[發明專利]用高壓儲氣罐恒壓的水-氣共容艙電力儲能系統

有效

• 申請號: 201410312066.4
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104100441A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 王煥然;姚爾人;柳龍;席光
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F03B13/06
• 分類號: F03B13/06;F04B41/02;F04B49/06;F04B49/22
• 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，特別涉及一種利用水-氣共容艙實現電力儲能的系統。

背景技術

隨著傳統化石能源的日益枯竭，可再生能源的利用受到越來越多的重視。在許多國家發展可再生能源成為首要任務。可是，風能、太陽能以及生物能等可再生能源所固有的隨機性和波動性給世界各國發展新型能源帶來了巨大的挑戰。如何解決可再生能源的波動性是發展和利用可再生能源的關鍵所在。近年來中國風電、太陽能發電得到快速發展，自2010年起，中國風電裝機規模已經躍居世界第一，截至2013年年底，中國風電累積裝機容量超過9000萬千瓦，可是由于風能自身的隨機性和間歇性，以及現有電網較差的調峰能力，使得相當一部分電能無法接入電網，僅2013年中國風電棄風量超過150億度，可以預計，隨著風電裝機規模的進一步擴大，風電損失必定會進一步增加。儲能技術能夠改善電力系統的供電能力,提高能源利用率,使系統更加安全可靠。

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。

針對現有壓縮空氣儲能電站設備造價高、以及抽水蓄能電站要求的特殊地理環境等缺陷，西安交通大學王煥然等人首次提出水-氣共容艙電力儲能系統，并針對該系統在發電和儲能過程中的變工況工作特性，提出了一種恒壓水-氣共容艙電力儲能系統(CN201210099690.1)。

在該恒壓水-氣共容艙電力儲能系統中，發電過程隨著水-氣共容艙內水位下降，水-氣共容艙內氣體壓力下降，該系統利用蒸汽鍋爐向水-氣共容艙中補充水蒸汽，保證水-氣共容艙中壓力保持恒定，以保證水輪機發電機組在穩定工況下運行發電。

但是在蒸汽鍋爐向水-氣共容艙中補充水蒸汽的過程中，由于進入水-氣共容艙中的是高溫水蒸汽，而此時水-氣共容艙中水溫、氣體溫度與環境溫度相近，高溫水蒸氣必然與水-氣共容艙中的介質發生熱量交換，氣體溫度的升高會降低水-氣共容艙的安全性，加速水-氣共容艙腐蝕，大幅降低其工作壽命，整體熱力循環復雜，此外，蒸汽鍋爐的使用也使系統結構變得更加復雜，經濟性和環保性變差。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用高壓儲氣罐維持水-氣共容艙恒壓的發電儲能過程的電力儲能系統，不但可降低儲能造價，提高儲能裝置能量轉化效率，而且可解決用蒸汽鍋爐穩壓的水-氣共容艙電力儲能系統的結構復雜性，進一步提高系統的經濟性。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種用高壓儲氣罐恒壓的水-氣共容艙電力儲能系統，包括壓縮機組、水泵機組、儲水池以及水輪機，水泵機組通過管道及閥門從儲水池中抽水，水輪機通過管道及閥門向儲水池中排水；所述壓縮機組的一個出口通過管道及閥門與水-氣共容艙的上部連通，水泵機組的出口通過管道及閥門與水-氣共容艙的中部連通，水-氣共容艙下部出口通過管道及閥門連通水輪機；其特征在于，該系統還包括一個增壓機和一個高壓儲氣罐，所述高壓儲氣罐的中部進口通過管道及閥門與壓縮機組的另一個出口相連；所述水氣共容艙頂部設置一個出口，依次通過第一電動閥、水氣分離器與增壓機的進口連接；增壓機的出口與高壓儲氣罐頂部進口相連；高壓儲氣罐頂部出口通過第二電動閥與水氣共容艙頂部的進口連接。

上述方案中，所述第一、第二電動閥、增壓機均電連接一個穩壓控制器的控制輸出端，該穩壓控制器的控制輸入端連接固定于水氣共容艙內頂部的壓力傳感器。

所述穩壓控制器包括邏輯判斷電路和控制及開關電路，其中，邏輯判斷電路的輸入端連接壓力傳感器，邏輯判斷電路分兩個邏輯輸出端連接控制及開關電路，控制及開關電路的三個控制輸出端根據邏輯判斷電路兩種不同的邏輯輸出，相應發出兩種不同的控制指令對第一、第二電動閥、增壓機實現聯動控制。

所述壓力傳感器為硅壓阻式的壓力傳感器，采用周邊固定的圓形應力杯硅薄膜內壁，通過MEMS技術直接將四個高精密半導體應變片刻制在其表面應力最大處，組成惠斯頓測量電橋，作為力電變換測量元件。

所述水-氣共容艙下部出口與水輪機連通的管路上可串聯一個換熱器。在水泵機組與儲水池之間設置有一回水閥門。