[發(fā)明專利]一種水體旋轉、排水儲能與發(fā)電的系統(tǒng)及控制方法

在審

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• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN116025504A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 王哲;趙勇;曹國恩;侯彥嬌;陳卓;王一波
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F03B17/02
• 分類號: F03B17/02;F03B3/10;F03B11/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發(fā)明提供一種水體旋轉、排水儲能與發(fā)電的系統(tǒng)及控制方法，利用水頭發(fā)電時的進水和儲能時排空沉箱內水體過程，通過導流管道使沉箱內的水體旋轉產生動能儲能，由于水的粘滯力降低水體的角速度和動能，由此通過氣體將圓臺形沉箱內底、壁與水體隔開，克服水的粘滯力提高水體的動能，同時采用空化射流氣泡技術克服水體的生物寄生，提高沉箱的穩(wěn)定性和沉箱儲能輸出功率密度，解決提高每個單體水下沉箱排水儲能功率密度問題。水體旋轉動能與水輪機發(fā)電一起快速支撐電網，提高沉箱儲能功率密度。

技術領域

本發(fā)明屬于儲能領域，具體涉及一種水體旋轉、排水儲能與發(fā)電的系統(tǒng)及控制方法。

背景技術

隨著新能源的快速發(fā)展，儲能的重要性凸顯，如眾所周知光伏、風力發(fā)電的不確定性和不穩(wěn)定性，造成電網的波動，由此帶來的是大面積的棄風棄光，對于大規(guī)模電站損失巨大，西北地區(qū)尤為嚴重。然而現(xiàn)有儲能各有特點，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、化學儲能是很好的解決方法。抽水蓄能擁有功率大、放電時間長的特點，效率在60％～70％之間，抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)重要的調節(jié)工具，具有啟動靈活、調節(jié)速度快的優(yōu)勢，是技術成熟、運行可靠且較為經濟的調峰電源與儲能電源。一種類似“抽水蓄能”的方法“水下沉箱排水儲能”，通過新能源發(fā)電無法外送產生的余電將水下沉箱內的水排出，需要供電時利用水深壓力驅動沉箱上的水輪發(fā)電機發(fā)電。是“抽水蓄能”的逆過程。有利于水上風電、漂浮式光伏、海洋潮汐發(fā)電等，在海洋、湖泊等儲能，通過儲能調度保證新能源輸出的穩(wěn)定性。

由于考慮水下沉箱排水儲能的浮力、安裝和成本問題，單體容量不易于過大，由此提高每個單體水下沉箱排水儲能功率密度，是非常重要的。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種水體旋轉、排水儲能與發(fā)電的系統(tǒng)及控制方法，利用水頭發(fā)電時的進水和儲能時排空沉箱內水體的過程，通過導流管道使沉箱內的水體旋轉，同時克服水體的生物寄生、水體旋轉水的圓臺形沉箱底和箱壁的粘滯力，提高沉箱的穩(wěn)定性和沉箱儲能輸出功率密度。

由于水下沉箱排水儲能內外水體相互隔開，當在發(fā)電時的進水、儲能時排空沉箱內水體。當選擇圓臺形沉箱結構和特定的導流管道進排水方式，使圓臺形沉箱內的水體發(fā)生轉動。

由此圓臺形沉箱內在沿沉箱管壁方向布置水輪機發(fā)電出水管，圓臺形沉箱內的水體在水輪機發(fā)電出水動能的作用下，使水體沿沉箱箱壁旋轉。同樣在排蓄能時，在圓臺形沉箱內在沿沉箱管壁方向布置水泵抽水導向進水管，將圓臺形沉箱內的水體排出，在排出水體的過程中圓臺形沉箱內水體在水流的作用下發(fā)生旋轉的趨勢，如持續(xù)非定期進、排水維持水體旋轉，如再圓臺形沉箱內底部加入水平方向與水體旋轉同軸一定質量的葉輪，同風機一樣水體旋轉帶動發(fā)電。

由于水的粘滯力降低水體的轉動角速度ω，由轉動動能公式為由此粘滯力大大的降低水體轉動動能E_水，由此克服水的粘滯力水體才可能同風機發(fā)電和飛輪儲能，通過水體旋轉帶動葉輪發(fā)電，在瞬間新能源發(fā)不足時，快速支撐電網，由此有效的獲取此動能則使沉箱儲能功率密度增加。

另外，水生物對沉箱內壁影響很大，增加水體旋轉的摩擦阻力，由此水生物定期清理也是非常重要一個環(huán)節(jié)，由此采用國際上最新的水下清洗海生物的技術“空化射流技術”，該技術可有效地清洗不同類型的艦船、海上石油平臺、碼頭、水下管道等設施的海生物。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種水體旋轉、排水儲能與發(fā)電的系統(tǒng)，包括圓臺形沉箱儲能單元、發(fā)電單元、生物清理單元、水體旋轉減阻單元；

所述圓臺形沉箱儲能單元位于一定規(guī)模和深度的水體中；發(fā)電單元位于圓臺形沉箱的頂蓋和靠近底部；生物清理單元位于圓臺形沉箱內并與圓臺形沉箱同軸漂浮在水體上；水體旋轉減阻單元位于圓臺形沉箱內外。