[發明專利]海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統及方法

有效

• 申請號: 201810515653.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108757282B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 王煥然;嚴凱;李丞宸;劉明明;張淑宇;李瑞雄
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B11/00;F04B35/04;F04B17/03
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統，其特征在于，包括電力調配單元、儲能回路和釋能回路；

所述的儲能回路包括依次連接的壓縮機機組、水下氣囊（6）和水氣共容艙（5）；壓縮機機組的空氣入口連接大氣，水下氣囊（6）設置在海面以下且固定在海底，水氣共容艙（5）上設置有與海水連通的高壓水泵（4）；

所述的釋能回路包括水輪機（3）；水輪機（3）進水口與水氣共容艙（5）的出水口相連；

所述的電力調配單元包括電動機（11）和用于連接控制電動機（11）的電力調度與控制中心（12）；電動機（11）的電動機輸出端連接儲能回路的壓縮機機組輸入端，電動機（11）的發電機輸入端連接釋能回路的水輪機（3）輸出端；

儲能時，電動機（11）的電動機端帶動高壓水泵（4）向水氣共容艙（5）內注水儲能；釋能時，水氣共容艙（5）中的高壓水驅動水輪機（3）帶動電動機（11）的發電機端進行發電；

水下氣囊（6）外部罩有固定網罩（24）；固定網罩（24）的多點連接柔性鉚鏈結構，柔性鉚鏈結構的另一端錨固于海底管樁基礎；

水下氣囊（6）的進氣管道和出氣管道分別為進氣高壓軟管（23）和出氣高壓軟管（22），進氣高壓軟管（23）和出氣高壓軟管（22）采用錨接方式錨固于海底管樁基礎上；

壓縮機機組通過高壓進氣電控閥門（16）向水下氣囊（6）內壓入高壓空氣，通過高壓注氣電控閥門（17）向水氣共容艙（5）內壓入高壓空氣進行補氣；高壓水泵（4）出口經高壓加水電控閥門（19）與水氣共容艙（5）相連；水下氣囊（6）的空氣出口經高壓加氣電控閥門（20）向水氣共容艙（5）中壓入高壓空氣；水輪機（3）進水口通過高壓出水電控閥門（21）與水氣共容艙（5）的出水口相連；

壓縮機機組中的換熱器冷卻回路輸入端設置有進水口與海水連通的低壓水泵（15）；所述系統內所有金屬設備內外表面噴涂防腐涂層；水氣共容艙（5）內水氣表面添加有用于抑制空氣在海水中的溶解性的表面活性劑；

深海柔性的水下氣囊與海面之上的水氣共容艙一起構成了電力儲能物理空間，二者之間的壓縮空氣是連通的，水氣共容艙內水和高壓空氣在水氣界面具有相同壓力，將儲存在高壓空氣內的能量轉變為海水的壓力勢能，海水的壓力勢能通過水輪機轉化對外出輸出的電能。

2.根據權利要求1所述的海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統，其特征在于，壓縮機機組由若干壓縮機串聯而成，在每個壓縮機空氣出口和下一壓縮機空氣入口間安裝有一個換熱器；第一級壓縮機的空氣入口連接大氣，最后一級壓縮機的空氣出口依次連接最后一級換熱器后連接水下氣囊（6）的空氣入口。

3.海上無壩抽水壓縮空氣儲能方法，其特征在于，基于權利要求1所述的系統，包括，

預處理步驟，通過壓縮機組向水下氣囊（6）充氣加壓的預處理過程；

儲能步驟，在電網電能過剩時，開啟高壓水泵（4），通過高壓水泵（4）向水氣共容艙（5）內注水，水在水氣共容艙內與預壓縮氣體混合成為高壓水，壓縮水氣共容艙（5）內的空氣回流至水下氣囊（6）內，當艙內氣體達到設定壓力時，關閉高壓水泵（4）及閥門完成儲能過程；

釋能步驟，在電網用電負荷高峰時，通過水氣共容艙（5）內的海水在水下氣囊（6）內高壓氣體的作用下被向外壓出，然后海水對水輪機（3）做功，做功結束后的海水與冷卻海水匯合回流至海中，水輪機帶動電動機（11）發電完成釋能；

預處理步驟具體如下，

在電力調度與控制中心（12）的調度控制下，電能驅動電動機（11）旋轉，此時電動機（11）作為電動機工作；電動機（11）通過第一聯軸器（9）和旋轉軸驅動壓縮機機組做功，第一級壓縮機吸入空氣，將空氣壓縮至設定壓力溫度后，空氣進入第一級換熱器，被冷卻至環境溫度后進入下一級壓縮機再次被壓縮至設定壓力溫度，直至在最后一級換熱器中冷卻至環境溫度后被充入水下氣囊（6）中；當水下氣囊（6）達到設定壓力后關閉所有閥門及壓縮機機組；水下氣囊（6）與水氣共容艙（5）內部壓力相同。