一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及储能系统技术领域，提供了一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统，包括：浮力储能系统，包括风力机与气囊，风力机与气囊相连；压缩空气储能系统，与风力机以及气囊均相连；其中，储能时，风力机驱动气囊向水下运动，以将风能转化为浮力能；和/或风力机驱动压缩空气储能系统压缩空气并存储在气囊中，以将风能转化为压缩空气压力能；释能时，气囊向上浮起，驱动压缩空气储能系统的电机将浮力能转化为电能；和/或气囊中的压缩空气释放，驱动压缩空气储能系统将压缩空气能转化为电能。该系统，相较于现有系统可以吸收波动的可再生能源并在需要时向外输出较大变化范围内的功率，并保持高效运行，使得系统可以更好的适应用海上风电环境。风电环境。风电环境。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统及方法


[0001]本专利技术涉及储能系统
，具体涉及一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统及方法。

技术介绍

[0002]目前的带有水下压缩空气储能的海上风力发电系统，包括海上风力发电机组，空气压缩及膨胀发电单元以及海底高压空气储能装置，当海上风力发电机组发电超过电网需求时，利用富余的电能驱动空气压缩及膨胀发电单元的空气压缩机，向海底高压空气储能装置充入高压空气；当电网负荷增大而海上风力发电机组负荷不能满足电网需求时，释放海底高压空气储能装置内的高压空气，经空气压缩及膨胀发电单元的膨胀机做功带动发电机发电，以提高向电网提供的电力负荷。
[0003]但是，风电具有波动性和间歇性的特征，现有系统的变工况范围窄，且在整个工况内平均效率不高，难以高效吸收波动的可再生能源并在需要时向外输出较大变化范围内的功率，使得系统无法较好的适应用海上风电环境。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有技术中带有水下压缩空气储能的海上风力发电系统，变工况范围窄，平均效率不高，难以吸收波动的可再生能源并在需要时向外输出较大变化范围内的功率，使得系统无法较好的适应用海上风电环境，从而提供一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统，包括：浮力储能系统，包括风力机与气囊，所述风力机与所述气囊相连，所述风力机适于设置在水面以上，所述气囊适于设置在水面以下；压缩空气储能系统，与所述风力机以及所述气囊均相连；其中，储能时，所述风力机驱动所述气囊向水下运动，以将风能转化为浮力能；和/或所述风力机驱动所述压缩空气储能系统压缩空气并存储在所述气囊中，以将风能转化为压缩空气能；释能时，所述气囊向上浮起，驱动所述压缩空气储能系统电机将浮力能转化为电能；和/或所述气囊中的压缩空气释放，驱动所述压缩空气储能系统将压缩空气能转化为电能。
[0007]进一步地，该压缩空气储能与浮力储能耦合系统还包括第一绳索、第二绳索以及绳索连接控制器；所述第一绳索的一端与所述气囊相连，另一端绕过所述绳索连接控制器并与所述风力机相连；所述第二绳索的一端与所述气囊相连，另一端绕过所述绳索连接控制器并与所述压缩空气储能系统相连；储能时，所述绳索连接控制器所述第一绳索与所述气囊相连，所述第二绳索与所述气囊断开；释能时，所述绳索连接控制器所述第二绳索与所述气囊相连，所述第一绳索与所述气囊断开。
[0008]进一步地，该压缩空气储能与浮力储能耦合系统还包括滑轮，适于设置在水底，所述第一绳索与所述第二绳索靠近所述气囊的一端均饶经所述滑轮后与所述气囊相连。
[0009]进一步地，所述压缩空气储能系统包括相连的压缩机、膨胀机、电动机以及发电机；所述风力机与所述压缩机相连，所述压缩机的出气口与所述气囊的进气口通过管路相连，储能时，所述风力机驱动所述压缩机压缩空气，并将压缩空气能存储在所述气囊中；所述第二绳索的一端与所述发电机相连，释能时，所述气囊驱动所述发电机将浮力能转化为电能；所述气囊的出气口通过管路与所述膨胀机相连，释能时，压缩空气进入所述膨胀机中膨胀做功，所述膨胀机驱动所述发电机发电。
[0010]进一步地，该压缩空气储能与浮力储能耦合系统还包括蓄热器,所述蓄热器的第一进口与所述压缩机的出气口相连，所述蓄热器的第一出口与所述气囊的进气口相连，压缩空气流经所述蓄热器时所蕴含的热能存储在所述蓄热器中；所述蓄热器的第二进口与所述气囊的出气口相连，所述蓄热器的第二出口与所述膨胀机的进气口相连，压缩空气流经所述蓄热器时吸收所述蓄热器中存储热能。
[0011]进一步地，所述气囊的进气口与所述气囊的出气口为同一个口，所述气囊的进气口、所述蓄热器的第二进口以及所述蓄热器的第一出口通过三通阀及管路相连。
[0012]进一步地，所述气囊的出气口与所述膨胀机之间的管路、以及所述压缩机的出气口与所述气囊的进气口之间的管路均为柔性软管。
[0013]进一步地，所述发电机与所述风力机均与外部的电网相连。
[0014]一种压缩空气储能与浮力储能耦合的方法，包括上述所述的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，还包括如下步骤：输入功率为第一级时，风力驱动风力机转动，带动气囊向水下运动，将风能转化为浮力能；输入功率为第二级时，风力驱动风力机转动，带动压缩空气储能系统压缩空气并存储在气囊中，将风能转化为压缩空气能；输入功率为第三级时，风力驱动风力机转动，带动气囊向水下运动，将风能转化为浮力能，同时，风力驱动风力机转动，带动压缩空气储能系统压缩空气并存储在气囊中，将风能转化为压缩空气能；输出功率为第一级时，气囊向上浮起，驱动压缩空气储能系统将浮力能转化为电能；输入功率为第二级时，气囊中的压缩空气释放，驱动压缩空气储能系统将压缩空气能转化为电能；输入功率为第三级时，气囊向上浮起，驱动压缩空气储能系统将浮力能转化为电能，同时，气囊中的压缩空气释放，驱动压缩空气储能系统将压缩空气能转化为电能；其中，输入功率的第一级、第二级以及第三级依次增大，输出功率的第一级、第二级以及第三级依次增大。
[0015]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0016]本专利技术提供的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，将压缩空气储能系统与浮力储能系统相结合，其中压缩空气储能系统用于平移大功率电能，而浮力储能系统用于平移小功率电能，进而两者结合使系统工况更宽、效率更高，且气囊既可以作为压缩空气储能系统的储气容器，也可以作为浮力储能系统的浮力体，提高了设备的利用率，减少占地面积。相较于现有系统可以吸收波动的可再生能源并在需要时向外输出较大变化范围内的功率，使得系统可以更好的适应用海上风电环境。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例中的压缩空气储能与浮力储能耦合系统的整体结构示意图。
[0019]1、风力机；
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2、气囊；
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3、膨胀机；
[0020]4、电动发电机；
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5、压缩机；
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6、蓄热器；
[0021]7、第一绳索；
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8、第二绳索；
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9、三通阀；
[0022]10、滑轮；
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11、电网；
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12、绳索连接控制器。
具体实施方式
[0023]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能与浮力储能耦合系统，其特征在于，包括：浮力储能系统，包括风力机与气囊，所述风力机与所述气囊相连，所述风力机适于设置在水面以上，所述气囊适于设置在水面以下；压缩空气储能系统，与所述风力机以及所述气囊均相连；其中，储能时，所述风力机驱动所述气囊向水下运动，以将风能转化为浮力能；和/或所述风力机驱动所述压缩空气储能系统压缩空气并存储在所述气囊中，以将风能转化为压缩空气能；释能时，所述气囊向上浮起，驱动所述压缩空气储能系统的电机将浮力能转化为电能；和/或所述气囊中的压缩空气释放，驱动所述压缩空气储能系统将压缩空气能转化为电能。2.根据权利要求1所述的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，其特征在于，还包括第一绳索、第二绳索以及绳索连接控制器；所述第一绳索的一端与所述气囊相连，另一端绕过所述绳索连接控制器并与所述风力机相连；所述第二绳索的一端与所述气囊相连，另一端绕过所述绳索连接控制器并与所述压缩空气储能系统相连；储能时，所述绳索连接控制器所述第一绳索与所述气囊相连，所述第二绳索与所述气囊断开；释能时，所述绳索连接控制器所述第二绳索与所述气囊相连，所述第一绳索与所述气囊断开。3.根据权利要求2所述的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，其特征在于，还包括滑轮，适于设置在水底，所述第一绳索与所述第二绳索靠近所述气囊的一端均饶经所述滑轮后与所述气囊相连。4.根据权利要求2所述的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，其特征在于，所述压缩空气储能系统包括相连的压缩机、膨胀机、电动机以及发电机；所述风力机与所述压缩机相连，所述压缩机的出气口与所述气囊的进气口通过管路相连，储能时，所述风力机驱动所述压缩机压缩空气，并将压缩空气能存储在所述气囊中；所述第二绳索的一端与所述发电机相连，释能时，所述气囊驱动所述发电机将浮力能转化为电能；所述气囊的出气口通过管路与所述膨胀机相连，释能时，压缩空气进入所述膨胀机中膨胀做功，所述膨胀机驱动所述发电机发电。5.根据权利要求4所述的压缩空气储能与浮力储能耦合系统，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭欢，徐玉杰，梁奇，张华良，陈海生，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：