[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

本發明一種海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統及方法，所述系統包括電力調配單元、儲能回路和釋能回路；儲能回路包括依次連接的壓縮機機組、水下氣囊和水氣共容艙；釋能回路包括水輪機；水輪機進水口與水氣共容艙的出水口相連；電力調配單元包括電動機/發電機和用于連接控制電動機/發電機的電力調度與控制中心；儲能時，電動機/發電機的電動機端帶動高壓水泵向水氣共容艙內注水儲能；釋能時，水氣共容艙中的高壓水驅動水輪機帶動電動機/發電機的發電機端進行發電。所述方法包括預處理步驟、儲能步驟和釋能步驟。保證系統運行過程中具有穩定的工況和較高的發電效率，同時進一步提高了系統的經濟性。

技術領域

本發明屬于物理儲能技術領域，涉及一種用于海上孤島的壓縮空氣儲能，具體為海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統及方法。

背景技術

能源是人類賴以生存和發展的物質基礎，同時也是影響國民經濟發展的重要因素。近年來，隨著化石能源的消耗量急劇增加，由此帶來的常規能源短缺、溫室空氣排放、環境污染等問題日益突出，因此加強風能、太陽能等具有替代作用的可再生能源的開發利用尤為重要。

我國幅員遼闊，陸地及海洋面積廣闊，可再生能源蘊藏量豐富。在經濟社會的發展過程中，遠離海岸線的諸多海島由于受特殊地理環境因素的制約，需要投入巨大的時間成本和經濟成本才能接入強大的輸配電網絡，嚴重影響了這些地區的經濟發展。根據我國的風能、太陽能資源的分布情況可知，這些遠離海岸線的海島的風能及太陽能資源的可開發量豐富，由于風能和太陽能具有天然的互補性，因此在海島地區開發風能和太陽能是一種合理可行的能源利用方式。由于風能及太陽能受天氣影響明顯，具有波動性和隨機性，因此有必要引入電能存儲技術，保證能源的持續、穩定供給。

目前儲能技術主要分為物理儲能和化學儲能，其中物理儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，化學儲能技術包括電池儲能等。考慮到目前可以進行大規模儲能的技術為抽水蓄能和壓縮空氣儲能，同時考慮海島的地理環境條件，因此僅有壓縮空氣儲能具有可行性。

國內外目前針對壓縮空氣儲能技術的研究多采用地下鹽穴、廢棄礦洞或隧道等作為儲氣容器，存在電站造價高且需要特定地形結構等問題。為解決上述問題，同時考慮到儲能和釋能過程中的變工況特性，西安交通大學王煥然等首次提出一種恒壓水-氣共容艙電力儲能系統(CN201210099690.1)。

在上述恒壓水-氣共容艙電力儲能系統的釋能過程中，水-氣共容艙內的水位不斷降低，水氣共容艙內上部空氣體積增大，空氣壓力下降。為保證水輪機在穩定工況下發電，即保持釋能過程中水氣共容艙內壓力恒定，利用蒸汽鍋爐向水-氣共容艙內補充水蒸氣。

進一步的，考慮到蒸汽鍋爐產生的高溫水蒸氣會與水-氣共容艙內工質發生熱交換，降低水-氣共容艙的安全性，同時考慮簡化系統結構，王煥然等進一步提出一種用高壓儲氣罐恒壓的水-氣共容艙電力儲能系統(CN201320222066.4)。

在上述用高壓儲氣罐恒壓的水-氣共容艙電力儲能系統中，由于高壓儲氣罐的設置，使得儲能系統的經濟性變差，同時又額外增加了增壓機及節流穩壓裝置，增加了儲能系統的能耗及不可逆損失。

目前，電能的清潔、高效、低成本儲存技術仍然屬于世界性難題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統及方法，結構簡單，設計合理，造價低，電能清潔高效。

本發明是通過以下技術方案來實現：

海上無壩抽水壓縮空氣儲能系統，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、水下氣囊和水氣共容艙；壓縮機機組的空氣入口連接大氣，水下氣囊設置在海面以下且固定在海底，水氣共容艙上設置有與海水連通的高壓水泵；

所述的釋能回路包括水輪機；水輪機進水口與水氣共容艙的出水口相連；