一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。本发明专利技术利用低谷电、太阳能、风力等发电装置的冗余发电能力进行空气压缩储能，利用空气压缩储能产生的压力和释能后储能室形成负压空间进行蓄水储能、排雨蓄水、二次压缩空气储能、热能储存、为加压装置储能、有机垃圾处理、水过滤与蒸馏净化、空气净化、沼气高压水洗脱碳脱硫提纯、地下水回灌。利用储存的能量、水蒸汽、经水洗处理的燃气，单独或混合利用太阳辐射能、压气机余热、蒸汽/燃气发电机组余热，实现一种或多种方式的发电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。
技术介绍
随着水资源的缺乏和水质的恶化，污水回用得到了越来越广泛的重视。由于污水处理从一级到二级到深度处理存在耗能越来越高的特点，造成很多污水处理只进行到二级处理就进行排放，使得污水回用范围狭窄，经过二级处理后的污水一般只可以达到农灌水的要求和废水排放标准，且在一定条件下仍可能造成天然水体的污染。随着污水量不断增加，水资源的日益紧张和更好保护生态环境，迫切需要获取更高质量的处理水，以供重复使用或补充水源。为此，在二级处理基础上再进行污水深度处理是很有必要的。而目前无论是从一级到二级到深度处理污水的环节，都需要多个高压水泵为污水提供足够用于污水在级间流动和过滤压力，造成能耗大的缺陷。另外，传统的一二级污水处理为了减少污泥等污染物进入高压水泵，需要多台由电力驱动的格栅式机械和建设一次、二次沉降池、活性污泥曝气池作污水预处理，由于处理时间长，都需要设计成大容量的蓄水池，并需要配置高耗能的曝气装置。在水处理后的大量失去活性化的污泥处理，还需高耗能的压泥设备将污泥的水压出，再进行掩埋或焚烧造成二次污染且处理成本极高。所以现有传统污水处理技术存在建设成本大、维护费用高、运行成本大，能耗高的缺陷。随着城市的高速发展，城市地面硬化程度越来越严重，导致雨水无法渗透到地下，强降雨一来就造成城市多处内涝严重的情况，而且许多严重缺水的城市就这么让大量的雨水在地面流淌而无法储存白白流失了。为了解决这些问题，国家现大力提倡建设“海绵城市”来解决城市内涝和收集雨水加以重新利用，而其中最有效的方式就是采用通过专用的排水管线，将雨水就近引导到人工建设的地下蓄水池中，延缓形成径流的高峰，减轻城市排水压力，还可起到将部分雨水重新利用的目的。但由于雨水进入地下蓄水池只有简单的过滤处理措施，而过滤装置因技术和耗能的原因难以设置反冲装置，过滤装置需经常更换，而大量的排水与蓄水设施在晴天闲置，造成大量的建设资源闲置，并存在雨水用途狭窄，经济效益低，运行成本大的缺陷。电力系统为满足不同时间的用电需求，必须以最大的负荷标准建设发电能力，这就造成了在用电低谷时间大量的发电能力形成浪费，而随着经济的高速发展用电负荷高速增长，在用电高峰时间电力供应又难以满足需求。另外，为了解决火力发电带来的环境污染问题，需大量启用风光等再生能源进行发电，但风光等再生能源存在间歇性和波动性大的问题。所以无论是传统的发电方式还是再生能源的发电方式，若能配套相应的配套储能设备将大幅度减少浪费和大幅提高运行的稳定性。目前的储能技术主要为：1)电池储能、2)、抽水储能、3)压缩空气储能、4)飞轮储能。其中压缩空气储能技术在大规模应用上仅次于抽水储能技术，目前应用技术主要有三种：1、深水气囊储能。2、洞穴储能。3、储气罐储能。其中深水气囊储能和洞穴储能。主要是利用大海、江、湖、洞穴的天然条件、所以都存在地理条件限制的缺陷。其中专利授权公告号CN102839995B提出的一种等温等压压缩空气储能系统技术属于深水气囊技术。该技术主要利用深水压力，使得气囊能储存更多的空气能量，并在释能时利用深水压力使得储能气囊能获得恒定的压力。在该专利的申请中除了将气囊置于大海、江、湖中外，还提到将气囊置于人工建造的水池中，但为了储能气囊能利用水压获得恒定的压力，人工水池的蓄水容量必须很大，存在体积大，但建设设施利用用途狭窄的缺陷，该技术虽然可利用深水压力使气囊获得相当二次储能的恒定压力，但无法利用一次压缩空气储能时对外产生的压力完成或蓄水储能、或压气、或压缩弹力装置的二次储能和利用、或进行其他有益工作，释能时无法形成真空或近似真空负压能量利用条件，存在能效利用率偏低缺陷。另外，专利授权公告号CN104147931B提出的风力压缩空气储能式海水淡化系统技术，主要是利用风力涡轮机捕获风能，通过和行星齿轮太阳轮联接的涡旋机将空气压入储气罐中完成储能工作的，其海水淡化处理的压力是由储气罐提供，而该技术中采用的球形弹性气囊是由储气罐提供空气能源由电磁阀控制其压力变化，为反渗透装置提供连续可调的柔性压力，所以其球形弹性气囊是耗能原件而非储能元件，而其利用风力压缩空气储能进行海水淡化的过程，是在储气罐完成压缩空气储能后进行的。存在无法利用冗余发电能力进行储能，无法解决冗余发电能力大量浪费、其与洞穴储能和储气罐储能都存在只能实现压缩空气的一次储能，而无法利用一次压缩空气储能时对外产生的压力完成或蓄水、或压气、或给加压装置储存加压能量的二次储能和利用，或进行其他有益工作。释能时无法形成真空或近似真空的负压能量利用条件，造成能效利用率低的问题。抽水储能发电技术是利用冗余发电能力的电能，先将低处水库中的水抽到高处的水库中完成储能。发电时高处水库将水释放流经发电机组进行发电，水再回流到低处水库中循环利用。该技术需要高处和低处水库都有足够容量和落差的地理位置建造，所以存在严格地理条件限制的缺陷。为解决这一缺陷，专利授权公告号CN103114564B的技术中提出了“可利用压缩空气储能的虚拟抽水蓄能电站及储能发电方法”；专利公开号CN102797613A提出了“一种抽水压缩空气储能系统”技术。其中，CN103114564B方法，在储能时，是利用抽蓄两用的发电机组先将位于低处水池的水，通过与高处水池连接的其中一条管线将水抽上高处水池中，然后利用高处和低处水池的水压差，让高处水池的水经另一条管线流入连接在高处和低处水池之间的活塞式的“气水能量交换单元”中，利用水压差做功将空气压入与“气水能量交换单元”连接的储气罐中完成空气储能，水在流经“气水能量交换单元”后，再流回低处水池中。在发电时，利用储气罐的空气储能通过“气水能量交换单元”利用空气膨胀做功将低处水池的水再压上高处水池，然后让水流经抽蓄两用的发电机组进行发电，并流回低处水池中。其中，CN102797613A技术，在储能时，利用水泵经输水管道将水从蓄水池中抽出压入气压罐中，利用水压完成压缩空气的存储；发电时，气压罐中的高压空气将水压出，经输水管道驱动水轮机带动发电机发电。这两种技术或方法进行压缩空气储能时所需的动力，都是利用水泵抽水的方式提供，在储能和发电的过程中，都存在电能量、水能量、空气能量相互逆反依次转换的过程，但最终只实现了压缩空气的一次储能和利用，所以都存在能量间转换过程复杂，无法利用一次压缩空气储能时对外产生的压力完成或蓄水、或压气、或压缩弹力装置的二次储能和利用、或进行其他有益工作，释能时无法形成真空或近似真空负压能量利用条件，造成能效利用率低体积偏大的缺陷。对弹力装置进行储能并和空气储能和发电相关的技术，是专利公告号为CN103147928A的技术。其特点是通过自然风力驱动风机风轮的转动来带动压缩装置压缩弹簧，当弹簧压缩完成后，固定待用，当高密度空气存储容器内空气压力减少到一定程度，则释放弹簧储存的能量，通过弹簧的弹力压缩空气，保持空气存储容器内的压力在一定的范围内。从而可以通过被压缩的空气推动发电机发出稳定可控的电力。从其特点表述可看出，其对弹簧压缩的动能是通过自然风力带动风机风轮的转动获得的，而压缩空气储能是由其他设备完成，所以需要两种不同的储能动力提供设备。由于自然风力的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。其特征在于：可利用低谷电、太阳能、风力等发电装置的冗余发电能力进行空气压缩储能，利用内置于封闭式蓄水室的储能气囊进行空气压缩储能时产生的压力和释能时封闭式蓄水室形成的负压空间，进行蓄水储能、排雨蓄水、二次压缩空气储能、为加压装置储能、有机垃圾处理、水过滤与蒸馏净化、空气净化、沼气高压水洗脱碳脱硫提纯、地下水回灌。利用储存的水能、空气能、水蒸馏产生的水蒸汽、经水洗脱碳脱硫的燃气、可单独或混合利用太阳辐射能、用于压缩空气储能的压气机工作时产生的余热、用于将压缩空气储能转变为电能的蒸汽/燃气发电机组工作时产生的余热，实现一种或多种方式的发电。

【技术特征摘要】
1.一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。其特征在于：可利用低谷电、太阳能、风力等发电装置的冗余发电能力进行空气压缩储能，利用内置于封闭式蓄水室的储能气囊进行空气压缩储能时产生的压力和释能时封闭式蓄水室形成的负压空间，进行蓄水储能、排雨蓄水、二次压缩空气储能、为加压装置储能、有机垃圾处理、水过滤与蒸馏净化、空气净化、沼气高压水洗脱碳脱硫提纯、地下水回灌。利用储存的水能、空气能、水蒸馏产生的水蒸汽、经水洗脱碳脱硫的燃气、可单独或混合利用太阳辐射能、用于压缩空气储能的压气机工作时产生的余热、用于将压缩空气储能转变为电能的蒸汽/燃气发电机组工作时产生的余热，实现一种或多种方式的发电。2.根据权利要求1所述的一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。其特征在于：所述系统与方法包括污水和有机垃圾或海水入口(1)、格栅(2)、雨水弃流层(3)、雨水隔滤层(4)、雨水缓排层(5)、污水输水管线(6)、负压过滤储能蓄水室(7)、高位负压储能蓄水室(8-9)、低位负压储能蓄水室(10)、地下水回灌储能蓄水室(11)、输水管线储能室(12)、负压储能蒸馏室(13-14)、负压蒸馏室(15)、预置高气压蓄水室(16)、预置高气压储能蓄水室(17)、闪蒸室(18)、常压蓄水室(19)、地下水回灌井(20)、厌氧室(21)、水能/气能发电机组(22)、蒸汽/燃气发电机组(23)、预置高气压气囊(24-25)、储能气囊(26-32)、加压装置(33-39)、加压挡板(40-46)、压气机(47-49)、储气罐(50-52)、电动阀门(53-85)、电动调节气阀(86-113)、换热器(114-115)、输气管线(116-142)、输水管线(143-165)、柔性隔膜式过滤装置(166)、水蒸汽管线(167-168)、真空泵(169)污泥排放管线(170)、冷凝管线(171-172)、冷凝装置(173)、烟气管线(174)、透气口(175-177)、循环泵(178-179)、余热回收装置(180)、用能设备(181)、紧急释能输入口(182)、沼气脱水间(183)、太阳能集热装置(184)、紧急释能口(a-h)、沼气输出口(A1)其中：输水管线储能室(12)为电动阀门(77、57、81、55、56、80)之间的管线。输水管线储能室(12)与雨水缓排层(5)、雨水隔滤层(4)、雨水弃流层(3)、格栅(2)依次连接。污水和有机垃圾或海水入口(1)通过输水管线(148、156、155、157、158、159、166)与负压过滤储能蓄水室(7)、闪蒸室(18)、常压蓄水室(19)、负压储能蒸馏室(13)、预置高气压蓄水室(16)负压储能蒸馏室(14)依次连接。负压蒸馏室(15)通过输水管线(145、143)与预置高气压蓄水室(16)负压储能蒸馏室(14)连接。高位负压储能蓄水室(8-9)、低位负压储能蓄水室(10)、地下水回灌储能蓄水室(11)、预置高气压储能蓄水室(17)通过输水管线(输水管线(165、146、149、151)串联。高位负压储能蓄水室(9)、预置高气压储能蓄水室(17)分别通过电动阀门(55、56)并接在输水管线储能室(12)上。负压过滤储能蓄水室(7)、闪蒸室(18)、负压储能蒸馏室(13)分别通过输水管线(156、155、154)并接在输水管线储能室(12)上。低位负压储能蓄水室(10)通过输水管线(147)与水能/气能发电机组(22)、输水管线储能室(12)依次连接。地下水回灌储能蓄水室(11)通过电动阀门(77)与输水管线储能室(12)连接，通过电动阀门(78)与地下水回灌井(20)连接。负压储能蒸馏室(14)、负压蒸馏室(15)、余热回收装置(180)通过水蒸汽管线(167-168)与蒸汽/燃气发电机组(23)连接。闪蒸室(18)、储气罐(50)、压气机(49)、负压过滤储能蓄水室(7)通过输气管线(129)依次连接；厌氧室(21)通过电动调节气阀(102)与储气罐(50)连接。负压过滤储能蓄水室(7)通过污泥排放管线(170)与厌氧室(21)连接。负压储能蒸馏室(13)通过输水管线(144、152、150)依次与安装在压气机上的换热器(115)、预置高气压蓄水室(16)连接。负压储能蒸馏室(13)通过输水管线(144、162、153、160)依次与余热回收装置(180)、循环泵(178)、预置高气压蓄水室(16)连接。预置高气压蓄水室(16)通过输水管线(160、161)与循环泵(178)太阳能集热装置(184)形成循环连接。厌氧室(21)里面的换热器(114)通过输水管线(163、162、152、164)依次与换热器(115)、循环泵(179)形成循环连接。换热器(114)通过输水管线(163、162、152、150、160、153)依次与换热器(115)、预置高气压蓄水室(16)、循环泵(178)、余热回收装置(180)形成循环连接。换热器(114)通过输水管线(163、162、152、150、160、161)依次与换热器(115)、预置高气压蓄水室(16)、循环泵(178)太阳能集热装置(184)形成循环连接。常压蓄水室(19)与储气罐(51)连接。余热回收装置(180)通过烟气管线(174)与蒸汽/燃气发电机组(113)连接。换热器(115)安装在压气机输出口或串联压气机级间连接管线上。真空泵(169)与负压蒸馏室(15)连接。储能气囊(26-32)与输水管线储能室(12)可以单独的形式或多个储能气囊串联的形式与压气机连接。储能气囊(26-32)与输水管线储能室(12)可以单独的形式，或多个储能气囊串联的形式，或将多个储能气囊的压缩空气输出口与输水管线储能室的压缩空气输出口以并联的形式通过输气管线分别与水力/风力发电机组(22)、蒸汽/燃气发电机组(23)、用能设备(181)连接。压气机(47)的出气口和压气机(48)的入气口串联。地下水回灌储能蓄水室(11)里的储能气囊(32)紧急释能口(h)连接在压气机(47)的出气口和压气机(48)的入气口之间。地下水回灌储能蓄水室内置储能气囊(32)之外的所有储能气囊和预置高气压气囊的紧急释能口并联在输气管线(131)上与储能气囊(32)的紧急释能输入口(182)连接。预置高气压储能蓄水室(17)与预置高气压蓄水室(16)分别内置预置高气压气囊(25)(24)。负压过滤储能蓄水室(7)的沼气输出口(A1)通过输气管线(134、135、136)依次与沼气脱水间(183)、储气罐(52)、蒸汽/燃气发电机组(23)连接。蒸汽/燃气发电机组(23)通过冷凝管线(171-172)依次与冷凝装置(173)、余热回收装置(180)连接。负压过滤储能蓄水室(7)、高位负压储能蓄水室(8-9)、低位负压储能蓄水室(10)、地下水回灌储能蓄水室(11)、负压储能蒸馏室(13-14)各自内置有储能气囊(26-32)、加压装置(33-39)、加压挡板(40-46)、其中负压过滤储能蓄水室(7)还内置有柔性隔膜式过滤装置(166)。高位负压储能蓄水室(8-9)、低位负压储能蓄水室(10)的距离依次相隔9米左右。3.根据权利要求1或2所述的一种可利用空气储能和释能工作进行多种有益工作的系统与方法。其特征在于：根据不同的储能、发电、储水、排雨、水净化或海水淡化处理、有机垃圾处理、空气净化、沼气高压水洗脱碳脱硫提纯、地下水回灌的工作需求，其工作流程和方法：1)压缩空气储能的工作流程和方法。根据不同工况的压力要求，利用冗余发电能力的电能，可以一台压气机或多台压气机并联或串联成多级压气机的形式，将空气压进储能气囊(26-32)、排雨管道储能室(12)中，进行压缩空气储能。2)污水过滤净化、有机垃圾处理、沼气脱碳脱硫提纯、压缩空气结合沼气发电的工作流程和方法。a)在负压过滤储能蓄水室(7)的储能气囊(26)处于释能状态时，而且加压挡板(44)位置，在加压装置(37)的作用下，高于负压过滤储能蓄水室(7)入水口时。开启电动阀门(72)，在负压和重力的作用下，污水与已搅碎的有机垃圾通过污水和有机垃圾或海水入口(1)经输水管道(148)进入负压过滤储能蓄水室(7)，与加压装置(37)一起压迫储能气囊(26)，保证储能气囊(26)的输出压力。当污水或海水达到设定水位时，停止输入。厌氧室(21)将污泥和有机垃圾分解生成的沼气预先输入储气罐(50)中，再通过压气机(49)在高于负压过滤储能蓄水室(7)蓄水位的位置，以设定的压力将沼气从储气罐(50)中抽出并压入负压过滤储能蓄水室(7)中，达到设定压入量后停止。当负压过滤储能蓄水室(7)的储能气囊(26)进入储能状态时，储能气囊(26)随着气压的增加压缩弹簧式加压装置(37)，对弹簧式加压装置(37)进行弹力储能，同时将气体压向水中。负压过滤储能蓄水室(7)的污水在储能气囊(26)的压力下，通过加压挡板(44)的缝隙和柔性隔膜式过滤装置(166)。负压过滤储能蓄水室(7)的水位上升并充满整个负压过滤储能蓄水室(7)，二氧化碳和硫化氢在高压下溶解在水中。储能气囊(26)暂停储能，开启电动调节气阀(108、91)将部分压缩空气，经储能气囊(26)的紧急释能口(a)、输气管线(133、131)、电动调节气阀(108、91)、储能气囊(32)的紧急释能输入口(182)压入到储能气囊(32)。储能气囊(26)释能后压力下降，水位随之下降，不能溶解在水中的沼气溢出水面，分布于储能气囊(26)的上方和两侧。开启位于负压过滤储能蓄水室(7)上方的电动调节气阀(107)和开启电动阀门(61)，储能气囊(26)重新进入储能状态，经提纯的沼气在原本的压力和储能气囊(26)储能产生的压力下，经电动调节气阀(107)和输气管线(134)进入沼气脱水间(183)，经脱水后进入储气罐(52)。过滤后的污水经电动阀门(61)、输水管线(156、155)进入闪蒸室(18)，沼气进一步与水分离并通过闪蒸室的输气口返回储气罐(50)，等待下一次提纯。而进入闪蒸室(18)的水经输水管道(157)流入常压蓄水室(19)，二氧化碳和硫化氢在常压下从水中释放，从常压蓄水室(19)的输气口进入储气罐(51)。有机垃圾和没能通过过滤的污泥，在储能气囊(26)的压力下，所含的大部水分被加压挡板(44)压出并过滤，当污水过滤完毕，开启电动阀门(71)，将污泥和有机垃圾经排污泥管(170)压进厌氧室(21)，进行有机分解。污泥排放完毕，关闭电动阀门(71)，储能气囊(26)继续储能，直到达到设定值后停止。b)发电时，将系统储存的压缩空气与储气罐(52)储存的沼气一起输入蒸汽/燃气发电机组(23)进行燃烧，驱动蒸汽/燃气发电机组(23)进行发电。3)污水、海水的蒸馏净化、淡化处理和蒸汽发电的工作流程和方法。a)经负压过滤储能蓄水室(7)过滤后的污水或海水，储存在常压蓄水室(19)中。当负压储能蒸馏室(13)的储能气囊(27)进入释能状态时，在加压装置(38)的压力下逐渐收缩，负压储能蒸馏室(13)形成负压空间。开启电动阀门(69)、常压蓄水室(19)的透气口电动阀门(73)，在大气压的作用下，常压蓄水室(19)的水经输水管线(158)和电动阀门(69)流入负压储能蒸馏室(13)，与加压装置(38)一起对储能气囊(27)施加压力，以保证储能气囊(27)压缩空气的输出压力。b)当负压储能蒸馏室(13)的储能气囊(27)释能完毕，负压储能蒸馏室(13)失去负压作用不再抽水，关闭电动阀门(69)。当储能气囊(27)进入储能状态时，开启电动阀门(70、74、75、63)。在储能气囊(27)的压力作用下，负压储能蒸馏室(13)的水分别经输水管线(144、152、150、162、153、160)、换热器(115)、余热回收装置(180)、循环泵(178)进入预置高气压蓄水室(16)并压迫预置高压气囊(24)，预置高压气囊(24)进入空气压缩储能状态，在储能气囊(27)的压力作用下负压储能蒸馏室(13)的水全部排出，关闭电动阀门(70)。储能气囊(27)继续储能，直到达到设定值后停止。c)在储能气囊(27)的储能压力下，负压储能蒸馏室(13)的水进入储存在预置高气压蓄水室(16)，并在储能气囊(27)和预置高压气...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗武锐，刘国军，
申请(专利权)人：罗武锐，刘国军，
类型：发明
国别省市：广东;44