[發明專利]基于壓縮空氣儲能的虛擬抽水蓄能電站及儲能發電方法

有效

• 申請號: 201310042435.8
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103114564A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 姜彤;畢經天;陳偉麗;馬嫻;王靜然
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: E02B9/00
• 分類號: E02B9/00;E02B9/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明涉及大容量電力儲能技術，特別涉及一種壓縮氣體的勢能與電能相互轉換的虛擬抽水蓄能電站及儲能發電方法。

背景技術

電力系統中發電出力和負荷需求必須時時匹配。當沒有儲能設備時，常規火電廠必須當作備用，壓火運行，降低了運行效率。風電場也必須通過棄風實現出力調整，浪費了能源。

儲能技術在電網運行過程“發–輸–配–用”四大環節中起到重要作用。系統中引入儲能環節后，可以有效地實現需求側管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負荷，不僅可以更有效地利用電力設備，降低供電成本，也可作為提高系統運行穩定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。另外，風電現今已成為公認能夠大規模開發的清潔能源，要降低電網碳排量，必須大力發展風電。但風力發電的特點是間歇性和不穩定性，為保證風能資源的有效利用，風場中應當設置有大容量儲能裝置。

現在已經存在多種儲能技術，比如抽水蓄能技術、壓縮空氣儲能技術、超級電容儲能技術、電池儲能技術等，但成本低廉、具有大規模應用條件的大容量的儲能技術只有抽水蓄能和壓縮空氣儲能，而且它們都有各自的局限性。抽水蓄能電站的建設對地理地形條件有嚴格的限制，即必須有兩個大容量的水池以及足夠高的落差才能具有可行性，并對周邊生態環境有很大影響；傳統壓縮空氣儲能的主要缺點是需要消耗大量燃氣，產生碳排放，而且效率不高，導致其應用推廣受到限制。

發明內容

本發明的目的是針對電力系統調峰的需求和原有儲能技術的缺陷，提出一種基于壓縮空氣儲能的虛擬抽水蓄能電站及儲能發電方法，以滿足電力系統安全運行的需要。當負荷需求大于發電出力時，儲能系統工作在發電狀態；負荷需求小于發電出力時，儲能系統工作在儲能狀態，使電力系統能夠安全穩定地運行。使常規電廠一直工作在最優輸出狀態，并可減少資源浪費；同時，本發明大幅度降低儲能造價，提高了儲能裝置能量轉化效率，實現了綠色環保的電力儲能系統。

本發明所述的基于壓縮空氣儲能的虛擬抽水蓄能電站采用的技術方案為：

高壓儲氣單元作為儲能元件與氣水能量交換單元相連，同時，氣水能量交換單元還與低壓氣體管道相連；氣水能量交換單元分別與具有穩定壓強差的高壓水池和低壓水池連接，抽蓄發電單元也分別與高壓水池和低壓水池相連；抽蓄發電單元的輸出端與電網連接。

所述高壓水池和低壓水池采用具有一定落差的高低位水池的方式，或采用具有穩定壓強差的儲水容器的方式，或采用上述兩種方式的組合，使得高壓水池和低壓水池對外接口處的水具有穩定的相對壓強差。儲水容器可以是密閉的金屬球罐、鋼管等高壓容器或地下工程。采用儲水容器方案時，高壓儲水容器通過內部充入預置壓縮空氣形成預置壓力；低壓儲水容器通過連接至大氣的管道保持低壓。

所述抽蓄發電單元采用可逆式水輪發電機組，或者同時采用水輪發電機組和水泵組合，或者采用液壓馬達。

氣水能量交換單元有兩種主要的實現方案。所述氣水能量交換單元的第一種實現方案是采用兩個或多個活塞串聯成氣水傳動活塞組的方式實現壓縮空氣勢能與水勢能之間的轉換；每個活塞缸內設置一個活塞，活塞之間通過連桿連接；一部分活塞缸內的活塞兩側的活塞腔，每側活塞腔分別通過閥門及管路與高壓儲氣單元和低壓空氣管道連接；一部分活塞缸內的活塞兩側的活塞腔，每側活塞腔分別通過閥門管路與高壓水池和低壓水池連接。

所述氣水能量交換單元的第二種實現方案是采用液體活塞和液壓傳動機構組合方式實現壓縮空氣勢能與水勢能之間的轉換；液體活塞包括兩個液體缸，液體缸具有上部端口及下部端口；每個液體缸的上部端口分別通過閥門和管道與高壓儲氣單元以及低壓氣體管道相連，液體缸的下部端口通過閥門和管道連接液壓傳動機構；液壓傳動機構采用兩個或多個活塞缸串聯成的活塞組的方式構成，每個活塞缸內設置一個活塞，各活塞之間通過連桿連接；一部分活塞缸內活塞兩側活塞腔分別通過閥門和管道與高壓水池和低壓水池連接，另一部分活塞缸內的活塞兩側活塞腔分別通過閥門和管道連接到液體活塞組的兩個液體缸的下部端口。

所述氣水能量交換單元中的氣水傳動活塞組采用單組或多組，通過閥門控制獨立運行，或采用多組氣水傳動活塞組串聯、并聯或串并聯的工作方式，以增強壓縮空氣勢能與水勢能之間的轉換量和轉換速度。

所述氣水能量交換單元中的液體活塞采用單組或多組，通過閥門控制獨立運行，或多組液體活塞串聯、并聯或串并聯的工作方式，以增強壓縮空氣勢能與水勢能之間的轉換量和轉換速度。