[發明專利]水-氣共容艙電力儲能系統

無效

• 申請號: 201110449390.7
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102434362A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 王煥然;王靜然
• 申請（專利權）人: 王煥然
• 主分類號: F03B13/06
• 分類號: F03B13/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種電能物理儲能的系統，特別涉及一種利用高壓水-氣共容艙實現電力儲能的系統。

背景技術

從去年開始，中國已經超過美國成為世界第一大能源消費國，未來，隨著中國的飛速發展，對能源的消耗還會大幅增加，我國在能源消費和節能減排方面必將承受更多和更大的國際壓力。

目前，世界能源發展的主流趨勢正在發生重大轉變，正逐步走向摒棄核電和摒棄水電的道路，例如歐洲的核心國德國已宣布2020年棄核，其它歐洲國家已炸掉到期水電站；重點提高現有能源的利用率，逐步提高新興能源與可再生能源在電網中所占比重，逐步限制火電的發展。

風電是我國唯一已經被大規模開發利用的可再生能源。2010年底，我國風電裝機總容量達到4473.3萬千瓦，超過美國成為世界第一，風電并網容量也達到了2956萬千瓦，十二五末總裝機容量達到1億千瓦。隨著并網容量的增加，尤其是進入2011年后，風電基地的棄風量急劇增加，一些風電基地的風機脫網事故頻繁發生，這些問題已經對風電場和電網的安全運行帶來了嚴重影響。我國風電場的風電波動性強，穩定性差，電網調峰能力和吸納能力低是產生上述問題的根源。根據國外的經驗，有效解決該問題的辦法：通過對風電的大規模儲存，提高其并網的穩定性、可控性及電網的安全性。

國外在上世紀七八十年代就已經開始研究電的大規模儲存問題，并建立了幾座大規模風電儲存的示范工程。

到目前為止，關于電力儲存的方法很多：壓縮空氣儲能、抽水蓄能、電磁儲能、飛輪儲能、超級電容儲能、超臨界壓縮空氣儲能、充電電池儲能等，但是能夠進行大規模風電儲存的成熟技術只有兩種：一種是抽水蓄能技術，另一種是壓縮空氣儲能技術。目前，在國內沒有商業運行的壓縮空氣儲能電站，也沒有設計大規模壓縮空氣儲能的示范工程經驗，部分高校及科研院所僅進行了基礎性研究。

西安交通大學研究壓縮空氣儲能技術開始于上世紀九十年代，開展了熱、電、冷聯供的電站及各種不同的壓縮空氣儲能循環系統的理論研究；中國科學院進行了超臨界壓縮空氣儲能的相關研究；華北電力大學對壓縮空氣儲能系統進行了優化和經濟性分析。

現有壓縮空氣儲能系統在儲能過程中需要采用帶有中間冷卻器和后冷器的多級壓縮機組，設備造價高、換熱系統復雜、產生大量低品位熱量；在壓縮空氣膨脹發電過程中，為了獲取盡可能多的膨脹功，必須對氣體透平的進氣進行加熱至600度左右，為此需要給該系統配套燃氣透平發電機組，從燃氣透平機高溫尾氣獲取熱量，或者加裝輔助加熱裝置，燃料(天然氣、煤或燃油)補給系統，需要消耗數量可觀的不可再生資源。

發明內容

針對現有壓縮空氣儲能電站設備造價高、換熱系統復雜、以及抽水蓄能電站要求的特殊地理環境等缺陷，本發明的目的是提供一種可降低儲能造價，提高儲能裝置能量轉化效率的電力儲能系統。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種水-氣共容艙電力儲能系統，其特征在于，包括一個埋于地表深處的水-氣共容艙、一個為水-氣共容艙提供預置高壓空氣用的由壓縮電機驅動的空氣壓縮機、一個由水泵電機驅動的液壓水泵、一個與高壓水泵相連的儲水池，所述壓縮機電機和水泵電機取自電網的富余電能，所述儲水池的進水口連通水輪機的排水口，該儲水池的上方與大氣相通；所述空氣壓縮機的出口和液壓水泵的出口均通過閥門及管道連通水-氣共容艙，該水-氣共容艙的出口通過管道及閥門連通水輪機，由水輪機拖動發電機發電輸出電能。

上述方案中，所述液壓水泵為多級水泵串聯而成，與水泵電機構成抽水機組。所述水-氣共容艙埋于地表深處100-150m。

本發明液壓電力儲能系統工作原理：首先利用空氣壓縮機對高壓水-氣共容艙充氣加壓至某預置壓力，相當于在該地區修建一定高度的水壩，如當水-氣共容艙內空氣壓力為10MPa相當于將水抽至水位高度為1000m的蓄水壩內，此后空氣壓縮機就不再工作，需要儲能時，開啟高壓水泵對水-氣共容倉注水，隨著水-氣共容艙內水位的增加，水體擠壓壓縮水-氣共容艙內部空氣，空氣被等溫壓縮，壓力升高，抽水所消耗的能量也隨之增加，相當于抽同樣體積的水所要儲存的能量也增大了。發電時，高壓水推動水輪發電機組發電，不再需要空氣透平膨脹機，更不需要配置燃氣透平和輔助加熱系統。