一种弹簧式水下恒压空气储释能系统技术方案

本发明专利技术公开一种弹簧负反馈式水下恒压储释能系统，包括水面工作平台、多级压气机、多级空气透平、电动机‑发电机、三通阀、储气罐、水下工作平台、伸缩机构和弹簧。在用电低谷期，压气机将高压气体存储于水下储气罐中；在用电高峰期，高压气体进入透平膨胀做功，透平带动发电机输出电能。系统静止时，储气罐中的气压利用水的静压特性得以保持恒定。储气罐底部装有与水下工作平台连接的弹簧，系统储气与释气时，弹簧的力学负反馈作用可以保证储气罐中气压恒定。水下工作平台与水底通过伸缩机构连接，可以通过伸缩机构调整水下工作平台深度，从而设定系统的工作压力。该系统利用水的静压特性与弹簧的力学负反馈作用，从而实现恒压储气与释气。

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧式水下恒压空气储释能系统
本专利技术涉及压缩气体储能领域，尤其涉及一种弹簧式水下恒压储释能系统。
技术介绍
近年来，我国可再生能源快速崛起。2019年国内风力发电量和太阳能发电量分别增至405.7TWh、224.3TWh，在总发电量中占比8.5％，年增长率分别为10.8％、26.4％。但由于可再生能源间歇性明显、能量密度低、大规模并网不利于电网稳定、输电通道建设滞后等因素，限制了可再生能源的消纳。为此国家明确提出推动储能系统与可再生能源协调运行。现有的抽水储能系统，需要建造水库和水坝，选址困难且建设周期长，投资成本高，占用土地资源多，需要考虑移民问题，对环境影响较大，会导致一些生态问题。现有的蓄电池储能系统，单位储能成本高，功率等级低，无法大规模布置，工作寿命短，充放电慢，污染性高，难以工作在环境恶劣的地方。现有的恒容储能系统，储气罐内总有剩余气体，能量无法彻底利用，储释能时储气罐内气体压力时刻变化，导致压气机与透平偏离设计工况运行，系统效率低。现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在储释气时通过电机-缆绳拉动储气罐以调整储气罐的深度，从而保证储气罐中气体恒压，如专利技术公开专利“一种水力恒压储释能系统与智能调控方法(公开号：CN111120208A)”，该系统在恒压控制时，拉动储气罐的电动机会消耗电能。现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在使用电机-缆绳结构控制储气罐中气体恒压时，需要实时监测储气罐内液面深度以及缆绳与水平面夹角以计算出所需的电机力矩，进而进行电机调控。这个控制过程需要为各传感器以及电机设计自动控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种弹簧式水下恒压储释能系统，可以通过弹簧的力学负反馈作用维持储气与释气过程中储气罐内气体压力恒定。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种弹簧式水下恒压储释能系统，包括水面工作平台、多级压气机、多级空气透平、电动机-发电机、三通阀、储气罐、水下工作平台、伸缩机构和弹簧，所述水面工作平台靠近水面设置，且所述水面工作平台与水面之间的距离可调，所述多级压气机、所述多级空气透平和所述电动机-发电机位于水面工作平台上方，且所述多级压气机和所述多级空气透平分别与所述电动机-发电机导线连接，且所述多级压气机的出口、所述多级空气透平的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀的第一端口和第二端口连接，所述储气罐位于水面下且可沿竖直方向在水里上下移动，储气罐的进出气口通过第三输气管道与三通阀的第三端口连接，所述水下工作平台位于所述储气罐下方，且所述水下工作平台通过所述伸缩机构与水底固定连接，所述弹簧位于所述储气罐和所述水下工作平台之间，所述弹簧的顶端与所述储气罐固定连接，所述弹簧的底端与所述水下工作平台固定连接。进一步地，还包括雷达测距仪，所述雷达测距仪固定设置在所述储气罐的顶部，用于测量所述储气罐的顶部分别到储气罐内部液面和水面工作平台的距离。进一步地，还包括位于所述水面工作平台之上的储冷油保温罐、第一输油管道、储热油保温罐和第二输油管道，所述储冷油保温罐包括第一出油口和第一进油口，且所述储冷油保温罐内可储存储冷油，所述第一输油管道的一端与所述第一出油口连接，所述第一输油管道依次经过所述多级压气机的各级间附近和所述多级空气透平的出口附近，所述第一输油管道的另一端与所述第一进油口连接；所述储热油保温罐包括所述第二出油口和第二进油口，且所述储热油保温罐内可储存储热油，所述第二输油管道的一端与所述第二出油口连接，所述第二输油管道依次经过所述多级空气透平的各级间附近和所述多级压气机的出口附近，所述第二输油管道的另一端与所述第二进油口连接。采用上述技术方案，当多级压气机工作时，多级压气机级间与第一输油管中的储冷油发生热交换，级间气体降温，从而使多级压气机更高效工作，提高多级压气机效率，多级压气机的出口处附近空气与第二输油管中的储热油发生热交换，从而将出口附近高温空气的热能储存于储热油中。当多级空气透平工作时，级间与第二输油管中的储热油发生热交换，级间气体升温，从而使多级空气透平更高效工作，提高多级空气透平效率，多级空气透平的出口附近空气与第一输油管中的储冷油发生热交换，从而将出口附近低温空气的冷能储存于储冷油中。进一步地，所述第一输油管道和第二输油管道中位于多级压气机的各级间附近、多级空气透平的第二出油口附近、多级空气透平的各级间附近和多级压气机的出口附近的部分均采用导热材料制成，其余部分采用绝热材料包裹。采用上述技术方案，通过将第一输油管道和第二输油管道进行热交换处的材料采用导热材料，可以有效提高热交换效率，在其他部分采用绝热材料，减少能量消耗。进一步地，多级压气机和所述电动机-发电机之间的导线上设置有第一离合器，所述多级空气透平和所述电动机-发电机之间的导线上设置有第二离合器。采用上述技术方案，通过设置第一离合器和第二离合器来控制相应电路的开闭，以分别控制多级压气机和多级空气透平的工作。进一步地，还包括空气干燥器，所述空气干燥器设置在所述第二输气管道上。采用上述技术方案，通过设置空气干燥器吸收压缩空气中水汽，防止水汽进入多级空气透平中。进一步地，在所述储气罐的进出气口处设置有进出气电动闸门，所述进出气电动闸门与第三输气管道的一端连接，第三输气管道的另一端与三通阀的第三端口连接。采用上述技术方案，需要进行储气或释放压缩空气时打开进出气电动闸门。进一步地，所述储气罐包括进出水口，在所述储气罐的进出水口处设置有进出水电动闸门。采用上述技术方案，需要进行储气或释放压缩空气时打开进出水电动闸门。进一步地，还包括竖直导轨，所述竖直导轨的底部与所述水下工作平台固定连接，所述水面工作平台和所述储气罐分别与所述竖直导轨滑动连接。采用上述技术方案，储气罐沿着导轨上下移动；通过调节水面工作平台在竖直导轨上的位置，使水面工作平台保持在水面附近。进一步地，所述伸缩机构包括支撑柱和可相对于所述支撑柱进行伸缩的液压柱，所述支撑柱的底部与水底固定连接，所述液压柱的顶部与所述水下工作平台固定连接。采用上述技术方案，通过调节液压柱的伸出长度，可以改变水下工作平台相对于水底的高度，从而可以调整系统所受的压强。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、与电机-缆绳式水下恒压储释能系统相比，弹簧式水下恒压储释能系统利用弹簧的力学负反馈作用实现恒压储释气，不需要另外设计自动控制系统以控制恒压。另外，弹簧式水下恒压储释能系统利用弹簧的力学负反馈作用控制恒压储释气的过程中，没有额外输入能量，而电机-缆绳式水下恒压储释能系统需要为电机提供电能以维持恒压储释气。2、与抽水储能系统相比，弹簧式水下恒压储释能系统对选址要求宽松，建造难度与工程量小；与蓄电池储能系统相比，弹簧式水下恒压储释能系统污染小，功率级别高。3、与恒容储能系统相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹簧式水下恒压储释能系统，其特征在于：包括水面工作平台（6）、多级压气机（1）、多级空气透平（4）、电动机-发电机（3）、三通阀（5）、储气罐（10）、水下工作平台（13）、伸缩机构和弹簧（12），/n所述水面工作平台（6）靠近水面设置，且所述水面工作平台（6）与水面之间的距离可调，/n所述多级压气机（1）、所述多级空气透平（4）和所述电动机-发电机（3）位于水面工作平台（6）上方，所述多级压气机（1）和所述多级空气透平（4）分别与所述电动机-发电机（3）导线连接，且所述多级压气机（1）的出口、所述多级空气透平（4）的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀（5）的第一端口和第二端口连接，/n所述储气罐（10）位于水面下且可沿竖直方向在水里上下移动，储气罐（10）的进出气口通过第三输气管道（8）与三通阀（5）的第三端口连接，/n所述水下工作平台（13）位于所述储气罐（10）下方，且所述水下工作平台（13）通过所述伸缩机构与水底（16）固定连接，/n所述弹簧（12）位于所述储气罐（10）和所述水下工作平台（13）之间，所述弹簧（12）的顶端与所述储气罐（10）固定连接，所述弹簧（12）的底端与所述水下工作平台（13）固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种弹簧式水下恒压储释能系统，其特征在于：包括水面工作平台（6）、多级压气机（1）、多级空气透平（4）、电动机-发电机（3）、三通阀（5）、储气罐（10）、水下工作平台（13）、伸缩机构和弹簧（12），
所述水面工作平台（6）靠近水面设置，且所述水面工作平台（6）与水面之间的距离可调，
所述多级压气机（1）、所述多级空气透平（4）和所述电动机-发电机（3）位于水面工作平台（6）上方，所述多级压气机（1）和所述多级空气透平（4）分别与所述电动机-发电机（3）导线连接，且所述多级压气机（1）的出口、所述多级空气透平（4）的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀（5）的第一端口和第二端口连接，
所述储气罐（10）位于水面下且可沿竖直方向在水里上下移动，储气罐（10）的进出气口通过第三输气管道（8）与三通阀（5）的第三端口连接，
所述水下工作平台（13）位于所述储气罐（10）下方，且所述水下工作平台（13）通过所述伸缩机构与水底（16）固定连接，
所述弹簧（12）位于所述储气罐（10）和所述水下工作平台（13）之间，所述弹簧（12）的顶端与所述储气罐（10）固定连接，所述弹簧（12）的底端与所述水下工作平台（13）固定连接。


2.根据权利要求1所述的一种弹簧式水下恒压储释能系统，其特征在于：还包括雷达测距仪（18），所述雷达测距仪（18）固定设置在所述储气罐（10）的顶部，用于测量所述储气罐（10）的顶部分别到储气罐（10）内部液面和水面工作平台（6）的距离。


3.根据权利要求1所述的一种弹簧式水下恒压储释能系统，其特征在于：还包括位于所述水面工作平台（6）之上的储冷油保温罐（19）、第一输油管道、储热油保温罐（20）和第二输油管道，
所述储冷油保温罐（19）包括第一出油口和第一进油口，且所述储冷油保温罐（19）内可储存储冷油，所述第一输油管道的一端与所述第一出油口连接，所述第一输油管道依次经过所述多级压气机（1）的各级间附近、所述多级空气透平（4）的出口附近，所述第一输油管道的另一端与所述第一进油口连接；
所述储热油保温罐（20）包括所述第二出油口和第二进油口，且所述储热油保温罐...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌昱，陈新睿，杨承，许柏城，范坤乐，马晓茜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44