一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统及方法，包括交替式抽水系统、分级压缩储气系统、交替式推水发电系统和综合控制系统。本发明专利技术利用交替式抽水系统内的管路变换，实现在两个水气共容罐之间的交替抽水，保障系统连续运行，节省成本与水资源；利用分级压缩储气系统内的储气囊临时存储压缩空气，缩小水气共容罐中压缩空气的压力变化范围，实现水泵扬程固定，实现压缩空气的分级储存；交替式推水发电系统统筹协调储气囊和水气共容罐内的空气压力变化，保持水轮机进水量的稳定，实现水轮机水头固定，保证系统安全与发电的稳定；利用综合控制系统对交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统进行远程监控与调控。远程监控与调控。远程监控与调控。

【技术实现步骤摘要】
一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术涉及储能和清洁能源利用
，尤其涉及一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]传统压缩空气储能的主要原理可以概括为：在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，并在电网负荷高峰期释放压缩空气推动气轮机发电的储能方式。然而传统压缩空气储能技术不仅需要燃料燃烧以加热气轮机入口处的压缩空气，而且空气自然冷却会浪费压缩热。因此传统压缩空气储能技术也被定义为非绝热压缩空气储能技术，其循环效率约为50％。
[0003]随着技术的发展，出现了一种将压缩空气储能跟抽水蓄能相结合的新型液控压缩空气储能技术。这种液控压缩空气储能技术利用水泵抽水压缩空气，再利用压缩空气推动水轮机发电。然而，目前市面上的技术，水泵或水轮机的扬程或水头变幅都在100米以内。而压缩空气需要将空气压力从大气压提高到5MPa，甚至更高的压力。以将空气从0.1MPa压缩到5MPa 为例，这对应了水泵或水轮机的扬程或水头变幅在10米到500米，这在现有技术水平是打不到的。因此需要对液控压缩空气储能技术进行改进，使得满足水泵或水轮机的扬程或水头变幅都在100米以内。
[0004]此外，液控压缩空气储能的技术下，存在水气共容罐。在水气共容罐中，水和空气需要不断地交替充满，因此在衔接段中不可避免出现抽水、排水不连续的问题，影响系统的稳定性。这一问题也是液控压缩空气储能系统亟需解决的问题。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提出一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统。
[0006]一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，包括交替式抽水系统、分级压缩储气系统、交替式推水发电系统和综合控制系统；
[0007]所述交替式抽水系统利用水泵在水气共容罐中交替抽水来实现连续不间断地压缩空气；
[0008]所述分级压缩储气系统利用储气囊和储气罐分级储存压缩空气；
[0009]所述交替式推水发电系统利用压缩空气在水气共容罐中交替排气从而推动水轮机发电；
[0010]所述综合控制系统对交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统进行远程监控与调控；
[0011]所述交替式抽水系统包括：清洁能源连接线、超级电容器、清洁能源稳流电出口线I、电动机、水泵、水泵连接线、水泵抽水管、水泵排水管、三通阀I、水泵抽水支路I、四通阀、三通阀II、水泵排水支路I、水气共容罐I、水气共容罐导水管I、水气共容罐导水管II、水泵
抽水支路II、三通阀III、水泵排水支路II、水气共容罐导水管III、水气共容罐II、水气共容罐导水管IV、三通阀IV、带阀门的通气管I、带阀门的通气管II。清洁能源连接线与超级电容器相连，超级电容器通过清洁能源稳流电出口线I和电动机相连，电动机和水泵之间通过水泵连接线相连，水泵分别和水泵抽水管、水泵排水管相连，水泵抽水管、三通阀I、水泵抽水支路I和四通阀顺次相连，四通阀和三通阀II之间通过水泵排水支路I相连，四通阀和水气共容罐I之间通过水气共容罐导水管I相连，水气共容罐I另一端与水气共容罐导水管II 相连，三通阀I、水泵抽水支路II和三通阀III顺次相连，三通阀II和三通阀III之间通过水泵排水支路II相连，三通阀III、水气共容罐导水管III、水气共容罐II、水气共容罐导水管 IV和三通阀IV顺次相连，水气共容罐I通过水气共容罐导水管II和三通阀IV相连。水气共容罐I上连接有带阀门的通气管I，水气共容罐II上连接有带阀门的通气管II。
[0012]所述分级压缩储气系统包括：导气管I、三通阀V、导气管II、储气囊导气管I、储气囊、导气管III、压气机、清洁能源稳流电出口线II、储气囊导气管II、三通阀VI、储气罐导气管 I、储气罐导气管II、储气罐I、储气罐II、蓄水罐、蓄水罐回水管、蓄水罐出水管。三通阀V 分别与导气管I、导气管II和储气囊导气管I相连，导气管I的另一端与水气共容罐I相连，导气管II的另一端与水气共容罐II相连，储气囊导气管I、储气囊、导气管III和压气机顺次相连，压气机也和清洁能源稳流电出口线II相连，清洁能源稳流电出口线II和超级电容器相连，储气囊、储气囊导气管II和三通阀VI顺次相连，三通阀VI也分别与储气罐导气管I和储气罐导气管II相连，储气罐导气管I和储气罐I相连，储气罐导气管II和储气罐II相连，储气罐I和储气罐II都浸没在蓄水罐中，蓄水罐分别与蓄水罐回水管和蓄水罐出水管相连，蓄水罐出水管和四通阀相连。
[0013]所述交替式推水发电系统包括导水管、三通阀VII、水轮机入水管I、水轮机入水管II、水轮机I、水轮机出水管I、电磁感应线I、发电机I、供电线I、水轮机II、水轮机出水管II、电磁感应线II、发电机II、供电线II和三通阀VIII。导水管与三通阀IV相连，三通阀VII分别与导水管、水轮机入水管I和水轮机入水管II相连，水轮机I分别与水轮机入水管I和水轮机出水管I相连，水轮机I通过电磁感应线I和发电机I相连，发电机I与供电线I相连，水轮机II分别与水轮机入水管II和水轮机出水管II相连，水轮机II通过电磁感应线II和发电机II相连，发电机II和供电线II相连，三通阀VIII分别与水轮机出水管I、水轮机出水管 II和蓄水罐回水管相连。
[0014]所述综合控制系统包括控制中心，控制中心分别与交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统连通，控制中心可以对交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统进行远程监控与调控。
[0015]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0016]作为本专利技术的优选技术方案：所述水泵可以通过管路的变换，同时实现在水气共容罐I 和水气共容罐II中的交替抽水，系统可以连续不间断运行，节省了泵的成本，也节约了水资源。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案：所述压气机在水泵抽水压气交替的衔接段进行工作，既起到了压缩空气的作用，也保证了清洁能源输出电流被稳定地使用，保障了系统的平稳运行。
[0018]作为本专利技术的优选技术方案：所述储气囊作为中间设备，临时存储压缩空气。每次
水气共容罐I和水气共容罐II中压缩空气的量是一定的，压缩空气的压力变化范围也是固定的。这样使得水泵的扬程变幅保持在合理的范围之内，避免出现过高的压缩空气压力超过水泵的扬程，保证水泵运行的稳定性，延长了设备的寿命。更高压的空气压缩由压气机辅助完成。
[0019]作为本专利技术的优选技术方案：上述无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，可以包含多组并联的水气共容罐或储气罐，从而满足不同容量的压缩空气储能规模的设计。
[0020]作为本专利技术的优选技术方案：所述蓄水罐位置高于水气共容罐I和水气共容罐II，因此蓄水罐内的重力势能更大，受重力势能影响，蓄水罐内的水通过蓄水罐出水管流出，给水气共容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统包括：交替式抽水系统，利用水泵在水气共容罐中交替抽水来实现连续不间断地压缩空气；所述交替式抽水系统包括清洁能源连接线（1）、超级电容器（2）、清洁能源稳流电出口线I（3）、电动机（4）、水泵（5）、水泵连接线（6）、水泵抽水管（7）、水泵排水管（8）、三通阀I（9）、水泵抽水支路I（10）、四通阀（11）、三通阀II（12）、水泵排水支路I（13）、水气共容罐I（14）、水气共容罐导水管I（15）、水气共容罐导水管II（16）、水泵抽水支路II（17）、三通阀III（18）、水泵排水支路II（19）、水气共容罐导水管III（20）、水气共容罐II（21）、水气共容罐导水管IV（22）、三通阀IV（23）、带阀门的通气管I（24）、带阀门的通气管II（25）；清洁能源连接线（1）与超级电容器（2）相连，超级电容器（2）通过清洁能源稳流电出口线I（3）和电动机（4）相连，电动机（4）和水泵（5）之间通过水泵连接线（6）相连，水泵（5）分别和水泵抽水管（7）、水泵排水管（8）相连，水泵抽水管（7）、三通阀I（9）、水泵抽水支路I（10）和四通阀（11）顺次相连，四通阀（11）和三通阀II（12）之间通过水泵排水支路I（13）相连，四通阀（11）和水气共容罐I（14）之间通过水气共容罐导水管I（15）相连，水气共容罐I（14）另一端与水气共容罐导水管II（16）相连，三通阀I（9）、水泵抽水支路II（17）和三通阀III（18）顺次相连，三通阀II（12）和三通阀III（18）之间通过水泵排水支路II（19）相连，三通阀III（18）、水气共容罐导水管III（20）、水气共容罐II（21）、水气共容罐导水管IV（22）和三通阀IV（23）顺次相连，水气共容罐I（14）通过水气共容罐导水管II（16）和三通阀IV（23）相连；水气共容罐I（14）上连接有带阀门的通气管I（24），水气共容罐II（21）上连接有带阀门的通气管II（25）；分级压缩储气系统，用于利用储气囊和储气罐分级储存压缩空气；交替式推水发电系统，用于利用压缩空气在水气共容罐中交替排气从而推动水轮机发电；综合控制系统，用于对交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统进行远程监控与调控。2.根据权利要求1所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述分级压缩储气系统包括导气管I（26）、三通阀V（27）、导气管II（28）、储气囊导气管I（29）、储气囊（30）、导气管III（31）、压气机（32）、清洁能源稳流电出口线II（33）、储气囊导气管II（34）、三通阀VI（35）、储气罐导气管I（36）、储气罐导气管II（37）、储气罐I（38）、储气罐II（39）、蓄水罐（40）、蓄水罐回水管（41）、蓄水罐出水管（42）；三通阀V（27）分别与导气管I（26）、导气管II（28）和储气囊导气管I（29）相连，导气管I（26）的另一端与水气共容罐I（14）相连，导气管II（28）的另一端与水气共容罐II（21）相连，储气囊导气管I（29）、储气囊（30）、导气管III（31）和压气机（32）顺次相连，压气机（32）也和清洁能源稳流电出口线II（33）相连，清洁能源稳流电出口线II（33）和超级电容器（2）相连，储气囊（30）、储气囊导气管II（34）和三通阀VI（35）顺次相连，三通阀VI（35）也分别与储气罐导气管I（36）和储气罐导气管II（37）相连，储气罐导气管I（36）和储气罐I（38）相连，储气罐导气管II（37）和储气罐II（39）相连，储气罐I（38）和储气罐II（39）都浸没在蓄水罐（40）中，蓄水罐（40）分别与蓄水罐回水管（41）和蓄水罐出水管（42）相连，蓄水罐出水管（42）和四通阀（11）相连。3.根据权利要求2所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述压气机（32）在水泵（5）抽水压气交替的衔接段进行工作，既起到了压缩空气的作用，也保证
了清洁能源输出电流被稳定地使用，保障了系统的平稳运行。4.根据权利要求2所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述储气囊（30）作为中间设备，临时存储压缩空气；每次水气共容罐I（14）和水气共容罐II（21）中压缩空气的量是一定的，压缩空气的压力变化范围也是固定的，这样使得水泵（5）的扬程变幅保持在合理的范围之内，避免出现过高的压缩空气压力超过水泵（5）的扬程，保证水泵（5）运行的稳定性，延长了设备的寿命，更高压的空气压缩由压气机（32）辅助完成。5.根据权利要求2所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述蓄水罐（40）位置高于水气共容罐I（14）和水气共容罐II（21），因此蓄水罐（40）内的重力势能更大，受重力势能影响，蓄水罐（40）内的水通过蓄水罐出水管（42）流出，给水气共容罐I（14）和水气共容罐II（21）补水，不需要能量消耗，大大减少能耗。6.根据权利要求2或5所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述蓄水罐（40）向水气共容罐I（14）内补充水时，当水气共容罐I（14）内的水充满时，水气共容罐II（21）内的水容量也只剩2%；所述蓄水罐（40）向水气共容罐II（21）内补充水时，水气共容罐II（21）内的水充满时，水气共容罐I（14）内的压缩空气压力在设定值c之上；这样保证始终有一个水气共容罐在工作，保证输出持续不断地输出水流，从而保证输出电流的稳定性。7.根据权利要求1所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述交替式推水发电系统包括导水管（43）、三通阀VII（44）、水轮机入水管I（45）、水轮机入水管II（46）、水轮机I（47）、水轮机出水管I（48）、电磁感应线I（49）、发电机I（50）、供电线I（51）、水轮机II（52）、水轮机出水管II（53）、电磁感应线II（54）、发电机II（55）、供电线II（56）和三通阀VIII（57）；导水管（43）与三通阀IV（23）相连，三通阀VII（44）分别与导水管（43）、水轮机入水管I（45）和水轮机入水管II（46）相连，水轮机I（47）分别与水轮机入水管I（45）和水轮机出水管I（48）相连，水轮机I（47）通过电磁感应线I（49）和发电机I（50）相连，发电机I（50）与供电线I（51）相连，水轮机II（52）分别与水轮机入水管II（46）和水轮机出水管II（53）相连，水轮机II（52）通过电磁感应线II（54）和发电机II（55）相连，发电机II（55）和供电线II（56）相连，三通阀VIII（57）分别与水轮机出水管I（48）、水轮机出水管II（53）和蓄水罐回水管（41）相连。8.根据权利要求1所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述综合控制系统包括控制中心（58），控制中心（58）分别与交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统连通，控制中心（58）可以对交替式抽水系统、分级压缩储气系统和交替式推水发电系统进行远程监控与调控。9.根据权利要求1所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统，其特征在于：所述水泵（5）可以通过管路的变换，同时实现在水气共容罐I（14）和水气共容罐II（21）中的交替抽水，系统可以连续不间断运行。10.根据权利要求1所述的无缝衔接的交替式液控压缩空气储能系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括交替式抽水储气和交替式排气推水发电两种工作状态过程，交替式抽水储气工作状态过程：在用电低谷期，风能、太阳能等可再生能源产生的多余的波动、不稳定电流通过清洁能源连接线（1）流入超级电容器（2），超级电容器对电流进行调频，通过清洁能源稳流电出口
线I（3）和清洁能源稳流电出口线II（31）输出稳定的电流；初始状态下，水气共容罐I（14）内充满空气，带阀门的通气管I（24）关闭，水气共容罐I（14）处于密闭状态；初始状态下，水气共容罐II（21）内充满水，带阀门的通气管II（25）打开，水气共容罐II（21）保持与外界大气通风；电流由清洁能源稳流电出口线I（3）流入电动机I（4），电动机I（4）驱动水泵（5）开始工作；首先，三通阀I（9）、四通阀（11）、三通阀II（12）、三通阀III（18）被打开，水泵（5）将水气共容罐II（21）内的水沿着水气共容罐导水管III（20）流入水泵抽水支路II（17），水泵抽水支路II（17）内的水通过三通阀I（9）流经水泵抽水管（7）并流入水泵（5）；水泵（5）内的水从水泵排水管（8）流出，并通过三通阀II（12）流入水泵排水支路I（13），水泵排水支路I（13）内的水经过四通阀（11），流入水气共容罐导水管I（15），并最终流入水气共容罐I（14）；水在水气共容罐I（14）中压缩空气；三通阀V（27）被打开，被压缩的空气通过导气管I（26）流经三通阀V（27）和储气囊导气管I（29），并流入储气囊（30）中被临时存储；在水气共容罐I（14）里面的水量达到98%时，认为水气共容罐I（14）里的水基本充满，此时关闭三通阀V（27），使导气管I（26）的气路关闭，再打开压气机（32）和三通阀VI（35）；压气机（32）通过导气管III（31）将储气囊（30）内的压缩空气从储气囊导气管II（34）吹出，使压缩空气流经三通阀VI（35）和储气罐导气管I（36），最终流入储气罐I（38）中被存储；三通阀IV（23）始终保持关闭；在关闭三通阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飙，荣杨一鸣，赵源，许志翔，郑应霞，黄靖乾，陈顺义，周杰，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：