一种抽水压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种抽水压缩空气储能系统，涉及电力存储技术，该系统在用电低谷时通过水泵将水从蓄水池压入气压罐使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时，气压罐中高压空气将水压出，经输水管道驱动水轮机并带动发电机发电。本发明专利技术的系统利用气压罐工作特点，使抽水储能和压缩空气储能系统微型化，从而解决了大规模抽水储能系统和传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。同时具有造价低、不受储能周期限制、适用于各种类型电源、对环境友好等特点，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抽水压缩空气储能系统
本专利技术涉及电力存储
，特别是一种抽水压缩空气储能系统。
技术介绍
长期以来，为满足不断增加的电力负荷要求，电力部门不得不根据最大负荷要求建设发电能力。这一方面造成了大量发电能力的过剩和浪费，另一方面，电力部门又不得不在用电高峰时段限制用电。因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套并改善系统负荷峰谷差异过大的情况。特别对于核电站等仅能高位运行的电力系统，电力储能系统的需求就更为迫切。更为重要的是，电力储能系统是将风能、太阳能等间歇式能源“拼接”起来，提高可再生能源(具有间歇性特点)利用率的有效手段。同时，电力储能系统还是分布式能源系统的关键技术。分布式能源系统采用大量小型分布式电力系统代替常规大型集中式电力系统，具有能源综合利用、热效率高、低污染等优点，但同时由于线路、运行等原因造成的系统故障率会高于常规大型集中式电力系统。并且，由于系统的容量较小，系统负荷的波动也将大幅增加，因此，采用电力储能系统作为负荷平衡装置和备用电源是分布式能源系统必须考虑的措施。目前已有电力存储技术包括抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导储能、飞轮储能和电容器储能等，但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，目前已在大型商业系统中运行的只有抽水储能和压缩空气储能两种。抽水储能系统在用电低谷通过水泵将水从低位水库送到高位水库，从而将电能转化为水的势能存储起来，在用电高峰，水从高位水库排放至低位水库驱动水轮机发电。抽水储能系统具有技术成熟、效率高、储能容量大、储能周期不受限制等优点，是目前广泛使用的电力储能系统。但是，大规模抽水储能系统需要特殊的地理条件建造两个水库和水坝，建设周期很长，初期投资巨大。更为棘手的是，建造大型水库会大面积淹没植被甚至城市，造成生态和移民问题，因此建造大规模抽水储能系统受到了越来越大的限制。传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统，在用电低谷将空气压入储气室中，从而将电能转化为空气内能存储起来；在用电高峰将高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。传统压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率较高和单位投资相对较小等优点；但是压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮氧化物、硫化物和二氧化碳等，不符合绿色能源发展要求；更为致命的是，传统压缩空气储能系统也需要特定的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，从而大大限制了传统压缩空气储能系统的应用范围。目前，急需解决大型抽水储能系统和传统储能系统面临的主要问题，即对特殊地理条件的依赖问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种抽水压缩空气储能系统，在用电低谷时通过水泵将水从蓄水池压入气压罐使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时，气压罐中高压空气将水压出，经输水管道驱动水轮机并带动发电机发电。本专利技术系统充分利用气压罐的工作特点，使抽水储能和压缩空气储能系统微型化，从而解决了大规模抽水储能和传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种抽水压缩空气储能系统，包括抽水储能机组、气压罐、蓄水池、阀门及输水管道；其中：抽水储能机组至少有一电动机、一水泵、一水轮机、一发电机，蓄水池经输水管道、第一阀门与抽水储能机组的水泵入口相通连，水泵出口经输水管道经气压罐入口与内腔相通连；气压罐出口经输水管道、多个阀门、抽水储能机组的水轮机与蓄水池相通连；电动机驱动轴与水泵转轴固接，水轮机驱动轴与发电机转轴固接；其工作流程为：储能时，启动电动机驱动水泵将水从蓄水池经输水管道、阀门压入气压罐压缩空气存储；释能时，气压罐中的高压空气将水压出，经输水管道、阀门驱动水轮机，水轮机带动发电机发电。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述多个阀门，为二个，分别设在抽水储能机组的水轮机两侧，第二阀门位于水轮机上游，第三阀门位于水轮机下游。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述抽水储能机组，为四机式或三机式抽水储能机组，储能时，第一阀门开启，第二阀门、第三阀门、水轮机、发电机关闭；释能时，第二阀门、第三阀门开启，第一阀、电动机、水泵关闭。一种微型抽水压缩空气储能系统，包括抽水储能机组、气压罐、蓄水池、阀门及输水管道；其中：抽水储能机组为可逆式抽水储能机组，包括可逆式电动-发电机、可逆式水泵-水轮机，可逆式电动-发电机与可逆式水泵-水轮机的传动轴固接；可逆式抽水储能机组经输水管道、多个阀门分别与气压罐内腔、蓄水池相通连；其工作流程为：储能时，开启多个阀门，启动可逆式电动-发电机驱动水泵将水从蓄水池经输水管道、多个阀门压入气压罐压缩空气存储；释能时，开启多个阀门，气压罐中的高压空气将水压出，经输水管道、多个阀门驱动可逆式水泵-水轮机，水轮机带动发电机发电。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述多个阀门，为二个，分别设在抽水储能机组的两侧，第二阀门位于抽水储能机组上游，第三阀门位于抽水储能机组下游。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述启动电动机的电源是常规电站低谷(低价)电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电其中的一种或多种。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述储能过程在电力低谷(低价)、可再生能源发电冗余时启用；释能过程在用电高峰(高价)、电力事故、可再生能源发电不符合要求时启用。所述的抽水压缩空气储能系统，其当有多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机时，多台水泵、水轮机或者可逆式水泵-水轮机为串联形式或者并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述气压罐，为立式或卧式的气囊式、隔膜式、全置换式的其中之一。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述蓄水池，安装在地上或地下。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述水泵、可逆式水泵-水轮机，其水泵是叶轮式泵或容积式泵；其水轮机是反击式水轮机或冲击式水轮机。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述叶轮式泵，为轴流式、混流式或离心式其中之一；容积式泵，为齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵或滑片泵其中之一。所述的抽水压缩空气储能系统，其所述反击式水轮机，为轴流式、混流式、斜流式或贯流式其中之一；冲击式水轮机，为水斗式、斜击式或双击式其中之一。所述的抽水压缩空气储能系统，其储能时，通过控制水泵的流量、关停部分水泵来调节储能能力；释能时，通过控制水轮机的流量、关停部分水轮机来调节发电能力。本专利技术的优点在于：利用气压罐的工作特点，使抽水储能和压缩空气储能系统微型化，从而解决了大规模抽水储能和传统压缩空气储能系统对地理条件的依赖问题。同时具有造价低、不受储能周期限制、适用于各种类型电源、对环境友好等特点，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例1结构示意图；图2为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例2结构示意图；图3为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例3结构示意图；图4为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例4结构示意图；图5为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例5结构示意图；图6为本专利技术抽水压缩空气储能系统的实施例6结构示意图；图7为本专利技术抽水压缩空气储能系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽水压缩空气储能系统，包括抽水储能机组、气压罐、蓄水池、阀门及输水管道；其特征在于：抽水储能机组至少有一电动机、一水泵、一水轮机、一发电机，蓄水池经输水管道、第一阀门与抽水储能机组的水泵入口相通连，水泵出口经输水管道经气压罐入口与内腔相通连；气压罐出口经输水管道、多个阀门、抽水储能机组的水轮机与蓄水池相通连；电动机驱动轴与水泵转轴固接，水轮机驱动轴与发电机转轴固接；其工作流程为：储能时，启动电动机驱动水泵将水从蓄水池经输水管道、阀门压入气压罐压缩空气存储；释能时，气压罐中的高压空气将水压出，经输水管道、阀门驱动水轮机，水轮机带动发电机发电。

【技术特征摘要】
1.一种抽水压缩空气储能系统，包括抽水储能机组、气压罐、蓄水池、阀门及输水管道；其特征在于：抽水储能机组至少有一电动机、一水泵、一水轮机、一发电机，蓄水池经输水管道、第一阀门与抽水储能机组的水泵入口相通连，水泵出口经输水管道经气压罐入口与内腔相通连；气压罐出口经输水管道、多个阀门、抽水储能机组的水轮机与蓄水池相通连；其中，所述气压罐为立式或卧式的气囊式气压罐、隔膜式气压罐或全置换式气压罐；电动机驱动轴与水泵转轴固接，水轮机驱动轴与发电机转轴固接；其工作流程为：储能时，启动电动机驱动水泵将水从蓄水池经输水管道、阀门压入气压罐压缩空气存储；释能时，气压罐中的高压空气将水压出，经输水管道、阀门驱动水轮机，水轮机带动发电机发电；其中，储能时，通过控制水泵的流量、关停部分水泵来调节储能能力；释能时，通过控制水轮机的流量、关停部分水轮机来调节发电能力。2.根据权利要求1所述的抽水压缩空气储能系统，其特征在于：所述多个阀门，为二个，分别设在抽水储能机组的水轮机两侧，第二阀门位于水轮机上游，第三阀门位于水轮机下游。3.根据权利要求1所述的抽水压缩空气储能系统，其特征在于：所述多个阀门包括第二阀门和第三阀门，所述抽水储能机组，为四机式或三机式抽水储能机组，储能时，第一阀门开启，第二阀门、第三阀门、水轮机、发电机关闭；释能时，第二阀门、第三阀门开启，第一阀门、电动机、水泵关闭。4.一种微型抽水压缩空气储能系统，包括抽水储能机组、气压罐、蓄水池、阀门及输水管道；其特征在于：抽水储能机组为可逆式抽水储能机组，包括可逆式电动-发电机、可逆式水泵-水轮机，可逆式电动-发电机与可逆式水泵-水轮机的传动轴固接；可逆式抽水储能机组经输水管道、多个阀门分别与气压罐内腔、蓄水池相通连；其中，所述气压罐为立式或卧式的气囊式气压罐、隔膜式气压罐或全置换式气压罐；其工作流程为：储能时，开启多个阀门，启动可逆式电动-发电机驱动水泵将水从蓄水池经输水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海生，严晓辉，张雪辉，孟爱红，谭春青，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：