一种智能抽水和重力发电的混合储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能抽水和重力发电的混合储能系统，包含智能抽水储能系统和重力发电储能系统两部分，两部分储能系统由控制系统进行控制协同工作；所述的智能抽水储能系统，包含有相互独立且两者之间又互相临近的第一水库及第二水库；所述的第一水库的水位高于所述的第二水库，第二水库的底部低于第一水库的水位以保证有足够的发电落差；所述的第一水库与所述第二水库之间有输水管道相连；第一水泵；第一发电机位于第二水库的输水管道末端实现在用电高峰期的水力发电；所述的重力发电储能系统包含有多个重力块及控制重力块上下运动的起重设备、轨道系统、第二发电机；所述的控制系统对智能抽水储能系统和重力发电储能系统进行控制，实现两部分系统的储能及发电。实现两部分系统的储能及发电。实现两部分系统的储能及发电。

【技术实现步骤摘要】
一种智能抽水和重力发电的混合储能系统及方法


[0001]本专利技术属于电力系统中的物理储能领域，涉及一种基于自然环境的智能抽水和重力发电的混合储能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着新型电力系统建设的持续推进，电力系统呈现出高比例可再生能源、高比例电力电子设备的特征，然而风能和太阳能等可再生能源发电技术存在具有不稳定性、随机性、间歇性的缺点，极易产生供需错配问题。具体来说，风电、光电站分别在凌晨、中午发电最大，而用电高峰在早晨10点和晚上8点，而这些发电站的发电高峰时段分布与用电负荷高峰时段存在较大的错位矛盾。发电高峰与用电高峰不对应，导致发电高峰期用不掉的多余电能被白白浪费掉，而用电高峰期恰恰又不是发电高峰期，又会出现电网负荷大供应不足的问题。此外，季节、天气等因素也将加大系能源发电的不稳定性。随着波动性和间歇性可再生能源在电源结构中占的比持续增长，供应侧也将出现随机波动的特性，电网频率控制愈发重要，调峰调频需求日益迫切，解决这一问题的有效方法是采用电力储能系统，将发电高峰期大量富裕的低价电力储存起来，利用电力储能系统平滑电力系统发电的输出和削峰填谷，均衡电网的负荷。
[0003]电力储能包括机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能、化学储能等多种方式。电化学储能最常见的就是使用大量的蓄电池进行充放电，机械储能则有较为常见的抽水储能、重力储能及压缩空气储能等。当然，抽水储能也是重力储能的一种，利用发电高峰期电网上富裕的低价电能将水抽到更高位置的水库（例如山顶水库），用电高峰时再将水库的水引下来至发电机组进行水力发电，利用的是水的势能。重力储能常见的一种是利用起重系统在发电高峰期将巨大的配重块吊到百米甚至更高的位置，在用电高峰期时再将配重放下，利用配重块的下降过程的势能转换，通过减速齿轮箱控制下降速度，连接发电机发电，实现富余电能的转化存储及转化释放。现有的储能电站存在较多缺陷；一是现有的储能电站大多采用单一的方式储能，储能的效率不高，二是现有的储能电站建设在基础设施、储能和发电设施的投入巨大，储能的效益不够理想，投资回报周期过长；三是有的储能电站需要占用大量的土地资源，对环境的影响很大。
[0004]因此，需要一种新型的大容量、高效率、低成本的电力储能系统，克服上述储能技术的不足，有效保障电力系统的稳定和平衡，平滑电力系统发电的输出和削峰填谷，减少电力资源的浪费，降低电力能源的生产成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种智能抽水和重力发电的混合储能系统，将抽水储能和重力储能两者结合起来，可独立可协同，系统运行更加节能高效。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种智能抽水和重力发电的混合储能系统，包含：所述的混合储能系统包含智能抽水储能系统和重力发电储能系统两部分，两部分储能系统
由控制系统进行控制协同工作；其中：所述的智能抽水储能系统，包含有相互独立且两者之间又互相临近的第一水库及第二水库；所述的第一水库的水位高于所述的第二水库，第二水库的底部低于第一水库的水位以保证有足够的发电落差；所述的第一水库与所述第二水库之间有输水管道相连；第一水泵，所述第一水泵在用电波谷期将第二水库的水输出至第一水库，以清理出所述第二水库的库容；第一发电机，所述第一发电机位于第二水库的输水管道末端，利用第一水库与第二水库之间的水位落差实现在用电高峰期的水力发电；所述的重力发电储能系统，位于所述第二水库的区域内，包含有多个重力块及控制重力块上下运动的轨道系统，以及第二发电机；所述重力块在用电高峰期，此时所述第二水库的水位处于低水位，所述的重力块在重力作用下沿轨道系统缓慢下降，释放重力势能；且所述重力块通过钢缆连接减速系统及发电机，利用所述重力块下降的重力势能推动发电机进行发电；所述的控制系统对智能抽水储能系统和重力发电储能系统进行控制，实现两部分系统的储能及发电；所述的用电高峰期及用电波谷期是指外部社会公共电网的负荷状态；用电高峰期为所述储能系统的发电阶段，用电波谷期为所述储能系统的储能阶段。
[0007]进一步的改进是，所述的第一水库为自然河道、河流、湖泊或其他自然的其库容量可视为无限的水资源，水位落差变化对所述的混合储能系统的影响可忽略不计。
[0008]进一步的改进是，所述的第二水库为矿坑、湖泊或者是其他的具有一定库容量的储水地貌；所述第二水库作为智能抽水储能系统的储水设施。
[0009]进一步的改进是，所述的第一水库与所述第二水库之间的输水管道还设有第一电动闸阀，由所述控制系统控制其开关。
[0010]进一步的改进是，所述的第一发电机的叶轮安装于一可伸缩的垂直传动轴上，所述的垂直传动轴安装于可伸缩的伸缩管内；所述的伸缩管接于所述输水管道的末端，将输水管道的水流引至第一发电机的叶轮上，推动叶轮旋转实现发电；所述的可伸缩的垂直传动轴与伸缩管由升降装置同步控制伸缩，以保证所述叶轮与所述伸缩管之间的相对位置固定以及整体的升降，实现最高的水流利用率。
[0011]进一步的改进是，所述的伸缩管末端安装有测距装置，所述测距装置测量叶轮与所述第二水库的水面之间的相对距离，当第二水库的水位发生变化时，使叶轮始终保持位于最高效的水流利用率的位置。
[0012]进一步的改进是，所述的重力块为空心结构，其内部形成一具有一定容量的空腔，其内部空腔能进行充水及利用空气压力排水。
[0013]进一步的改进是，所述的重力块为混凝土或者金属形成的空心箱体，或者是实心箱体。
[0014]进一步的改进是，所述的重力块为空心箱体时，内部空腔与外界通过第二电动闸阀控制连通，实现空气或者水的进出；所述第二电动闸阀由所述控制系统控制。
[0015]进一步的改进是，所述的第二水库上方还包括有桁架系统，所述的桁架系统行具有起重设备；所述的起重设备下通过所述轨道系统连接所述重力块，实现所述重力块的上
升与下降；所述的桁架系统横跨于所述第二水库上方及其岸边；所述起重设备能悬吊所述重力块沿桁架系统移动，将所述重力块移动所述第二水库的上空及第二水库岸边的重力块存放区域，且在用电高峰期将所述重力块移动至第二水库的上方并释放，实现重力发电。
[0016]进一步的改进是，所述的重力发电储能系统还包含有空压机及管道，所述管道将空压机与所述的重力块的空腔连接；空压机能产生高压空气经管道将所述重力块的空腔内的水排出，实现所述重力块在水中的浮力改变。
[0017]本专利技术公开的利用上述混合储能系统进行储能的控制方法，包含：所述的混合储能系统包含智能抽水储能系统和重力发电储能系统两部分，且两部分储能系统通过控制系统进行联合控制；第一水库的水位及底部高于与其临近的第二水库；在用电高峰期时，即所述混合储能系统处于发电状态时；所述智能抽水储能系统，控制系统打开连接第一水库及第二水库之间的输水管道的电动闸阀，所述第一水库的水经输水管道进入伸缩管，推动第一发电机发电后流入所述第二水库，所述第一发电机在发电过程中所述第二水库的水位逐渐升高；所述第一发电机的叶轮通过可伸缩的垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的混合储能系统包含智能抽水储能系统和重力发电储能系统两部分，两部分储能系统由控制系统进行控制协同工作；其中：所述的智能抽水储能系统，包含有相互独立且两者之间又互相临近的第一水库及第二水库；所述的第一水库的水位高于所述的第二水库，第二水库的底部低于第一水库的水位以保证有足够的发电落差；所述的第一水库与所述第二水库之间有输水管道相连；第一水泵，所述第一水泵在用电波谷期将第二水库的水输出至第一水库，以清理出所述第二水库的库容；第一发电机，所述第一发电机位于第二水库的输水管道末端，利用第一水库与第二水库之间的水位落差实现在用电高峰期的水力发电；所述的重力发电储能系统，位于所述第二水库的区域内，包含有多个重力块及控制重力块上下运动的起重设备、轨道系统，以及第二发电机；所述重力块在用电高峰期，此时所述第二水库的水位处于低水位，所述的重力块在重力作用下沿轨道系统缓慢下降，释放重力势能；且所述重力块通过钢缆连接减速系统及发电机，利用所述重力块下降的重力势能推动发电机进行发电；所述的控制系统对智能抽水储能系统和重力发电储能系统进行控制，实现两部分系统的储能及发电；所述的用电高峰期及用电波谷期是指外部社会公共电网的负荷状态；用电高峰期为所述储能系统的发电阶段，用电波谷期为所述储能系统的储能阶段。2.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的第一水库为自然河道、河流、湖泊或其他自然的其库容量可视为无限的水资源，水位落差变化对所述的混合储能系统的影响可忽略不计。3.如权利要求2所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的第二水库为矿坑、湖泊或者是其他的具有一定库容量的储水地貌；所述第二水库作为智能抽水储能系统的储水设施。4.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的第一水库与所述第二水库之间的输水管道还设有第一电动闸阀，由所述控制系统控制其开关。5.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的第一发电机的叶轮安装于一可伸缩的垂直传动轴上，所述的垂直传动轴安装于可伸缩的伸缩管内；所述的伸缩管接于所述输水管道的末端，将输水管道的水流引至第一发电机的叶轮上，推动叶轮旋转实现发电；所述的可伸缩的垂直传动轴与伸缩管由升降装置同步控制伸缩，以保证所述叶轮与所述伸缩管之间的相对位置固定以及整体的升降，实现最高的水流利用率。6.如权利要求5所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的伸缩管末端安装有测距装置，所述测距装置测量叶轮与所述第二水库的水面之间的相对距离，当第二水库的水位发生变化时，使叶轮始终保持位于最高效的水流利用率的位置。7.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的重力块为空心结构，其内部形成一具有一定容量的空腔，其内部空腔能进行充水及利用空气压力排水。
8.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的重力块为混凝土或者金属形成的空心箱体，或者是实心箱体。9.如权利要求8所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的重力块为空心箱体时，内部空腔与外界通过第二电动闸阀控制连通，实现空气或者水的进出；所述第二电动闸阀由所述控制系统控制。10.如权利要求1所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的第二水库上方还包括有桁架系统，所述的桁架系统行具有起重设备；所述的起重设备下通过所述轨道系统连接所述重力块，实现所述重力块的上升与下降；所述的桁架系统横跨于所述第二水库上方及其岸边；所述起重设备能悬吊所述重力块沿桁架系统移动，将所述重力块移动所述第二水库的上空及第二水库岸边的重力块存放区域，且在用电高峰期将所述重力块移动至第二水库的上方并释放，实现重力发电。11.如权利要求10所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统的控制方法：其特征在于：所述的轨道系统，为门架或者是垂直树立的钢轨，或者直接为连接所述起重设备卷扬系统的钢缆。12.如权利要求7所述的智能抽水和重力发电的混合储能系统，其特征在于：所述的重力发电储能系统还包含有空压机及管道，所述管道将空压机与所述的重力块的空腔连接；空压机能产生高压空气经管道将所述重力块的空腔内的水排出，实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓明，
申请(专利权)人：上海轻杰重工设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：