本发明专利技术公开了一种利用重力蓄能的流沙储能系统及运行方法，系统包括沙流化系统、流化沙提升系统、重力势能储能系统、重力势能发电系统和流沙输运和储存系统。系统以流态化沙子作为储能工质，通过空气与流沙重复混合减小沙流动阻力，进而利用压缩空气送风将流态化沙提升至高处以储存其重力势能。在发电过程中同样采用压缩空气将储存的沙进行流态化，减小沙向下流动过程的阻力损失和拱桥效应，流沙在下落过程中实现势能向动能转换，进一步推动沙轮机做功，将动能转换为电能。通过上述方式，本发明专利技术能够解决风能和太阳能等新能源的间歇性、低密度性和不稳定性造成的发电难以持续供应的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种利用重力蓄能的流沙储能系统及运行方法
[0001]本专利技术涉及新能源发电和重力储能领域，特别是涉及一种利用重力蓄能的流沙储能系统及运行方法。
技术介绍
[0002]随着能源结构转变和节能减排技术要求进一步提高，风能发电、光热发电等清洁的新能源发电比例在不断升高，但是由于太阳能、风能等新能源发电系统具有强烈的时变特性和间歇特性，无法满足电能的连续稳定供应，各地都存在着不同程度的弃风、弃光现象，且由于风电、光电的上网，导致燃煤机组长期运行在低负荷状态，因此将太阳能和风能所发的非连续性电能进行储存并在需要时转化为连续稳定的电能就非常必要，发展高效的储能技术成为解决新能源消纳问题、促进国家能源结构转型的核心和关键。
[0003]目前国内外已经开发出多种储能技术，如抽水蓄能、混凝土势能储能、熔盐/热水储热、飞轮、压缩机空气、电池电化学储能、超级电容器、电解制氢储能以及由上述若干种储能方式联合构成的混合储能技术等，在现有的大规模储能技术中，抽水蓄能发电技术最成熟、储能功率大、储能时间长、储能成本低、储能效率高，但是在我国太阳能和风能资源丰富的西北地区，水资源短缺，建设抽水蓄能电站受到了很大制约。而其他储能技术都存在成本高、规模小、技术成熟度低等问题，难以在西北地区进行大规模开发应用，因此开发新的适合西北缺水地区的储能技术对该地区的新能源消纳和存储具有重要的意义。
[0004]西北地区水资源短缺，不具备大规模抽水蓄能条件，但这些太阳能、风能资源等新能源资源丰富的地区都存在广阔的沙漠，且沙子本身具有易流态化、热稳定性温度高、取材容易、数量宏大、价格低廉、无需加工等特征，是储能和储热的理想介质，因此可以开发一种利用流沙进行储能的系统，当风、光等新能源发电富裕时，把多余的电能通过输沙装置将沙子提到高的位置储存起来，当电站发电较少或者停止发电时，沙子从高处流下推动沙轮机进行发电，形成一种利用沙子势能储能和发电的系统，从而为西北地区新能源消纳和储存提出一种新思路。且相较于其他储能方式，提沙储能和流沙储热具有储能成本低、效率高、可实现大规模储能和发电等优势，因此能够为西北地区的新能源消纳和存储提供技术支持。
[0005]因此，研究并优化新能源及储能系统的耦合，以沙子作为储能工质，在充分利用沙子的重力进行储能，能够解决风能和太阳能等新能源的间歇性、低密度性和不稳定性造成的发电难以持续供应的问题和西北地区等风能和太阳能丰富地区传统储能方式难以实现的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种利用重力蓄能的流沙储能系统及运行方法，能够解决风能和太阳能等新能源的间歇性、低密度性和不稳定性造成的发电难以持续供应的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种利用重力蓄能的流沙储能系统，包括沙漠沙流化系统1、流沙提升系统2、重力势能储能系统3、高位沙流化系统4、重力势能发电系统5和流沙输运和储存系统6；其中流沙提升系统2、重力势能储能系统3、重力势能发电系统5和流沙输运和储存系统6组成沙子的循环通道，流沙提升系统2和重力势能发电系统5竖直布置，重力势能储能系统3和流沙输运和储存系统6水平布置，重力势能储能系统3布置于高位，流沙输运和储存系统6布置于低位；沙漠沙流化系统1布置于流沙提升系统2进口处，高位沙流化系统4布置于重力势能发电系统5进口处；沙漠沙流化系统1包括相连接的第二风机16、第二电动机17和第二沙流化装置19；流沙提升系统2包括相连接的空气压缩机15、提沙喷嘴18和提沙管道20；高位沙流化系统4包括相连接的第一风机7、第一电动机8和第一沙流化装置9；重力势能发电系统5包流相连接的下降通道、沙闸门10、发电机11和沙轮机12，设置在下降通道入口处的沙闸门10；流沙输运和储存系统6包括输沙带13和临时储沙区14；
[0009]所述利用重力蓄能的流沙储能系统，在太阳能、风能等新能源发电富裕时，将太阳能发电和风能发电进行消纳和储存，新能源产生的电能一方面用于沙漠沙流化系统1中驱动电动机17旋转带动风机16对沙漠沙进行流化，另一方面带动空气压缩机15工作，将电能转换为空气压缩能，进而压缩空气将流态化沙输运至重力势能储能系统3的高位储存平台，从而实现电能向流沙势能的转换和储存；当新能源发电不足时，系统向外释能，流沙通过重力势能发电系统5将沙子输送至沙轮机12使沙轮机12旋转带动发电机11发电，将发的电输送至电网，并将发电结束的沙子由流沙输运和储存系统6中的输沙传送带13传送至临时储沙区14。
[0010]该系统整体构建于地下深坑中，其中重力势能储能系统3构建于坑口，用于在高位存储重力势能和集热存储热能。
[0011]沙漠沙流化系统1中第二电动机17与第二风机16同轴相连，第二风机16出口连接第二沙流化装置19，第二沙流化装置19布置于流化沙提升系统2中提沙管道20的进口处；沙漠沙流化系统1通过第二沙流化装置19将来自第二风机16的空气与来自临时储沙区14的沙漠沙充分混合形成流态化沙，从而克服沙粒之间的粘滞阻力和摩擦阻力减小沙输运阻力。
[0012]流沙提升系统2中提沙喷嘴18布置于提沙管道20和沙流化装置19之间；
[0013]流沙提升系统2将流态化沙通过多孔压缩空气的提沙喷嘴18输运至重力势能储能系统3的高位沙储存平台存储势能。
[0014]高位沙流化系统4中第一电动机8与第一风机7同轴相连，第一风机7出口连接第一沙流化装置9，第一沙流化装置9布置于重力势能发电系统5下降通道入口处；高位沙流化系统4布置于重力势能发电系统5的下降通道入口处，沙从高位下降时仍采用流态化方法实现沙高效输运，避免出现粮仓效应影响发电的连续性。
[0015]重力势能发电系统5中流沙闸门10布置于重力势能发电系统下降通道入口处，沙轮机12布置于重力势能发电系统下降通道出口处，沙轮机12与发电机11同轴相连；重力势能发电系统5中的沙轮机12由来自重力势能储能系统3的流沙带动旋转，驱动发电机11发电，并输送至电网。
[0016]流沙输运和储存系统6中输沙带13始端布置于沙轮机12下部，尾端与临时储沙区14相连；流沙输运和储存系统6通过输沙带13将释放完重力势能发电的流沙输送至临时储沙区14储存。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1通过将新能源发电与重力储能相结合，可以将所有新能源系统发电量全部输送至电网，避免了任何新能源发电系统弃电现象的出现；
[0019]2建立沙子重力储能相结合的储能系统，可以显著降低储能系统整体成本、提高系统运行安全性；
[0020]3建立沙子重力储能相结合的储能系统，大规模应用后可利用该系统实现电网调频响应，显著提高电网的运行质量。
附图说明
[0021]图1是本专利技术利用重力蓄能的流沙储能系统的示意图；
[0022]附图中各部件的标记如下：1、沙漠沙流化系统；2、流沙提升系统；3、重力势能储能系统；4、高位沙流化系统；5、重力势能发电系统；6、流沙输运和储本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，包括沙漠沙流化系统(1)、流沙提升系统(2)、重力势能储能系统(3)、高位沙流化系统(4)、重力势能发电系统(5)和流沙输运和储存系统(6)；其中流沙提升系统(2)、重力势能储能系统(3)、重力势能发电系统(5)和流沙输运和储存系统(6)组成沙子的循环通道，流沙提升系统(2)和重力势能发电系统(5)竖直布置，重力势能储能系统(3)和流沙输运和储存系统(6)水平布置，重力势能储能系统(3)布置于高位，流沙输运和储存系统(6)布置于低位；沙漠沙流化系统(1)布置于流沙提升系统(2)进口处，高位沙流化系统(4)布置于重力势能发电系统(5)进口处；沙漠沙流化系统(1)包括相连接的第二风机(16)、第二电动机(17)和第二沙流化装置(19)；流沙提升系统(2)包括相连接的空气压缩机(15)、提沙喷嘴(18)和提沙管道(20)；高位沙流化系统(4)包括相连接的第一风机(7)、第一电动机(8)和第一沙流化装置(9)；重力势能发电系统(5)包流相连接的下降通道、沙闸门(10)、发电机(11)和沙轮机(12)，设置在下降通道入口处的沙闸门(10)；流沙输运和储存系统(6)包括输沙带(13)和临时储沙区(14)；所述利用重力蓄能的流沙储能系统，在太阳能、风能等新能源发电富裕时，将太阳能发电和风能发电进行消纳和储存，新能源产生的电能一方面用于沙漠沙流化系统(1)中驱动电动机(17)旋转带动风机(16)对沙漠沙进行流化，另一方面带动空气压缩机(15)工作，将电能转换为空气压缩能，进而压缩空气将流态化沙输运至重力势能储能系统(3)的高位储存平台，从而实现电能向流沙势能的转换和储存；当新能源发电不足时，系统向外释能，流沙通过重力势能发电系统(5)将沙子输送至沙轮机(12)使沙轮机(12)旋转带动发电机(11)发电，将发的电输送至电网，并将发电结束的沙子由流沙输运和储存系统(6)中的输沙传送带(13)传送至临时储沙区(14)。2.根据权利要求1所述的一种利用重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，该系统整体构建于地下深坑中，其中重力势能储能系统(3)构建于坑口，用于在高位存储重力势能和集热存储热能。3.根据权利要求1所述的一种利用重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，沙漠沙流化系统(1)中第二电动机(17)与第二风机(16)同轴相连，第二风机(16)出口连接第二沙流化装置(19)，第二沙流化装置(19)布置于流化沙提升系统(2)中提沙管道(20)的进口处；沙漠沙流化系统(1)通过第二沙流化装置(...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵全斌，王星云，种道彤，赵凯，陈伟雄，严俊杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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