一种抽水压缩氮气储能系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抽水压缩氮气储能系统及控制方法，该系统中水源与增压泵进口相连，增压泵出口连接至水

【技术实现步骤摘要】
一种抽水压缩氮气储能系统及控制方法


[0001]本专利技术属于储能领域，具体涉及一种抽水压缩氮气储能系统及控制方法。

技术介绍

[0002]能源工业是发展国民经济的重要基础，也是保障国家安全的重要一环。安全、高效、低碳是现代能源技术特点的集中体现。近年来人们对能源的需求量越来越大，能源供应问题逐渐成为值得关注的主要问题。储能技术是实现在“双碳”目标的重要手段，也是未来能源领域的重点研究方向之一。
[0003]目前已有的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能和电磁储能等，其中抽水蓄能系统结构简单、效率高、无化学污染，是目前产业发展最为完善的储能技术，并且已经在世界范围内实现了了商业应用。抽水储能是在电力低负荷期将水从低位水库通过水泵抽至高位水库，把电能转化为水的势能存储起来，并在电力高负荷期释放高位水库的水至低位水库驱动水轮机发电。然而目前的抽水蓄能系统仍存在一些问题。抽水蓄能系统对于地形存在高度差要求，需要筑坝构建上下游水库存储水，而大坝的构建会影响当地生态环境，需要综合生态环境等多方面因素进行考虑；此外，传统抽水蓄能系统往往规模庞大，存在投资成本高、回收期限长、灵活性较差等缺点。
[0004]因此，亟需对传统的抽水蓄能系统进行改进，以提高系统储能效率，同时摆脱地形限制，增加系统灵活性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种抽水压缩氮气储能系统及控制方法，以解决上述问题。本专利技术的系统解决了传统抽水蓄能对特殊地形条件的依赖问题，同时使得储能系统微型化，降低了系统投资成本，提高了储能系统灵活性及安全性，具有广泛的应用前景。
[0006]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0007]一种抽水压缩氮气储能系统，包括水源、水
‑
氮气共存罐、高压氮气储存罐、第一水轮机、第二水轮机、压缩机、增压泵、第一电机组、第二电机组和第一管路；
[0008]水源与增压泵进口相连，增压泵出口连接至水
‑
氮气共存罐液相进口，水
‑
氮气共存罐第一液相出口连接至第一水轮机进口，第一水轮机轴端与第一电机组相连，第一水轮机出口连接至第二水轮机第一进口，水
‑
氮气共存罐第二液相出口连接至第二水轮机第二进口，第二水轮机轴端连接第二电机组，第二水轮机出口连接至水源；
[0009]第一管路通过第一加压阀连接至压缩机进口，压缩机轴端连接驱动电机，压缩机出口通过第二加压阀连接至高压氮气储存罐增压进口，高压氮气储存罐内布置有压力传感器，高压氮气储存罐出口连接至水
‑
氮气共存罐气相进口。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，水源通过第一调节阀与增压泵进口相连，增压泵出口经过第二调节阀连接至水
‑
氮气共存罐液相进口；
[0011]水
‑
氮气共存罐第一液相出口通过第三调节阀连接至第一水轮机进口；
[0012]第一水轮机出口通过第四调节阀连接至第二水轮机第一进口；
[0013]水
‑
氮气共存罐第二液相出口通过第五调节阀连接至第二水轮机第二进口；
[0014]高压氮气储存罐出口通过第六调节阀连接至水
‑
氮气共存罐气相进口。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，水
‑
氮气共存罐内布置有浮动式密封活塞。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，高压氮气储存罐为双层结构，由高压氮气储存罐混凝土外壁和高压氮气储存罐钢材内壁组成，在高压氮气储存罐钢材内壁上布置有压力传感器。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，第一水轮机或第二水轮机的可变导叶布置于导叶底环上，可变导叶轴端固定有导叶转臂，导叶转臂的另一端于接力器连接，接力器由液压控制系统驱动，工作中通过推拉导叶转臂带动可变导叶转动。
[0018]一种抽水压缩氮气储能系统的控制方法，包括以下步骤：
[0019]初始状态下，所有调节阀为关闭状态；
[0020]辅助加压过程：在系统工作前，打开第一加压阀、第二加压阀及第六调节阀，驱动电机驱动压缩机工作，预先压缩氮气进入高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐，通过压力传感器检测高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐内压力，当压力满足设定值时，关闭第一加压阀及第二加压阀，高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐维持连通状态，辅助加压过程结束；
[0021]储能过程：当外部电网处于用电低谷时，打开第一调节阀、第二调节阀及增压泵，存储于水源中的常温常压的水经过增压泵抽至水
‑
氮气共存罐，当水
‑
氮气共存罐内压力达到额定最大压力或用电低谷结束时，关闭第一调节阀、第二调节阀及增压泵，完成储能阶段；
[0022]释能过程：当外部电网处于用电高峰时，根据压力传感器获取高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐内压力值，压力满足第一水轮机运行工况时，打开第三调节阀及第四调节阀，水
‑
氮气共存罐中的高压水在氮气压力及重力作用下依次流经第一水轮机及第二水轮机，第一水轮机、第二水轮机分别带动第一电机组、第二电机组工作输出电能，第二水轮机出口的低压水流入水源；随着释能过程进行，水
‑
氮气共存罐中压力逐渐降低，当压力下降至不满足第一水轮机工况时，关闭第三调节阀及第四调节阀，打开第五调节阀，水
‑
氮气共存罐中的高压水在氮气压力及重力作用下流经第二水轮机，第二水轮机带动第二电机组工作输出电能，第二水轮机出口的低压水流入水源，当水
‑
氮气共存罐内高压水完全流出或用电高峰结束时，关闭第五调节阀，完成释能过程。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，辅助加压过程中设定高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐内氮气压力为4MPa
‑
10MPa。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，储能与释能过程中，高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐维持连通状态，忽略水的压力随水位高度的变化，水
‑
氮气共存罐水头变化通过以下公式计算：
[0025][0026]其中，H1为任一时刻水
‑
氮气共存罐内的水头，p
i
为设定的初始氮气压力， V
w
为水
‑
氮气共存罐内水的体积，V2为高压氮气储存罐的容积，V1为水
‑
氮气共存罐的容积，ρ为水的
密度，g为重力加速度。
[0027]本专利技术进一步的改进在于，释能过程中，根据水
‑
氮气共存罐内实时水头变化及用户功率需求计算水轮机单位出力，查取水轮机最优开度曲线及最优单位转速曲线获得水轮机的最优导叶角度及最优单位转速，根据最优单位转速计算获得水轮机最优转速，随后调整水轮机的导叶角度及水轮机转速至最佳状态；
[0028]其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽水压缩氮气储能系统，其特征在于，包括水源、水
‑
氮气共存罐、高压氮气储存罐、第一水轮机、第二水轮机、压缩机、增压泵、第一电机组、第二电机组和第一管路；水源与增压泵进口相连，增压泵出口连接至水
‑
氮气共存罐液相进口，水
‑
氮气共存罐第一液相出口连接至第一水轮机进口，第一水轮机轴端与第一电机组相连，第一水轮机出口连接至第二水轮机第一进口，水
‑
氮气共存罐第二液相出口连接至第二水轮机第二进口，第二水轮机轴端连接第二电机组，第二水轮机出口连接至水源；第一管路通过第一加压阀连接至压缩机进口，压缩机轴端连接驱动电机，压缩机出口通过第二加压阀连接至高压氮气储存罐增压进口，高压氮气储存罐内布置有压力传感器，高压氮气储存罐出口连接至水
‑
氮气共存罐气相进口。2.根据权利要求1所述的一种抽水压缩氮气储能系统，其特征在于，水源通过第一调节阀与增压泵进口相连，增压泵出口经过第二调节阀连接至水
‑
氮气共存罐液相进口；水
‑
氮气共存罐第一液相出口通过第三调节阀连接至第一水轮机进口；第一水轮机出口通过第四调节阀连接至第二水轮机第一进口；水
‑
氮气共存罐第二液相出口通过第五调节阀连接至第二水轮机第二进口；高压氮气储存罐出口通过第六调节阀连接至水
‑
氮气共存罐气相进口。3.根据权利要求2所述的一种抽水压缩氮气储能系统，其特征在于，水
‑
氮气共存罐内布置有浮动式密封活塞。4.根据权利要求2所述的一种抽水压缩氮气储能系统，其特征在于，高压氮气储存罐为双层结构，由高压氮气储存罐混凝土外壁和高压氮气储存罐钢材内壁组成，在高压氮气储存罐钢材内壁上布置有压力传感器。5.根据权利要求2所述的一种抽水压缩氮气储能系统，其特征在于，第一水轮机或第二水轮机的可变导叶布置于导叶底环上，可变导叶轴端固定有导叶转臂，导叶转臂的另一端于接力器连接，接力器由液压控制系统驱动，工作中通过推拉导叶转臂带动可变导叶转动。6.权利要求2至5中任一项所述的一种抽水压缩氮气储能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：初始状态下，所有调节阀为关闭状态；辅助加压过程：在系统工作前，打开第一加压阀、第二加压阀及第六调节阀，驱动电机驱动压缩机工作，预先压缩氮气进入高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐，通过压力传感器检测高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐内压力，当压力满足设定值时，关闭第一加压阀及第二加压阀，高压氮气储存罐及水
‑
氮气共存罐维持连通状态，辅助加压过程结束；储能过程：当外部电网处于用电低谷时，打开第一调节阀、第二调节阀及增压泵，存储于水源中的常温常压的水经过增压泵抽至...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永慧，李金星，王雨琦，朱发挥，张荻，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：