[发明专利]泵式水电蓄能系统及方法

说明书

本申请公开了一种泵式水电蓄能系统和方法。该系统采用高密度流体(例如浆料)来提高功率输出。在某些情况下，该流体是二元流体系统，具有高密度流体和低密度流体，例如水。低密度流体流经系统的涡轮单元，从而避免了修改系统以处理高密度流体的需求，同时实现了更高的功率输出。该系统可以配置有一个用于高密度流体的常压蓄水池，以及另一个用于低密度流体的常压蓄水池。它们中的每一个都连接到充满高密度或轻密度流体的加压腔中。常压罐可能处于相同的高度，或者高密度流体罐可能更高，以增加能量输出。例如，可以将系统放置在一地形高度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月16日提交的美国临时申请62/657,941；2018年5月16日提交的美国临时申请62/672,566；2018年6月5日提交的美国临时申请62/680,597；以及2018年10月19日提交的美国临时申请62/747,678的优先权，出于所有目的将其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本公开涉及泵式水电蓄能系统和方法。具体地，本公开涉及使用高密度流体或高密度流体和低密度流体(诸如水)的组合以增加功率输出的泵式水电蓄能系统和方法。

背景技术

可再生能源，例如从太阳，风和水中利用的可再生能源，是产生电力的流行能源形式，因为它们对我们的环境影响很小。例如，可再生能源不会污染环境，例如二氧化碳排放量。尽管可再生能源具有优势，但也有劣势。例如，可再生能源高度依赖自然，而自然是不可依赖的或至多是不可靠的。太阳能需要阳光，阳光可能会受到云的影响；风力依靠风能，而风会来来去去；水力依赖水，水依赖于数量有限的水路，并且面临着众多挑战。这些可再生能源的不可靠性或不一致性导致供需不平衡。这种不平衡会导致能源价格大幅波动。

传统的泵送水能依赖于水从上部蓄水池通过压力管流到下部蓄水池。然后，水转动涡轮发电，然后将其送到电网。为了给上部蓄水池补水，将水泵入压力管。泵式水能存储，因为它除了涡轮外，还具有用于给系统补水的泵，因此具有可控性和可靠性。这可以稳定传统可再生能源固有的供需失衡。此外，常规水力发电系统和泵送水电蓄能的重要考虑因素是蓄水池所需的占地面积。

本公开针对具有高功率输出的小占地面积的泵送水能蓄能系统和方法。

发明内容

实施例总体上涉及非常规泵式电蓄能系统和该泵式水电蓄能系统的应用。与传统的泵式水电能源系统相比，该系统具有更小的占地面积和更高的能量密度。该系统使用高密度流体，并允许不同的配置，其中上部和下部蓄水池可能处于同一高度。液压泵和涡轮机可以放置在高于下部蓄水池的位置，例如，在地下矿井上方的地面上。

具体地，一个实施例涉及一种泵式水电蓄能系统，该泵式水电蓄能系统包括第一蓄水池和设置在第一蓄水池下方的第二蓄水池。该系统还包括涡轮单元。涡轮单元包括第一涡轮单元流口和第二涡轮单元流口。提供与第一和第二蓄水池流体连通的压力管。压力管包括第一部分，其连接至第一蓄水池和第一涡轮单元流口；第二部分，其连接至第二蓄水池和第二涡轮单元流口。涡轮单元被布置为靠近第二蓄水池。浆料在系统中循环。浆料是高密度流体，其密度大于水。浆料沿第一方向或向前方向从第一蓄水池经涡轮流向第二蓄水池，从而使涡轮单元产生能量。在再充模式下，浆料沿第二方向或相反方向从第二蓄水池经涡轮流向第一蓄水池，从而对系统进行再充。与使用水的系统相比，高密度浆料增加了系统的功率输出。

通过参考以下描述和附图，本文公开的实施例的这些和其他优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，本文描述的各种实施例的特征不是互相排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。

附图说明

在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记通常指代相同的部分。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明各实施例的原理上。在以下描述中，参考以下内容描述了本公开的各实施例，其中：

图1示出了泵式水电蓄能系统的示例性实施例的简化图；