[發明專利]海洋壓縮空氣儲能系統

有效

• 申請號: 201410021005.2
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103790708B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 姜彤;何旭潔;童瀟;傅昊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F02C6/16
• 分類號: F02C6/16;F03B13/06
• 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

本發明屬于壓縮空氣儲能系統設計領域，尤其涉及一種利用深海海水壓強穩定性為壓縮空氣提供儲存環境的海洋壓縮空氣儲能系統。

背景技術

壓縮空氣儲能因其技術成熟，可大規模商業化應用等優點，已成為了一種重要的儲能手段。然而，壓縮空氣儲能系統中的高壓儲氣容器一項，存在技術與工藝上的局限，系統對高壓儲氣容器壁承受氣體壓強的能力有很高要求，而且，為了便于降低材料選擇難度，通常希望氣罐內氣體壓力保持均勻與恒定。這兩方面要求的實現，無疑增大了氣罐材料選擇的難度以及制造成本，同時，在安全運行方面也存在較大隱患。因此，高壓儲氣容器的制造成本與安全問題成為本技術領域亟待解決的一個技術問題。

發明內容

本發明的技術目的是克服現有技術中，高壓儲氣容器因所需壓強承受能力過高而造成的制造難、成本高的問題，以及壓力控制技術不成熟造成的安全問題；提供了一種在應用中，無需容器壁承壓，且時時保證容器內壓力均勻、保持節能、安全、清潔、經濟的海洋壓縮空氣儲能系統。

本發明采用的技術方案為：

深潛于海下的高壓儲氣容器，采用無底沉箱結構，并作為儲能單元，其頂部通過高壓氣體管道與設置在海上的壓縮空氣發電系統相連；該系統具有儲能和發電兩種運行方式。

所述壓縮空氣發電系統，采用壓縮空氣混合天然氣燃燒，驅動透平機械發電的方式，或者采用太陽能或其他熱源加熱壓縮空氣，分級控制透平機械發電的方式。

所述壓縮空氣發電系統與水氣共容倉方案結合使用，即在海面上設置與儲氣單元相連的密閉容器，將其設為上水池,以海洋作為下水池，利用上水池和下水池間的壓強差形成水頭差，驅動抽蓄發電單元發電。

所述壓縮空氣發電系統與虛擬抽水蓄能電站方案結合使用，采用氣水能量交換單元控制液體在高低壓水池間流動，驅動抽蓄發電單元發電。

所述高壓儲氣容器與高壓氣體管道之間采用伸縮結構作為連接方式，該伸縮結構為伸縮式軟管道、彈簧式軟管道或螺旋式管道。

所述壓縮空氣發電系統設置于船、艦艇、島嶼或海上鉆井平臺之上。

所述虛擬抽水蓄能電站方案中的高壓水池采用海上的高壓緩沖箱與潛于深海的穩壓箱相連的結構實現，穩壓箱與深潛于海下的高壓儲氣容器結構相同，利用海洋深處的高壓強環境實現海上的高壓緩沖箱的壓強穩定，高壓緩沖箱與穩壓箱之間通過氣體管道相連。

所述虛擬抽水蓄能電站方案中的低壓水池采用海水經凈化后的凈化水池實現，或直接利用海洋實現。

本發明的有益效果包括以下幾個方面：

（1）所述高壓儲氣容器與高壓緩沖箱采用深海沉箱結構，一方面有效利用海底壓強形成了容器內儲氣的高壓環境，另一方面利用海水的深度實現了儲氣容器內頂部到底部壓強基本均等，增加了系統的安全性；同時實現了高壓容器內外壓強相等，避免了容器壁承受高壓，降低了容器壁選材和制作難度。

（2）所述高壓儲氣容器與高壓氣體管道之間采用可伸縮結構進行連接，可以克服海平面漲落造成的位移差，使沉箱結構位于海洋的深度保持不變，即高壓儲氣容器內氣體壓強環境保持穩定。

（3）所述海洋壓縮空氣儲能系統，其基礎建設只限于發電側海上平臺的搭建，設備可置于船、艦艇、島嶼或海上鉆井平臺等之上，相比陸上壓縮空氣儲能系統，極大地節約了建設成本，建設與運行的效率和環境友好性也得到了提升。

（4）所述與虛擬抽水蓄能電站相結合的海洋壓縮空氣儲能系統，其氣水能量交換單元可直接取用海水資源，利用海水的容量巨大，溫度恒常，取用方便等特點，可以實現氣水能量交換單元的溫度控制。

（5）所述與虛擬抽水蓄能電站相結合的海洋壓縮空氣儲能系統，其抽蓄發電單元的高壓水池利用與深海穩壓箱相連的高壓水箱單元實現，低壓水池可直接用海洋代替，無需特殊地勢條件，降低了選址與建設難度，節省了成本。

（6）所述與虛擬抽水蓄能電站相結合的海洋壓縮空氣儲能系統，其高壓儲氣沉箱與高壓水箱單元在壓強設定值相等時，可共用同一容器，提高經濟性。

附圖說明

圖1為海洋壓縮空氣儲能系統高壓儲氣容器結構圖；

圖2a、圖2b和圖2c為海洋壓縮空氣儲能系統高壓儲氣沉箱與高壓氣體管道連接方式圖，其分別為伸縮式軟管道、彈簧式軟管道和螺旋式管道方式；

圖3為海洋壓縮空氣儲能系統中的海上壓縮空氣發電系統采用傳統壓縮空氣儲能發電方式的系統構成圖；

圖4為海洋壓縮空氣儲能系統的海上壓縮空氣發電系統采用水氣共容倉發電方式的系統構成圖；