一种海上压缩空气储能系统及电力系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种海上压缩空气储能系统及电力系统，涉及压缩空气储能技术领域。海上压缩空气储能系统包括空气压缩系统、海上联合储气装置和空气膨胀系统；空气压缩系统的输出端和海上联合储气装置的输入端连接，海上联合储气装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接；海上联合储气装置包括塔筒和水下储气装置，塔筒包括第一储气空腔；水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，水下储气装置包括第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通。本实用新型专利技术能够解决现有的压缩空气储能技术受地下洞穴的地理条件限制、地面储气装置建设成本高的问题，具有不受地理条件限制、缩减储气装置建设成本、扩充储气空间、直接就近耦合源侧海上风电的效果。合源侧海上风电的效果。合源侧海上风电的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种海上压缩空气储能系统及电力系统


[0001]本技术涉及压缩空气储能
，具体涉及一种海上压缩空气储能系统及电力系统。

技术介绍

[0002]压缩空气储能技术是解决风能、太阳能等可再生能源发电间歇、不稳定性的重要技术手段。由于海上风况多变，包括稳定风况、阵风风况以及渐变风况等，而海上风力发电机组发电量受风况影响，导致风电存在间歇性、波动性和不可控性，风电并网波动会对电网造成冲击。因此，现有技术中，采用压缩空气储能装置来调节电网不稳定性和削峰填谷。具体为，利用地下洞穴空间形成的天然密封储存介质或于其内壁上敷设柔性气密高分子薄膜以存储高压空气，或直接利用地面储气装置来存储高压空气。当电网供大于求时，利用压缩空气子系统将电能转化为机械能，再转化为压力势能和热能分别存储于储气装置和储热装置中，当电网供小于求时，利用空气膨胀子系统将储气装置和储热装置的压力势能和热能转化为机械能对外输出。
[0003]然而，既有方案中，地下洞穴包括盐穴、地下含水层、硬岩层洞穴、天然盐岩洞、废弃天然气或石油储气室，地面储气包括金属储罐/管道、热塑性管，而这些储气装置受地理条件限制或成本昂贵，另一方面，需要敷设较长的气体输送管路，建设成本高，而且目前应用的压缩空气储能项目均是调节电网侧的不稳定电源，压缩空气储能系统和风光等源侧电源并网均需敷设较长的输配电线路，成本高昂。

技术实现思路

[0004]本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中地下洞穴受地理条件限制，地面储气装置建设成本高，输气管路和输电线路成本高昂的缺陷，从而提供一种不占用沿海昂贵陆地空间，直接利用海上风机塔筒和水下储气装置作为联合储气装置的海上压缩空气储能系统及电力系统，其中，风机塔筒包括固定式风机塔筒和漂浮式风机塔筒。
[0005]为了解决上述问题，本技术一方面提供了一种海上压缩空气储能系统，包括空气压缩系统、海上联合储气装置和空气膨胀系统；空气压缩系统的输出端和海上联合储气装置的输入端连接，海上联合储气装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接；其中，海上联合储气装置包括塔筒和水下储气装置，塔筒包括第一储气空腔；水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，水下储气装置包括第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通。
[0006]可选的，塔筒包括沿轴向分体设置的多个塔筒节；第一储气空腔设于一个或多个塔筒节内。
[0007]可选的，塔筒包括沿径向套设的外筒体和内筒体；外筒体和内筒体之间的环形间隙构成第一储气空腔。
[0008]可选的，水下储气装置包括固定设于海底的储罐，储罐的内腔构成第二储气空腔，
储罐设于塔筒的下方，塔筒的底部与储罐贯穿连通，或，第一储气空腔通过管路和第二储气空腔连通。
[0009]可选的，塔筒节内设有一个储气单元；或，塔筒节内设有多个储气单元，多个储气单元围绕塔筒节的内周间隔设置，多个储气单元之间通过管路连通。
[0010]可选的，储罐采用混凝土或防腐钢制成，储罐与塔筒的底部一体化设置。
[0011]可选的，塔筒设有多个，储罐设有多个，多个储罐一一对应地设于塔筒的底部，多个第一储气空腔和多个第二储气空腔一一对应地连通。
[0012]可选的，塔筒设有多个，储罐设有一个，多个塔筒的第一储气空腔通过管路和储罐的第二储气空腔连通。
[0013]可选的，水下储气装置包括悬浮于水中的气囊，气囊的内腔构成第二储气空腔，塔筒设有接口，气囊的气嘴和塔筒的接口之间通过管路连接，以将第一储气空腔和第二储气空腔连通。
[0014]可选的，气囊设有多个，多个气囊围绕塔筒外周间隔分布，多个气囊的第二储气空腔通过管路和塔筒的第一储气空腔连通。
[0015]可选的，气囊设有多个，塔筒设有多个，多个塔筒的第一储气空腔和多个气囊的第二储气空腔连通。
[0016]可选的，气囊设有一个，塔筒设有多个，多个塔筒的第一储气空腔通过管路和气囊的第二储气空腔连通。
[0017]可选的，空气压缩系统包括依次串联的多级压缩机，相邻的压缩机之间连接有冷却器；空气膨胀系统包括依次串联的多级气体膨胀机，相邻的气体膨胀机之间连接有再热器；压缩机和海上联合储气装置之间连接有蓄冷换热器，海上联合储气装置的输入端和蓄冷换热器的输出端连接，海上联合储气装置的输出端和蓄冷换热器的输入端连接。
[0018]可选的，空气压缩系统和海上联合储气装置之间设有降压装置；空气压缩系统的输出端和降压装置的输入端连接，降压装置的输出端和海上联合储气装置的输入端连接；海上联合储气装置和空气膨胀系统之间设有加压装置，加压装置的输入端和海上联合储气装置的输出端连接，加压装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接。
[0019]本技术另一方面提供了一种电力系统，包括电网、海上风力发电机组以及以上技术方案中任一项的海上压缩空气储能系统，空气压缩系统和电网电连接，或空气压缩系统和海上风力发电机组电连接，空气膨胀系统和电网电连接。
[0020]本技术具有以下优点：
[0021]1.利用本技术的海上压缩空气储能系统，储能时，通过空气压缩系统将空气压缩并存储于海上联合储气装置中，释能时，释放海上联合储气装置中的压缩空气，输出至空气膨胀系统，通过膨胀做功发电；
[0022]通过设置海上联合储气装置，其中，塔筒设置第一储气空腔，能够利用塔筒自身的空间作为一部分的储能空间，且设置水下储气装置，水下储气装置设置第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通，实现水下储气装置和塔筒联合储气，能够扩大海上压缩空气的储能空间，相比于建设地下空间，无需占用沿海昂贵的陆地空间，且缩短了输送管路的长度，缩减了建设成本，且塔筒和水下储气装置联合，扩充了海上压缩空气储能空间；
[0023]可根据选址风场、深海条件等实际储能需求，灵活分配第一储气空腔和第二储气
空腔的储能容量；
[0024]由于水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，利用水的静压维持海上压缩空气储能系统定压运行，避免因压力变化而使空气压缩系统和空气膨胀系统偏离设计工况低效率运行，提高系统能量转化效率。
[0025]2.塔筒沿轴向设置一个或多个塔筒节，第一储气空腔设于一个或多个塔筒节内，或者塔筒设置外筒体和内筒体，两者之间的环形间隙构成第一储气空腔，能够根据塔筒的实际情况，灵活选择第一储气空腔的设置方式，由于塔筒本身是类管线钢储罐结构，可通过对塔筒内部空间结构进行优化和利用，代替现有的地下储气空间，减少了地下或地面储气空间的建设成本。
[0026]3.空气压缩系统设置多级压缩机串联，且每级压缩机后连接冷却器，在储能时，能够对空气进行多级压缩和冷却，将压力势能和温度热能分别存储于海上联合储气装置和集热装置中；空气膨胀系统设置多级气体膨胀机串联，且每级气体膨胀机后连接再热器，在释能时，海上联合储气装置中的高压空气经集热装置增温，变为高压高温空气，再注入气体膨胀机内膨胀做功。空气压缩系统和空气膨胀系统能够将空气压缩至超临界状态，可显著提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上压缩空气储能系统，其特征在于，包括空气压缩系统(1)、海上联合储气装置(2)和空气膨胀系统(3)；所述空气压缩系统(1)的输出端和所述海上联合储气装置(2)的输入端连接，所述海上联合储气装置(2)的输出端和所述空气膨胀系统(3)的输入端连接；其中，所述海上联合储气装置(2)包括：塔筒(21)，包括第一储气空腔(214)；水下储气装置(22)，所述水下储气装置(22)固定设于水下或悬浮于水中，所述水下储气装置(22)包括第二储气空腔(223)，所述第一储气空腔(214)和所述第二储气空腔(223)连通。2.根据权利要求1所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒(21)包括沿轴向分体设置的多个塔筒节(211)；所述第一储气空腔(214)设于一个或多个所述塔筒节(211)内；或，所述塔筒(21)包括沿径向套设的外筒体(212)和内筒体(213)；所述外筒体(212)和所述内筒体(213)之间的环形间隙构成所述第一储气空腔(214)。3.根据权利要求2所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒节(211)内设有一个储气单元；或，所述塔筒节(211)内设有多个储气单元，多个所述储气单元围绕所述塔筒节(211)的内周间隔设置，多个所述储气单元之间通过管路连通。4.根据权利要求2或3所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述水下储气装置(22)包括固定设于海底的储罐(221)，所述储罐(221)的内腔构成所述第二储气空腔(223)，所述储罐(221)设于所述塔筒(21)的下方，所述塔筒(21)的底部与所述储罐(221)贯穿连通，或，所述第一储气空腔(214)通过管路和所述第二储气空腔(223)连通。5.根据权利要求4所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述储罐(221)采用混凝土或防腐钢制成，所述储罐(221)与所述塔筒(21)的底部一体化设置。6.根据权利要求4所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒(21)设有多个，所述储罐(221)设有多个，多个所述储罐(221)一一对应地设于所述塔筒(21)的底部，多个所述第一储气空腔(214)和多个所述第二储气空腔(223)一一对应地连通；或，所述塔筒(21)设有多个，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志华，谢宁宁，蔺新星，丁若晨，钟舸宇，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：新型
国别省市：