利用重物增压技术，使得抽水储能发电装置可以安放在任意高度，根据实际条件在不同位置灵活安装电气设备，克服了传统抽水蓄能电站对地势落差等地貌环境的依赖。(3)本专利技术无需特定的水资源丰富的地理环境，适合多石少水的地区开发利用。(4)本专利技术无需依赖地势落差等地貌环境，降低了选址难度，扩大了抽水储能电站的应用范围。(5)本专利技术可以灵活改变出水压强，使得单作用单活塞液压缸的出水水头不受抽水储能发电装置的限制，便于利用较少水量获得更高发电量。(6)本专利技术提供缓冲装置，可以使得液压机构变压装置在变换运动方向的同时，保证抽蓄发电单元的稳定运行，提高水轮机运行的稳定性。(7)本专利技术可以控制活塞杆的运动和缓冲器相配合，使得抽水蓄能系统实现连续储能或者连续发电。(8)本专利技术成本低、效率高、寿命长、绿色环保、对生态无影响，可以实现大规模储能问题，降低电网碳排放。【附图说明】图1为基于重物增压技术的直连抽蓄发电机组的抽水蓄能系统示意图。图2为液压机构变换装置的第一种实现方案CDl示意图；图3为液压机构变换装置的第二种实现方案CD2示意图；图4为液压机构变换装置的第三种实现方案CD3示意图；图5为液压机构变换装置的第四种实现方案CD4示意图；图6为液压机构变换装置的第五种实现方案CD5示意图；图7为垂直滑轮式连接的抽水蓄能系统实施方案图；图8为水平滑轮式连接的抽水蓄能系统实施方案图。图中标号:A-单活塞杆液压缸，B-重物，C-水力发电设备，D-低压水池，E-液压控制机构，F-缓冲高压水池，M活塞缸、N活塞缸，第I阀门……第8阀门。【具体实施方式】:本专利技术提供了一种基于重物增压技术的抽水蓄能系统及蓄能发电方法;该系统包含一个单作用单活塞杆液压缸、一个低压水池、作用于活塞杆的重物和水力发电设备，水力发电设备的基本结构有两种构成方式:一为直接连接抽蓄发电机组，二为经二为经液压机构变换装置连接发电机构成。下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作详细说明。图1所示为基于重物增压技术的直连抽蓄发电机组的抽水蓄能系统示意图。其直接连接抽蓄发电机组方式为由重物B固定在液压缸A的活塞杆顶部的托盘中，抽蓄发电机组C的一端通过管道连接单作用单活塞杆液压缸A的活塞腔，另一端与低压水池D相连;抽蓄发电机组C与电网连接。其中，抽蓄发电机组C可以采用可逆式水轮发电机组，或者同时采用水轮发电机组和水栗，或者采用液压马达。所述抽水蓄能系统的蓄能发电方法:包括储能运行和发电运行两个阶段，储能时，水力发电设备使用电网电力运行，将低压水池中的水送入活塞腔推动重物上升，将电能转换为重物势能;发电时，重物通过液压杆将重力转换成液体压强，推动水力发电设备发电，水从活塞腔经水力发电设备进入低压水池，重物下降，将重物势能转化成电能。同时，在抽水当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重物增压技术的抽水蓄能系统，其特征在于，所述抽水蓄能系统包含一个单作用单活塞杆液压缸、一个低压水池、作用于活塞杆的重物和水力发电设备，抽水蓄能系统的基本结构为:重物B与活塞杆连接，水力发电设备C的一端连接单作用单活塞杆液压缸A的活塞腔，另一端与低压水池D相连；水力发电设备C与电网连接；其中，抽水蓄能发电系统包括储能运行和发电运行两个阶段，储能时，水力发电设备C使用电网电力驱动，将低压水池D中的水送入活塞腔推动重物B上升，将电能转换为重物势能；发电时，重物通过液压杆将重力转换成液体压强，推动水力发电设备发电，水从活塞腔经水力发电设备进入低压水池，重物下降，将重物势能转化成电能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，张璐路，全璐遥，崔岩，陈紫薇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11