[发明专利]一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统

说明书

本发明公开了发明高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，水气共容舱中的空气经过增压机后直接进入储气竖井，维持水气共容舱内气体压力稳定不变。由于储气竖井的蓄热作用，同时储存了压缩空气的势能和热能。在释能阶段，系统的输出电能包括两部分：一部分，竖井中具有一定温度的高压空气进入透平膨胀做功；另一部分水气共容舱中的水推动水轮机发出电能，提高了系统的储能密度和运行效率。由于储气竖井外部有绝热层，其中的空气温度较高，流经透平膨胀后温度降低，保证了水气共容舱内温度较低，避免水的温度升高对水轮机造成损伤。本发明利用储气竖井将高压空气储存，大大降低了高压容器的投资成本，缩短储能系统的回收年限，提高系统运行经济性。

技术领域

本发明涉及电能物理储存领域，特别涉及一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统。

背景技术

随着能源环境问题的日益突出，风能、太阳能等可再生能源受到越来越多的重视，但是由于可再生能源的波动性、随机性以及现有电网的调峰能力不足等问题给可再生能源的发展带来了巨大的挑战。储能系统作为电厂和电网之间的过渡系统，能够有效解决可再生能源的并网问题。此外，储能系统还能够平滑电网的负荷波动，提高电网的安全性和可调控性。现有的储能方式中，由于受到储能规模、放电时间、技术成熟度等因素的限制，目前只有压缩空气储能和抽水蓄能能够大规模应用。

然而压缩空气储能与抽水蓄能系统也有一定的缺点。压缩空气储能系统内部换热环节多，不可逆损失大，并且，为了保证较高的输出功率和效率，在发电阶段需要消耗大量燃料；抽水蓄能系统对地形及水源有较高的要求。

针对这些问题，西安交通大学王焕然等人首次提出水-气共容舱电力储能系统，并针对该系统在发电和储能过程中的变工况工作特性，提出了恒压水-气共容舱电力储能系统(CN201210099690.1)。该恒压水-气共容舱电力储能系统利用蒸汽锅炉向水气共容舱内补充水蒸气，以保证水气共容舱内压力恒定，进而确保水轮机发电机组在稳定工况下运行发电。但是水蒸气的温度较高，会在一定程度上降低共容舱的安全性，并会加快水气共容舱的腐蚀。因此该研究团队提出了用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统(CN201410312066.4)。该系统在储能过程中通过增压机将空气由水气共容舱输到高压储气罐中，释能过程中高压储气室中的空气经过稳压阀降至一固定压力后进入水气共容舱，达到使水气共容舱在排水保持恒压的目的。该用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统在储能过程中，高压储气罐内压力不断升高，增压机的背压增大，其流量不断变化引起水气共容舱内压力的波动；在高压情况下，舱内气体在水中的溶解度急剧增加，这些溶解气体会造成水轮机叶片出现严重的气蚀现象，引起重大的安全事故；并且在发电过程中，高压储气室中的空气经过稳压阀压力降低，造成了能量损失；另外，高压储气罐投资成本巨大，降低了运行经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，以克服现有技术的不足，该系统储能密度及运行效率高，投资成本低。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压绝热储气抽水压缩空气储能系统，包括蓄水池、水气共容舱和储气竖井，蓄水池通过阀门和水泵机组连接至水气共容舱的进水口，水气共容舱的出水口通过阀门和水轮机机组与蓄水池相连；水轮机机组连接至发电机；

水气共容舱内设有能够随水气共容舱内液面浮动的空心钢板；

水气共容舱上端的出气口分别通过阀门连接至透平和增压机，透平和增压机分别通过阀门连接至储气竖井；

增压机连接电动机和压缩机组，透平连接至发电机。

进一步的，水气共容舱壁面内部有螺旋状的导轨，空心钢板随液面在螺旋状的导轨内滑动。

进一步的，圆形空心钢板下表面为倾斜面，空心钢板体积对称面的横截面为直角三角形，且其较大的锐角和螺旋状的导轨螺旋角相同。