[发明专利]一种弹簧式水下恒压空气储释能系统

说明书

本发明公开一种弹簧负反馈式水下恒压储释能系统，包括水面工作平台、多级压气机、多级空气透平、电动机‑发电机、三通阀、储气罐、水下工作平台、伸缩机构和弹簧。在用电低谷期，压气机将高压气体存储于水下储气罐中；在用电高峰期，高压气体进入透平膨胀做功，透平带动发电机输出电能。系统静止时，储气罐中的气压利用水的静压特性得以保持恒定。储气罐底部装有与水下工作平台连接的弹簧，系统储气与释气时，弹簧的力学负反馈作用可以保证储气罐中气压恒定。水下工作平台与水底通过伸缩机构连接，可以通过伸缩机构调整水下工作平台深度，从而设定系统的工作压力。该系统利用水的静压特性与弹簧的力学负反馈作用，从而实现恒压储气与释气。

技术领域

本发明涉及压缩气体储能领域，尤其涉及一种弹簧式水下恒压储释能系统。

背景技术

近年来，我国可再生能源快速崛起。2019年国内风力发电量和太阳能发电量分别增至405.7TWh、224.3TWh，在总发电量中占比8.5％，年增长率分别为10.8％、26.4％。但由于可再生能源间歇性明显、能量密度低、大规模并网不利于电网稳定、输电通道建设滞后等因素，限制了可再生能源的消纳。为此国家明确提出推动储能系统与可再生能源协调运行。

现有的抽水储能系统，需要建造水库和水坝，选址困难且建设周期长，投资成本高，占用土地资源多，需要考虑移民问题，对环境影响较大，会导致一些生态问题。

现有的蓄电池储能系统，单位储能成本高，功率等级低，无法大规模布置，工作寿命短，充放电慢，污染性高，难以工作在环境恶劣的地方。

现有的恒容储能系统，储气罐内总有剩余气体，能量无法彻底利用，储释能时储气罐内气体压力时刻变化，导致压气机与透平偏离设计工况运行，系统效率低。

现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在储释气时通过电机-缆绳拉动储气罐以调整储气罐的深度，从而保证储气罐中气体恒压，如发明公开专利“一种水力恒压储释能系统与智能调控方法(公开号：CN111120208A)”，该系统在恒压控制时，拉动储气罐的电动机会消耗电能。

现有的电机-缆绳式水下恒压储释能系统在使用电机-缆绳结构控制储气罐中气体恒压时，需要实时监测储气罐内液面深度以及缆绳与水平面夹角以计算出所需的电机力矩，进而进行电机调控。这个控制过程需要为各传感器以及电机设计自动控制系统。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种弹簧式水下恒压储释能系统，可以通过弹簧的力学负反馈作用维持储气与释气过程中储气罐内气体压力恒定。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种弹簧式水下恒压储释能系统，包括水面工作平台、多级压气机、多级空气透平、电动机-发电机、三通阀、储气罐、水下工作平台、伸缩机构和弹簧，

所述水面工作平台靠近水面设置，且所述水面工作平台与水面之间的距离可调，

所述多级压气机、所述多级空气透平和所述电动机-发电机位于水面工作平台上方，且所述多级压气机和所述多级空气透平分别与所述电动机-发电机导线连接，且所述多级压气机的出口、所述多级空气透平的进口分别通过第一输气管道和第二输气管道与三通阀的第一端口和第二端口连接，

所述储气罐位于水面下且可沿竖直方向在水里上下移动，储气罐的进出气口通过第三输气管道与三通阀的第三端口连接，

所述水下工作平台位于所述储气罐下方，且所述水下工作平台通过所述伸缩机构与水底固定连接，

所述弹簧位于所述储气罐和所述水下工作平台之间，所述弹簧的顶端与所述储气罐固定连接，所述弹簧的底端与所述水下工作平台固定连接。

进一步地，还包括雷达测距仪，所述雷达测距仪固定设置在所述储气罐的顶部，用于测量所述储气罐的顶部分别到储气罐内部液面和水面工作平台的距离。