【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能，具体涉及一种基于多级水循环绝热抽水压缩空气储能装置及方法。
技术介绍
1、随着经济技术的发展，近年来大规模的新能源发电技术已得到大面积推广普及应用，而面对大规模新能源并网可能带来的电网运行稳定性问题，储能系统具有调节速率快，容量配置灵活等特点，能够提高电能质量，促进能源转型，提高电力系统的稳定性等优点，在电力行业得到了广泛的推广和应用。
2、目前在大规模储能方面，抽水蓄能电站作为该领域的最主要储能方式。但抽水蓄能电站对存在地形要求严苛，工程建设周期长，每千瓦投资相对其他储能方式较高等问题，限制了本技术的发展。
3、电化学储能作为储能的另一个主流技术，在实践中亦有较好的推广应用，但受电池技术的影响以及报废电池产生的污染问题等，制约了该技术的发展，目前该技术主要应用于小规模储能。
4、压缩空气储能，从储能系统的输出功率、效率、寿命、运行成本、存储周期等方面综合考虑，压缩空气储能是适用于大规模系统运行的储能技术之一，可用于电力系统调频调峰、能量管理、备用等领域。该技术受温度控制要求高、能量转化效率低等因素制约，制约其技术的推广。
5、飞轮储能是一种机械储能方式，利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，其特点是没有摩擦损耗、风阻小、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护，适用于电网调频和电能质量保障。飞轮蓄能的缺点是能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，目前
技术实现思路
1、本方面的目的是提供一种基于多级水循环绝热抽水压缩空气储能装置及方法，该装置以压缩空气作为储能介质，以水作为能量传输介质，通过多级水循环实现储能和发电过程，为稳定高效低成本的大规模储能提供一种新的技术。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于多级水循环的绝热抽水压缩空气储能装置，包括高压储气仓、发电尾水仓、水轮发电机、至少两组循环回路；
4、一组循环回路的结构包括水气循环仓、气体余压储存仓和供水仓，所述高压储气仓通过高压气管连接水气循环仓；
5、所述水气循环仓与气体余压储存仓、供水仓分别通过管路连接，其中，水气循环仓与供水仓分别通过上部的平衡气管和下部的循环补水管两路连接，平衡气管为气体流通管路，循环补水管为水体流通管路，循环补水管上并联液体活塞压缩机，供水仓底部高程高于水气循环仓；所述供水仓上设有供水仓排气口，所述水气循环仓上设有水气循环仓排气口，水气循环仓底部通过高压水管连至水轮发电机；
6、所述供水仓底部与发电尾水仓侧壁通过管路连接；各气体、水体管路上均设有阀门；
7、每组循环回路的结构相同；
8、所述水轮发电机的尾水排至发电尾水仓。
9、作为一种优选的实施方式，所述发电尾水仓为开敞式结构，发电尾水仓底部高程高于各循环回路的供水仓。发电尾水仓为开敞式结构，与大气连通，通过管道与水轮发电机相连，便于水轮发电机尾水进入其中，其主要功能是临时存储发电尾水，并及时向供水仓补水，尾水仓整体高于供水仓，可通过重力驱动实现向供水仓供水。
10、作为一种优选的实施方式，所述水气循环仓、供水仓为刚性封闭仓；水气循环仓设有保温层。进一步的，水气循环仓可采用压力罐体和保温层复合制作，其主体材质可为钢材、玻璃钢等刚强度材料。供水仓工作压力较低，可采用pvc或其他材质制作，无需设置保温层。
11、作为一种优选的实施方式，所述高压储气仓、气体余压储存仓为柔性保温材质，或带有保温层的刚性罐体。进一步的，高压储气仓、气体余压储存仓采用柔性保温材质时，仓体由内向外分别为内保温层、密封层、多层高强度纤维层(碳纤维、凯夫拉纤维等)、外保温层和钢筋网保护层组成。采用压力罐体结构时，其罐体材质可采用钢材，内外分别布设保温层。
12、作为一种优选的实施方式，所述高压储气仓的工作压力范围为3mpa-8mpa；所述水气循环仓的工作压力范围为0.1mpa-8mpa；所述气体余压储存仓的最大承受压力≥4mpa。通常的，气体余压储存仓的工作压力范围在0.1mpa-4mpa(最大压力取决于系统运行过程的气体压力工作范围)。
13、作为一种优选的实施方式，所述气体余压储存仓的容积为高压储气仓的0.5-1.0倍；所述供水仓体积为水气循环仓的1.2-1.5倍。
14、气体余压储存仓的功能主要是存储水气循环仓中剩余气体余压，同时在储能阶段将其中的余压注入到水气循环仓，提高储能过程中起始气体压力
15、作为一种优选的实施方式，所述高压储气仓为单个仓体，或由多个仓体并联组成；多个仓体并联时，每个仓体单独设置常开阀门，当某个仓体出现故障时，可关闭阀门进行维修和更换，不影响整体系统工作。
16、作为一种优选的实施方式，在装置中包含的高压水管、供水仓补水管以及循环补水管内部涂装疏水材料，以降低水流的沿程损失，进一步减少能量转化过程中的能耗。
17、本专利技术的另一目的在于提供利用上述装置进行储能的方法，包括：
18、储能开始前，所有阀门处于关闭状态，高压储气仓、每个循环回路的气体余压储存仓的初始压力相等且等于高压储气仓的最低工作压力，其他结构内部气体压力为一个大气压，每个循环回路的水气循环仓交替呈无水、充满常压水的状态；
19、(1)对第一组循环回路执行水气循环仓注水储能操作：通过阀门启闭操作，使第一组循环回路的气体余压储存仓中的气体注入水气循环仓中直至水气循环仓中水被完全排出；之后通过液体活塞压缩机做功将供水仓中的水经循环补水管加压注入水气循环仓，直至水气循环仓中注满水，同时水气循环仓中的空气被压缩进入高压储气仓；
20、同步的，对第二组循环回路执行水气循环仓排水操作：通过阀门启闭操作，利用第二组循环回路的气体余压储存仓中的高压气体将水气循环仓中的水经循环补水管压入供水仓，直至水气循环仓中的水完全排出；
21、(2)完成注水、排水操作后，
22、对第二循环回路执行水气循环仓注水储能操作，对第一循环回路执行水气循环仓排水操作；
23、(3)重复(1)-(2)实现多级水循环条件下的压缩空气储能；
24、当循环回路超过两组时，按照第一组、第二组循环回路的操作方式对后续的循环回路按顺序循环执行操作。
25、本专利技术的另一目的在于提供利用上述装置进行发电的方法，包括：
26、发电开始前，所有阀门处于关闭状态，高压储气仓中气体压力为最高压力，两个气体余压储存仓中初始压力为标准大气压，每个循环回路的水气循环仓交替呈充满水、无水的状态，对应的供水仓交替呈少量水、充满水的状态；
27、(1)对第一组循环回路执行排水发电及余压储存操作：通过阀门启闭操作，将高压储气仓中的气体注入第一组循环回路的水气循环仓本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多级水循环的绝热抽水压缩空气储能装置，其特征在于，包括高压储气仓、发电尾水仓、水轮发电机、至少两组循环回路；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发电尾水仓为开敞式结构，发电尾水仓底部高程高于各循环回路的供水仓。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水气循环仓、供水仓为刚性封闭仓；水气循环仓设有保温层。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压储气仓、气体余压储存仓为柔性保温材质，或带有保温层的刚性罐体。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压储气仓的工作压力范围为3MPa-8MPa；所述水气循环仓的工作压力范围为0.1MPa-8MPa；所述气体余压储存仓的最大承受压力≥4Mpa。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体余压储存仓的容积为高压储气仓的0.5-1.0倍；所述供水仓体积为水气循环仓的1.2-1.5倍。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压储气仓为单个仓体，或由多个仓体并联组成；多个仓体并联时，每个仓体单独设置常开阀门。
8.利用权利要求1~7任一项所述装置进行储能的方法，其特征在于，包括：
9.利用权利要求1~7任一项所述装置进行发电的方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当水气循环仓中水被排出预设体积后高压储气仓停止供气，利用水气循环仓中气体的余压继续驱动水体发电，直至水气循环仓中的水完全排出。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多级水循环的绝热抽水压缩空气储能装置，其特征在于，包括高压储气仓、发电尾水仓、水轮发电机、至少两组循环回路；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发电尾水仓为开敞式结构，发电尾水仓底部高程高于各循环回路的供水仓。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水气循环仓、供水仓为刚性封闭仓；水气循环仓设有保温层。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压储气仓、气体余压储存仓为柔性保温材质，或带有保温层的刚性罐体。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压储气仓的工作压力范围为3mpa-8mpa；所述水气循环仓的工作压力范围为0.1mpa-8mpa；所述气体余压储存仓的最大承受...
【专利技术属性】
技术研发人员：武颖利，蔡新，汪亚洲，龚丽飞，李威，郭万里，任红磊，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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