一种水气热综合储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水气热综合储能系统及方法。所述系统包括多个压力容器、水泵、水轮机、发电电动机、发电电动机驱动控制器、气泵、热源和散热器；发电电动机通过发电电动机驱动控制器连接电网；发电电动机分别连接水泵和水轮机；多个压力容器之间相互连接；至少一个压力容器分别连接热源、散热器和气泵，其余的压力容器分别连接水泵、水轮机；储能系统通过压力容器降温、压力容器储能、压力容器加热增压、释能发电四个顺序及并列的阶段，实现储能及释能的过程。本发明专利技术以液体作为储能、释能的工作介质，可降低系统的能量损失，提高系统效率。提高系统效率。提高系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水气热综合储能系统及方法


[0001]本专利技术涉及新型电力系统的储能领域，尤其涉及一种水气热综合储能系统及方法。

技术介绍

[0002]电力系统中太阳能、风能等可再生能源在整个电力系统中的占比越来越高，但是太阳能、风能这些能源由于受自然条件的制约可控性低，需要在电力系统中配置大量的储能容量以满足电力系统的可靠性要求。常见的储能形式有抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能等。抽水蓄能有容量大、储放效率高的优点，但是抽水蓄能电站对选址要求高，建设周期长，且大部分远离负荷中心，限制了其的应用。压缩空气储能由于在压缩过程及膨胀过程中伴随着大量的热交换，导致其效率比较低，需要通过补燃等措施进行改善，且大容量的储气空间也使电站的选址受限。电化学储能具有储放效率高、响应迅速的优点，但是其安全性较低，寿命较短，且储能电池的后处理会有环境污染的风险。
[0003]文献《新型大规模抽水压缩空气储能技术》(侯付彬,王焕然,贲岳,冯亮,杜超云.新型大规模抽水压缩空气储能技术[J].流体机械,2019,47(07):44
‑
47.)提出无水坝抽水压缩空气储能系统，介绍了非补燃式无水坝抽水压缩空气储能技术的复合系统，采用压缩空气储能与发电，并用抽水蓄能进行梯次利用，过程复杂。
[0004]文献《一种新型蒸汽恒压抽水压缩空气储能系统及其热力学分析》(李丞宸,李宇峰,张严,杨珍帅,王焕然.一种新型蒸汽恒压抽水压缩空气储能系统及其热力学分析[J].西安交通大学学报,2021,55(06):84
‑
91.)利用蒸汽凝结过程释放的潜热与显热,实现了释能过程的恒压运行，同时蒸汽凝结后参与做功，提高系统的容量和储能密度，无法降低储能过程所消耗的能量。
[0005]文献《压缩空气储能耦合太阳能辅助加热系统热力性能研究》(王珊.压缩空气储能耦合太阳能辅助加热系统热力性能研究[D].华北电力大学,2019.)在绝热压缩空气储能时增加太阳能加热提高储能密度，其工作介质采用空气，由压缩机和透平储能释能。
[0006]文献《一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统》(ZL201810291346X)通过绝热来减少能量损失，但是不能减少储能所消耗的能量。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种水气热综合储能系统及方法，通过对压力容器内的气体降温来降低容器内的压力，减少储能所消耗的能量；通过对压力容器内的气体升温来提高容器内的压力，增加释能所发出的能量，简化储能、释能的过程，提高储能系统的效率。
[0008]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]一种水气热综合储能系统，包括多个压力容器、水泵、水轮机、发电电动机、发电电动机驱动控制器、气泵、热源和散热器；
[0010]其中，发电电动机通过发电电动机驱动控制器连接电网；发电电动机分别连接水
泵和水轮机；多个压力容器之间相互连接；
[0011]至少一个压力容器分别连接热源、散热器和气泵，其余的压力容器分别连接水泵、水轮机；
[0012]热源在压力容器加热增压阶段用于加热压力容器内的气体；气泵用于补充压力容器内的气体；散热器在压力容器降温阶段对压力容器内的气体降温；水泵和水轮机分别用于实现压力容器储能阶段和释能发电阶段；
[0013]储能系统通过压力容器降温、压力容器储能、压力容器加热增压、释能发电四个顺序及并列的阶段，实现储能及释能的过程。
[0014]进一步地，发电电动机分别通过传动机构连接水泵和水轮机；
[0015]发电电动机分时与水泵和水轮机连接，分别实现压力容器储能和释能发电；
[0016]在压力容器储能阶段，发电电动机驱动控制器从电网获取电能，控制发电电动机驱动水泵将水在不同的压力容器之间转移；
[0017]在释能发电阶段，压力容器中的水带动水轮机运行并驱动发电电动机发电，向电网输出电能；发电电动机的类型为双馈异步电机或同步电机；
[0018]发电电动机在压力容器储能阶段工作于电动机状态，在发电电动机驱动控制器的驱动下带动水泵工作，把水送入压力容器内；
[0019]发电电动机在释能发电阶段工作于发电机状态，在发电电动机驱动控制器的控制下，由水轮机驱动发电；
[0020]发电电动机驱动控制器根据发电电动机的结构采用不同的形式，发电电动机为双馈异步电机时采用双馈变流器变流器，发电电动机为同步电机时采用全功率变流器；
[0021]发电时与发电电动机构成变速恒频发电系统，电动时与发电电动机构成变速驱动系统。
[0022]进一步地，水泵和水轮机可以独立配置，也可以合并为水泵水轮机，水泵和水轮机或水泵水轮机通过传动机构连接发电电动机。
[0023]进一步地，压力容器用于储存水及/或压缩气体，压力容器之间通过气传输管道和气传输阀门相连；
[0024]压力容器通过储能管道和储能阀门分别连接水泵的进出水口；压力容器通过释能管道和释能阀门分别连接水轮机的进出水口；
[0025]压力容器通过补气管道和补气阀门连接气泵，用于补充压力容器内的气体量。
[0026]进一步地，压力容器中设置有两个热交换器，压力容器中的两个热交换器分别通过加热阀门和散热阀门连接热源和散热器中的热交换器，实现热交换，在释能发电阶段和压力容器加热增压阶段实现对压力容器中的气体加热以增加压力容器内的压力提高释能阶段的发电量，在压力容器储能阶段和压力容器降温阶段实现对压力容器中的气体散热以降低压力容器内的压力减少储能阶段所消耗的能量。
[0027]进一步地，所述热源为地热、太阳能、生物质能、沼气、燃气、化学燃料类的以物理、化学方法产生高温的能源，用于通过热交换器对压力容器内的气体加热，进而提高压力容器内的压力，实现压力容器加热增压；
[0028]所述散热器用于通过热交换器对压力容器内的气体降温，进而降低压力容器内的压力，实现压力容器降温，减少储能时所消耗的能量。
[0029]进一步地，压力容器中安装有喷淋装置；喷淋装置通过储能管道和储能阀门连接水泵，将水泵送入的水以喷淋的方式喷入压力容器内，对压力容器中气体进行降温。
[0030]进一步地，压力容器通过气连通阀门与大气连通，与大气平衡压力，并在压力容器的压力超限时连通大气释压，保护压力容器。
[0031]进一步地，压力容器中设置有隔热模块；
[0032]隔热模块由隔热材料构成，浮于压力容器内的水面上，用于减少压力容器中水与气体之间的热交换。
[0033]进一步地，一种水气热综合储能系统中，压力容器降温阶段和压力容器储能阶段可以同时进行或压力容器降温阶段先进行之后再开始压力容器储能阶段；压力容器加热增压阶段和释能发电阶段可以同时进行或压力容器加热增压阶段先进行之后再开始释能发电阶段；
[0034]水从一个输出水的压力容器进入另一个输入水的压力容器，再返回原来的输出水的压力容器，完成一次储能、释能循环的水气热综合储能方法，具体包括以下阶段：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水气热综合储能系统，其特征在于，包括多个压力容器、水泵(21)、水轮机(3)、发电电动机(4)、发电电动机驱动控制器(5)、气泵(22)、热源(62)和散热器(61)；其中，发电电动机(4)通过发电电动机驱动控制器(5)连接电网；发电电动机(4)分别连接水泵(21)和水轮机(3)；多个压力容器之间相互连接；其中至少一个压力容器分别连接热源(62)、散热器(61)和气泵(22)，其余的压力容器分别连接水泵(21)、水轮机(3)；热源(62)在压力容器加热增压阶段用于加热压力容器内的气体；气泵(22)用于补充压力容器内的气体；散热器(61)在压力容器降温阶段对压力容器内的气体降温；水泵(21)和水轮机(3)分别用于实现压力容器储能阶段和释能发电阶段；储能系统通过压力容器降温、压力容器储能、压力容器加热增压、释能发电四个顺序及并列的阶段，实现储能及释能的过程。2.根据权利要求1所述的一种水气热综合储能系统，其特征在于，发电电动机(4)分别通过传动机构连接水泵(21)和水轮机(3)；发电电动机(4)分时与水泵(21)和水轮机(3)连接，分别实现压力容器储能和释能发电；在压力容器储能阶段，发电电动机驱动控制器(5)从电网获取电能，控制发电电动机(4)驱动水泵(21)将水在不同的压力容器之间转移；在释能发电阶段，压力容器中的水带动水轮机(3)运行并驱动发电电动机(4)发电，向电网输出电能；发电电动机(4)的类型为双馈异步电机或同步电机；发电电动机(4)在压力容器储能阶段工作于电动机状态，在发电电动机驱动控制器(5)的驱动下带动水泵(21)工作，把水送入压力容器内；发电电动机(4)在释能发电阶段工作于发电机状态，在发电电动机驱动控制器(5)的控制下，由水轮机(3)驱动发电；发电电动机驱动控制器(5)根据发电电动机(4)的结构采用不同的形式，发电电动机(4)为双馈异步电机时采用双馈变流器变流器，发电电动机(4)为同步电机时采用全功率变流器；发电时与发电电动机(4)构成变速恒频发电系统，电动时与发电电动机(4)构成变速驱动系统。3.根据权利要求1所述的一种水气热综合储能系统，其特征在于，水泵(21)和水轮机(3)可以独立配置，也可以合并为水泵水轮机(213)，水泵(21)和水轮机(3)或水泵水轮机(213)通过传动机构连接发电电动机(4)。4.根据权利要求1所述的一种水气热综合储能系统，其特征在于，压力容器用于储存水及/或压缩气体，压力容器之间通过气传输管道和气传输阀门相连；压力容器通过储能管道和储能阀门分别连接水泵(21)的进出水口；压力容器通过释能管道和释能阀门分别连接水轮机(3)的进出水口；压力容器通过补气管道和补气阀门连接气泵(22)，用于补充压力容器内的气体量。5.根据权利要求1所述的一种水气热综合储能系统，其特征在于，压力容器中设置有两个热交换器，压力容器中的两个热交换器分别通过加热阀门和散热阀门连接热源(62)和散热器(61)中的热交换器，实现热交换，在释能发电阶段和压力容器加热增压阶段实现对压力容器中的气体加热以增加压力容器内的压力提高释能阶段的发电量，在压力容器储能阶
段和压力容器降温阶段实现对压力容器中的气体散热以降低压力容器内的压力减少储能阶段所消耗的能量。6.根据权利要求5所述的一种水气热综合储能系统，其特征在于，所述热源(62)为地热、太阳能、生物质能、沼气、燃气、化学燃料类的以物理、化学方法产生高温的能源，用于通过热交换器对压力容器内的气体加热，进而提高压力容器内的压...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宝忠，
申请(专利权)人：广州华南鑫沨能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：