模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置及方法，涉及储能领域。包括进气装置，进气装置与高压容器通过进气管路相连接，用于为高压容器提供高压气体；水箱与高压容器通过进水管路相连接，用于为高压容器提供水；高压容器通过出水管路与水力涡轮机相连接，利用高压容器内流出的水带动水力涡轮机转动；水力涡轮机主轴通过传动带与发电机转子联轴，带动发电机转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电；水力涡轮机与水箱通过循环管路相连接，用于将水力涡轮机流出的水输送回水箱中。本发明专利技术解决现有试验装置无法将抽水蓄能与压缩空气进行组合试验的难题，结构简单、效率高、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置及方法


[0001]本专利技术属于能量存储
，特别是模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]储能技术是构建新型电力系统的关键环节，传统的抽水蓄能技术不能完全解决由风光为主的新能源发电不稳定造成的问题，新型储能技术由此应运而生，多元化的储能技术不断发展。纵观储能技术的发展历程，储能技术可分为两大类。一种是物理储能，另一种是电化学储能。电化学储能可分为电池、燃料电池和电解氢。物理储能的方法可分为抽水蓄能、压缩空气蓄能、超级电容蓄能、飞轮蓄能和液化空气蓄能。目前，适合风电储能的成熟技术有两种：抽水储能(PHES)和压缩空气储能(CAES)。这些储能技术具有较高的功率水平和技术含量，可以应用于非常大规模的电力系统中，并实现商业应用。
[0004]抽水储能(PHES)技术主要是通过低谷的电价实现能量的储存。这种储能方式不需要较高的成本费用，但是由于水资源具有易蒸发的特点，且系统泵水过程中会耗费较高功率，因此系统的能量转换效率一般在70％左右。抽水储能系统的实际储能容量很大，系统的运行比较灵活，应用费用低廉，但是储能过程会受到水文地质等条件的影响，因此在储能电站的选址上存在一定的限制。抽水储能技术当前在新能源电力系统的调频处理、调峰处理及事故备用等方面应用频率较高，随着抽水储能技术水平的不断优化提升，系统不仅具备储能发电的功能，还可配合电力系统实现多项动态作业，获取动静结合的综合效益。但是PHES受到市场不确定性、本地化困难和环境影响的制约，无法用于储存中国的绝大多数风电。
[0005]压缩空气储能(CAES)作为PHES的替代品，具有可靠性高、经济可行性高、对环境影响小等优点，是一种很有前途的储能方法。压缩空气储能系统进行储能的时候，风电机组此时会输出较大的功率，在这种情况下富余出来的风电，会被注入到压缩空气储能电站当中，借助电动机设备实现压缩机的驱动，进行空气压缩处理和降温处理，处理完毕后将其存储到系统的储气室中。系统释能时，风电机组设备的实际输出功率难以达到负荷的标准，这时会将系统中高压空气升温处理，然后令其进入到燃烧室当中助燃，燃烧室当中燃气的逐渐膨胀可以实现对燃气轮机的驱动，继而使得发电机设备进行发电。这两种新型系统可以节约能源，但其结构复杂，现有CAES系统需要额外的电力来提高空气温度，从而导致储能成本高。
[0006]专利技术人发现，现有试验装置往往无法将抽水蓄能与压缩空气进行组合试验，无法按照一定比例真实还原抽水蓄能与压缩空气相组合的系统，不能很好的对两者结合的系统进行研究。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置及方法，能够按照一定比例真实还原抽水蓄能与压缩空气组合的储能系统，解决了现有试验装置无法将抽水蓄能与压缩空气进行组合试验的难题，并对影响储能系统性能的预设定压力、蓄能容积、水风量比、高压泵性能和水力涡轮机性能等参数进行理论分析，该模型装置结构简单、效率高、成本低，为抽水蓄能与压缩空气组合的储能系统的建设奠定坚实的理论基础，后期应用于现场，将解决风力发电行业大容量储能问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置。
[0010]模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，包括进气装置、高压容器、水箱、水力涡轮机和发电机，所述进气装置与高压容器通过进气管路相连接，用于为高压容器提供高压气体；所述水箱与高压容器通过进水管路相连接，用于为高压容器提供水；所述高压容器通过出水管路与水力涡轮机相连接，利用高压容器内流出的水带动水力涡轮机转动；水力涡轮机主轴通过传动带与发电机转子联轴，带动发电机转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电；所述水力涡轮机与水箱通过循环管路相连接，用于将水力涡轮机流出的水输送回水箱中。
[0011]优选的，所述进气装置包括空气滤清器和压缩机，所述空气滤清器进气口连接进气管，所述空气滤清器出气口连接干净管空气管，所述干净管空气管连接压缩机的进气口，所述压缩机的出气口通过进气管路连接高压容器。
[0012]优选的，所述压缩机出气口与高压容器相连接的进气管路上设置有进气阀门，所述空气滤清器内设置有滤芯，所述滤芯用于对空气进行过滤，所述干净管空气管内设置有进气控制阀。
[0013]优选的，所述水箱与高压容器相连接的进水管路上设置有高压泵，所述高压泵与高压容器相连接的进水管路上设置有一号进水控制阀。
[0014]优选的，所述一号进水控制阀与高压容器相连接的进水管路上设置有一号支路和二号支路，所述一号支路与高压容器底部相连通，所述二号支路与高压容器的顶部相连通。
[0015]优选的，所述二号支路上设置有二号进水控制阀，所述二号支路内的水用于降低高压容器内空气的温度。
[0016]优选的，所述高压容器与水力涡轮机相连接的出水管路上设置有一号出水控制阀，所述一号出水控制阀与高压容器相连接的出水管路上设置有三号支路，所述三号支路与高压容器的顶部相连通，所述三号支路上设置有三号进水控制阀，所述三号支路内的水用于降低高压容器内空气的温度。
[0017]优选的，所述发电机通过输电线路与试验变压器相连接，所述试验变压器通过输电线路与风扇相连接，带动风扇转动。
[0018]优选的，所述高压容器为玻璃钢压力容器，所述高压容器上安装有压力表，所述压力表用于测量高压容器内的压力。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种基于第一方面所述模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置的试验方法。
[0020]一种基于上述第一方面模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置的试
验方法，包括储能过程和释能过程：
[0021]储能时，关闭出水管路上的三号进水控制阀和一号出水控制阀，开启进气阀门，启动压缩机，将空气通过进气装置泵入高压容器，直至达到预设压力值，关闭压缩机和进气阀门；开启一号进水控制阀和二号进水控制阀，启动高压泵向高压容器内注水，当水面上升时，高压容器内压力上升，同时少量的水流通过二号进水控制阀喷洒在压缩空气中，以降低空气温度；当达到容器内设定气压后，关闭一号进水控制阀和二号进水控制阀，储能过程结束；
[0022]释能时，关闭进气管路上的进气阀门，关闭进水管路上的一号进水控制阀和二号进水控制阀，开启三号进水控制阀和一号出水控制阀，高压容器内的高压水推动水力涡轮机将水的动能转化为机械能，水力涡轮机的旋转轴驱动发电机的转子，将机械能转换为电能以输出，将电能通过试验变压器输送至风扇；同时，流经三号进水控制阀的少量水被喷射到高压容器内，与高压容器内的空气进行热交换；水力涡轮机流出的水通过循环管路被输送回水箱中，释能过程结束。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，包括进气装置、高压容器、水箱、水力涡轮机和发电机，所述进气装置与高压容器通过进气管路相连接，用于为高压容器提供高压气体；所述水箱与高压容器通过进水管路相连接，用于为高压容器提供水；所述高压容器通过出水管路与水力涡轮机相连接，利用高压容器内流出的水带动水力涡轮机转动；水力涡轮机主轴通过传动带与发电机转子联轴，带动发电机转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电；所述水力涡轮机与水箱通过循环管路相连接，用于将水力涡轮机流出的水输送回水箱中。2.根据权利要求1所述的模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，所述进气装置包括空气滤清器和压缩机，所述空气滤清器进气口连接进气管，所述空气滤清器出气口连接干净管空气管，所述干净管空气管连接压缩机的进气口，所述压缩机的出气口通过进气管路连接高压容器。3.根据权利要求2所述的模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，所述压缩机出气口与高压容器相连接的进气管路上设置有进气阀门，所述空气滤清器内设置有滤芯，所述滤芯用于对空气进行过滤，所述干净管空气管内设置有进气控制阀。4.根据权利要求1所述的模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，所述水箱与高压容器相连接的进水管路上设置有高压泵，所述高压泵与高压容器相连接的进水管路上设置有一号进水控制阀。5.根据权利要求4所述的模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，所述一号进水控制阀与高压容器相连接的进水管路上设置有一号支路和二号支路，所述一号支路与高压容器底部相连通，所述二号支路与高压容器的顶部相连通。6.根据权利要求5所述的模拟抽水蓄能与压缩空气的储能系统模型试验装置，其特征在于，所述二号支路上设置有二号进水控制阀，所述二号支路内的水用于降低高压容器内空气的温度。7.根据权利要求1所述的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨发旺，张庆贺，袁亮，梁志威，王晓蕊，李维国，汪盈，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：