一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术公开了发明专利技术高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，水气共容舱中的空气经过增压机后直接进入储气竖井，维持水气共容舱内气体压力稳定不变。由于储气竖井的蓄热作用，同时储存了压缩空气的势能和热能。在释能阶段，系统的输出电能包括两部分：一部分，竖井中具有一定温度的高压空气进入透平膨胀做功；另一部分水气共容舱中的水推动水轮机发出电能，提高了系统的储能密度和运行效率。由于储气竖井外部有绝热层，其中的空气温度较高，流经透平膨胀后温度降低，保证了水气共容舱内温度较低，避免水的温度升高对水轮机造成损伤。本发明专利技术利用储气竖井将高压空气储存，大大降低了高压容器的投资成本，缩短储能系统的回收年限，提高系统运行经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统
本专利技术涉及电能物理储存领域，特别涉及一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统。
技术介绍
随着能源环境问题的日益突出，风能、太阳能等可再生能源受到越来越多的重视，但是由于可再生能源的波动性、随机性以及现有电网的调峰能力不足等问题给可再生能源的发展带来了巨大的挑战。储能系统作为电厂和电网之间的过渡系统，能够有效解决可再生能源的并网问题。此外，储能系统还能够平滑电网的负荷波动，提高电网的安全性和可调控性。现有的储能方式中，由于受到储能规模、放电时间、技术成熟度等因素的限制，目前只有压缩空气储能和抽水蓄能能够大规模应用。然而压缩空气储能与抽水蓄能系统也有一定的缺点。压缩空气储能系统内部换热环节多，不可逆损失大，并且，为了保证较高的输出功率和效率，在发电阶段需要消耗大量燃料；抽水蓄能系统对地形及水源有较高的要求。针对这些问题，西安交通大学王焕然等人首次提出水-气共容舱电力储能系统，并针对该系统在发电和储能过程中的变工况工作特性，提出了恒压水-气共容舱电力储能系统(CN201210099690.1)。该恒压水-气共容舱电力储能系统利用蒸汽锅炉向水气共容舱内补充水蒸气，以保证水气共容舱内压力恒定，进而确保水轮机发电机组在稳定工况下运行发电。但是水蒸气的温度较高，会在一定程度上降低共容舱的安全性，并会加快水气共容舱的腐蚀。因此该研究团队提出了用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统(CN201410312066.4)。该系统在储能过程中通过增压机将空气由水气共容舱输到高压储气罐中，释能过程中高压储气室中的空气经过稳压阀降至一固定压力后进入水气共容舱，达到使水气共容舱在排水保持恒压的目的。该用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统在储能过程中，高压储气罐内压力不断升高，增压机的背压增大，其流量不断变化引起水气共容舱内压力的波动；在高压情况下，舱内气体在水中的溶解度急剧增加，这些溶解气体会造成水轮机叶片出现严重的气蚀现象，引起重大的安全事故；并且在发电过程中，高压储气室中的空气经过稳压阀压力降低，造成了能量损失；另外，高压储气罐投资成本巨大，降低了运行经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，以克服现有技术的不足，该系统储能密度及运行效率高，投资成本低。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，包括蓄水池、水气共容舱和储气竖井，蓄水池通过阀门和水泵机组连接至水气共容舱的进水口，水气共容舱的出水口通过阀门和水轮机机组与蓄水池相连；水轮机机组连接至发电机；水气共容舱内设有能够随水气共容舱内液面浮动的空心钢板；水气共容舱上端的出气口分别通过阀门连接至透平和增压机，透平和增压机分别通过阀门连接至储气竖井；增压机连接电动机和压缩机组，透平连接至发电机。进一步的，水气共容舱壁面内部有螺旋状的导轨，空心钢板随液面在螺旋状的导轨内滑动。进一步的，圆形空心钢板下表面为倾斜面，空心钢板体积对称面的横截面为直角三角形，且其较大的锐角和螺旋状的导轨螺旋角相同。进一步的，圆形空心钢板下方倾斜面设有竖直放置的钢板，钢板的下表面与圆形空心钢板上表面平行。进一步的，水气共容舱内部上水位处有一圈卡套，且卡套与空心钢板能够吻合。进一步的，增压机采用容积式的活塞压缩机或螺杆压缩机，增压机采用多台并联的工作方式；透平带有动静叶调节装置，采用滑压运行工作方式。进一步的，储气竖井内用于储存高压空气，储气竖井包括上段工业管道和下段工业管道，上段工业管道和下段工业管道通过法兰连接；上段工业管道管壁厚度大于下段工业管道管壁厚度，上段工业管道内径小于下段工业管道内径。进一步的，储气竖井外侧依次设有保温涂料、保温管壳和防水材料。进一步的，水轮机机组、水泵机组、透平、增压机、压缩机组和所有阀门均连接控制器。进一步的，水气共容舱的顶部安装有液位传感器和压力传感器，液位传感器和压力传感器均连接至控制器。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，在储能阶段，水气共容舱中的空气经过增压机后直接进入储气竖井，由于储气竖井的蓄热作用，同时储存了压缩空气的势能和热能，在释能阶段，系统的输出电能包括两部分：一部分，竖井中具有一定温度的高压空气进入透平膨胀做功；另一部分水气共容舱中的水推动水轮机发出电能，提高了系统的储能密度和运行效率，由于储气竖井外部有绝热层，其中的空气温度较高，流经透平膨胀后温度降低，保证了水气共容舱内温度较低，避免水的温度升高对水轮机造成损伤。本专利技术利用储气竖井将高压空气储存，大大降低了高压容器的投资成本，缩短储能系统的回收年限，提高系统运行经济性。本专利技术采用容积式的增压机，保证储能阶段由水气共容舱流出空气的流量恒定，通过与水泵流量匹配，使水气共容舱内压力保持不变；容积式增压机的变工况能力较强，在储气竖井内压力逐渐升高时，能够保持较高的运行效率；透平采用滑压运行的方式，避免了释能阶段中，节流稳压阀部分的能量损失，提高了系统效率。进一步的，本专利技术通过设置空心钢板，减小了水气共容舱内水面与气体的接触面积，使得空气在水中的溶解量大幅减小，保证了水轮机安全高效运行，有效控制了气蚀现象。进一步的，本专利技术储能阶段结束时，水气共容舱内的卡套与空心钢板相配合，将空气与水分离开，此时增压机继续工作一小段时间，使水气共容舱内水的压力略大于空气的压力，以保证在储能和释能的间隔时间段内，空气不会在水中溶解。进一步的，本专利技术水气共容舱内的螺旋导轨以及空心钢板下部垂直放置的钢板，降低了水气共容舱内旋涡产生的可能性。进一步的，本专利技术在储能阶段空气流量较大时，增压机采用多台并联的方式，以便改善容积式增压机流量较小的不足。进一步的，本专利技术储气竖井上部管道直径较小、管壁厚度较大以增加其承压能力；下部管道直径较大、管壁较薄以降低成本。附图说明图1为本专利技术高压绝热储气抽水压缩空气储能系统的结构示意图。图2为空心钢板俯视图。图3为空心钢板侧视图。图4水气共容舱内部结构示意图.图5螺旋导轨横截面示意图。图6为储气竖井工业管道连接示意图。图7为三台增压机并联运行示意图。图8为空心钢板装配示意图。图9为空心钢板轴侧示意图。其中，1、蓄水池；2、水气共容舱；3、储气竖井；4、透平；5、增压机；6、压缩机组；7、水气分离器；8、控制器；9、水泵机组；10、水轮机机组；11、电机；12、电动机；13、发电机；14、第一三通阀门；15、第二三通阀门；16、第四三通阀门；17、第三三通阀门；18、第一四通阀门；19、液位传感器；20-21、压力传感器；22、卡套；23、空心钢板；24、螺旋导轨；25、上部滑轮；26、下部滑轮；27、钢板；28、工业管道；29、保温涂层；30、保温管壳；31、防水材料；32法兰。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1至图7所示，本专利技术一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，包括蓄水池1、水泵机组9、水轮机机组10、水气共容舱2、空心钢板23、储气竖井3、增压机5、透平4、水气分离器7；水气共容舱2的进水口和出水口为同一进出水口，蓄水池1通过第一三通阀门14和水泵机组9连接水气共容舱2底部的进出水口，同时，水气共容舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，其特征在于，包括蓄水池(1)、水气共容舱(2)和储气竖井(3)，蓄水池(1)通过阀门和水泵机组(9)连接至水气共容舱(2)的进水口，水气共容舱(2)的出水口通过阀门和水轮机机组(10)与蓄水池(1)相连；水轮机机组(10)连接至发电机；水气共容舱(2)内设有能够随水气共容舱(2)内液面浮动的空心钢板(23)；水气共容舱(2)上端的出气口分别通过阀门连接至透平(4)和增压机(5)，透平(4)和增压机(5)分别通过阀门连接至储气竖井(3)；增压机(5)连接电动机(12)和压缩机组(6)，透平(4)连接至发电机(13)。

【技术特征摘要】
1.一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，其特征在于，包括蓄水池(1)、水气共容舱(2)和储气竖井(3)，蓄水池(1)通过阀门和水泵机组(9)连接至水气共容舱(2)的进水口，水气共容舱(2)的出水口通过阀门和水轮机机组(10)与蓄水池(1)相连；水轮机机组(10)连接至发电机；水气共容舱(2)内设有能够随水气共容舱(2)内液面浮动的空心钢板(23)；水气共容舱(2)上端的出气口分别通过阀门连接至透平(4)和增压机(5)，透平(4)和增压机(5)分别通过阀门连接至储气竖井(3)；增压机(5)连接电动机(12)和压缩机组(6)，透平(4)连接至发电机(13)。2.根据权利要求1所述的高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，其特征在于，水气共容舱(2)壁面内部有螺旋状的导轨(24)，空心钢板(23)随液面在螺旋状的导轨(24)内滑动。3.根据权利要求2所述的高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，其特征在于，圆形空心钢板(23)下表面为倾斜面，空心钢板(23)体积对称面的横截面为直角三角形，且其较大的锐角和螺旋状的导轨(24)螺旋角相同。4.根据权利要求1所述的高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，其特征在于，圆形空心钢板(23)下方倾斜面设有竖直放置的钢板(27)，钢板(27)的下表面与圆形空心钢板(23)上表面平行。5.根据权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕然，张淑宇，李瑞雄，李丞宸，严凯，刘明明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61