[发明专利]一种基于柔性储气装置的自平衡水下压缩空气电力储能系统

说明书

本发明公开了一种基于柔性储气装置的自平衡水下压缩空气电力储能系统，包括柔性储气装置、压缩机组、膨胀发电机组、蓄热器和浮动平台；压缩机组用于将电能转化成高压压缩空气的压力能并能将高压压缩空气存储至柔性储气装置中，膨胀发电机组用于将高压压缩空气的压力能从柔性储气装置中释放并重新转化为电能，柔性储气装置能存储或释放高压压缩空气的压力能，且能控制或调节储能系统的浮力,使得浮动平台能够在水面保持平衡。本发明可以显著提高水下压缩空气储能系统的技术经济性，从而促进其在海上可再生能源发电场景中的推广应用。

技术领域

本发明涉及一种基于柔性储气装置的自平衡水下压缩空气电力储能系统。

背景技术

压缩空气储能技术是最具发展潜力的储能技术之一，在解决具有间歇、波动特性的可再生能源发电的有效利用问题、微电网的能量管理以及大电网的峰谷调节等方面都可以发挥重要作用。尤其对于海上风能、太阳能、波浪能、温差能等可再生能源的开发利用来说，具有灵活布置、高可靠性、低污染等优点的压缩空气储能系统要比电化学储能系统更加适合作为电能的规模化存储和发电功率调节的储能技术方案。

为海上可再生能源发电场配置的压缩空气储能系统通常需要布置在海面上，并将储气装置布置在水下，因而也称为水下压缩空气储能系统。水下压缩空气储能系统通常利用水压来实现压缩空气的定压存储，避免储能和释能发电过程中的储气压力变化，从而维持系统的稳定高效运行。另一方面，由于水下储气装置中高压空气的压力主要由外部水压抵消，对储气装置的承压能力要求很低，因而可以采用薄壁的刚性容器甚至柔性的容器，相对采用高压压力容器储气的陆上压缩空气储能系统的储能成本大幅降低。

但是，现有的水下压缩空气储能技术仍存在如下不足：

（1）通常需要为水下储气容器设置额外的沉底配重，起着类似船锚的作用，以克服储气量变化带来的容器升力变化，使其在水下的高度位置保持相对固定，维持储气压力的相对恒定。当储气容量较大时，需要的沉底配重的重量也就越大，成本越高；同时，有些情况下需要对储气压力等级进行调节以满足不同的需求，但采用沉底配重来固定水下储气容器会为储气压力等级的调节带来不便。

（2）现有的水下储气技术方案中，如“一种水下压缩空气储能发电装置”（专利申请号：201910620643.9）公布了一种通过设置刚性和可扩展的浮力调节室和高压储气室的方式解决额外设置沉底配重带来的高成本和使用不便的问题，但是由于浮力调节室和高压储气室为非密封气室，存在水与气室中的压缩空气直接接触的问题。水的挥发会使压缩空气中的水分增加，导致管道系统、下游的膨胀机组、换热器等发生腐蚀及性能退化，尤其是膨胀机组很难进行防腐处理，会严重影响系统的使用寿命及安全性。上述问题的常规解决方案是对膨胀机组的入口空气进行干燥净化，但是由于高压空气的特殊性，需要设置专门的干燥净化装置，从而带来成本的提高。另“一种压缩空气储能调峰发电系统”（专利申请号：201610199171.0）公布了一种通过设置液体密封层来减小水挥发进入压缩空气的方式解决类似的气液恒压储气方案中水的挥发问题，但是对于非密封储气室并不适用。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种基于柔性储气装置的自平衡水下压缩空气电力储能系统，通过同时设置柔性密封的低压储气单元和高压储气单元，不但可以维持无配重情况下储能系统平台在水中的稳定，而且能使压缩空气始终处于干燥清洁的状态。