[發明專利]壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統及方法

在審

• 申請號: 202310079392.4
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116201674A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李航;韓月;馬洪嶺;朱施杰;曾真;鄭鑄顏;王軒;楊春和
• 申請（專利權）人: 重慶大學;中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司;中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: F03B13/06
• 分類號: F03B13/06;F01D15/10
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明公開了一種壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統及方法。利用天然水壓密封的湖底人工硐室，能夠在一個人工硐室中同時通過壓氣蓄能和抽水蓄能實現能量的存儲和釋放，以達到可再生能源的高效利用。系統循環運行初期，湖底人工硐室內的高壓氣體和水會向外滲透，在抽水蓄能和壓氣蓄能的交替過程中，人工硐室會形成氣、水交替滲透層，同時在湖底天然水壓和滲透阻力的作用下，氣、水交替的滲透層會逐漸趨于穩定，更有利硐室的密封性。

技術領域

本發明涉及地下能源儲備技術領域，尤其涉及一種壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統及方法。

背景技術

為了應對全球氣候變化問題，2015年12月，《巴黎協定》在第21屆聯合國氣候大會通過，協定的主要目標是在世界各國的共同努力下，立即采取行動減少溫室氣體的排放，全球平均氣溫上升的幅度較前工業化時期相比控制在2℃以內。為了實現這一目標，需要減少使用以石油、煤炭為代表的傳統化石能源，構建以可再生能源為主體的新能源結構，其中風能和太陽能有望成為未來主要的可再生能源。

眾所周知，可再生能源具有以下特點：間歇性、波動性和周期性。當可再生能源的供應端和需求端不平衡時，就會存在大量的棄風棄光現象。

為了解決上述問題，需要利用大規模儲能技術來實現負荷平衡，抽水蓄能和壓氣蓄能是目前最成熟的兩種大規模儲能方式。兩種儲能方式分別以水和高壓空氣作為能量載體對能量進行存儲和釋放，通過能量的存儲和釋放將風電、光伏這些間歇性能源轉化成穩定、可控的電能，最終實現電網的“削峰填谷”。

盡管抽水蓄能和壓氣蓄能存在諸多優點，但抽水蓄能和壓氣蓄能仍然存在很多局限性。抽水蓄能受地理資源約束明顯，需要建造在有豐富的水資源和地理落差，同時上下水庫要存在較大落差，經濟效益較差、投資成本和后期維護成本高。傳統的壓氣蓄能將空氣儲存在地面儲氣罐，儲氣容量小、能量密度低、發電效率低。如何實現大規模高效儲能是一個亟需解決的問題。

發明內容

本發明通過提供一種壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統及方法，能夠實現大規模高效儲能。

本發明提供了一種壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統，包括：湖底人工硐室、地面蓄水池、注排水管道、第一發電機、可逆水輪機、空氣壓縮機、第二發電機、膨脹機、三通管、通氣管道、電網、第一閥門、第二閥門、第三閥門及第四閥門；所述湖底人工硐室的下部與所述地面蓄水池通過所述注排水管道連通；所述可逆水輪機設置在所述注排水管道中；所述可逆水輪機的動力輸出端與所述第一發電機的動力輸入端機械連接；所述第一閥門和所述第二閥門均設置在所述注排水管道中，且所述第一閥門位于所述可逆水輪機與所述地面蓄水池之間，所述第二閥門位于所述可逆水輪機與所述湖底人工硐室之間；所述電網的發電端與所述空氣壓縮機的動力輸入端連接；所述空氣壓縮機的出氣端與所述三通管的第一端口連通；所述三通管的第二端口通過所述通氣管道與所述湖底人工硐室的上部連通；所述第三閥門設置在所述空氣壓縮機與所述三通管的第一端口之間；所述三通管的第三端口與所述膨脹機的進氣端連通，所述膨脹機的出氣端與所述第二發電機的進氣端連通；所述第二發電機的發電端與所述電網的動力輸入端連接；所述第四閥門設置在所述膨脹機與所述三通管的第三端口之間。

具體來說，在所述通氣管道和所述湖底人工硐室的外壁有鋼筋混凝土層。

具體來說，還包括：控制器；所述控制器的信號輸出端與所述第一閥門、第二閥門、第三閥門及第四閥門的信號輸入端通信連接。

本發明還提供了一種壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能方法，適用于上述的壓氣蓄能與抽水蓄能耦合的湖底人工硐室儲能系統，包括：

儲能階段，打開所述第一閥門、所述第二閥門和所述第三閥門，關閉所述第四閥門，利用所述電網中富余的電力，驅動所述空氣壓縮機產生高壓空氣，所述高壓空氣經所述通氣管道進入所述湖底人工硐室；所述湖底人工硐室中的水經過所述可逆水輪機沿著所述注排水管道排至所述地面蓄水池；當所述湖底人工硐室充滿高壓空氣時，關閉所有閥門；