一种城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统

技术领域

本发明属于发电技术领域，涉及一种城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统。

背景技术

随着我国经济的发展，一方面，城乡既有建筑总面积约700亿平方米，每年新建面积约20亿平方米，截止2020年底全国集中供热面积约122.66亿m

此外，电动汽车迅速发展、发展潜力巨大，截至2023年6月底，截至6月底，全国新能源汽车保有量达1620万辆，占汽车总量的4.9％；其中，纯电动汽车保有量1259.4万辆，占新能源汽车总量的77.8％。国网能源研究院研究显示，2030年我国电动汽车保有量预计将突破6600万辆，2060年电动汽车保有量有望达3.5亿辆左右。电动汽车爆发式增长提升了电网负荷，电动汽车同时充电的特性加剧了区域的电网峰谷差，给电网调节带来新挑战。考虑到未来光伏等新能源逐步成为电源主体，分布式光伏晚间无出力叠加电动汽车充电负荷激增，晚高峰电力平衡和系统安全稳定运行将面临极大考验，分布式光伏和电动汽车并网运行和对配电网系统的电压稳定、暂态稳定和频率稳定都有较大的影响，成为新型电力系统的建设中面临的重要挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统，该系统消除能够分布式光伏和电动汽车并网运行后引起的电压稳定、暂态稳定和频率稳定问题。

为达到上述目的，本发明公开了一种城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统，包括储能管道、热力管道、电动阀、泵、电机、四象限变流系统及电网；

储能管道经电动阀及泵与热力管道相连通，泵与电机相连接，电机经四象限变流系统与电网相连接。

所述四象限变流系统包括整流器及逆变器，其中，电机经整流器及逆变器与电网相连接。

储能管道经压力表、电动阀及泵与热力管道相连通。

所述电机能够分别实现发电机的功能以及电动机的功能。

在储能过程中，泵正向旋转运行于抽水工况，在发电过程中，泵反向旋转运行于水力透平工况。

在储能过程中，电机工作于电动机模式，四象限变流系统从电网中吸收电能，驱动电机带动泵将热力管道中的水抽取到储能管道中。

在发电过程中，储能管道中带压气体膨胀排挤水流，在带压水流推动下，泵反向旋转，将水能转化为机械能，带动电机发电，电机工作于发电机模式，四象限变流系统释放电能到电网。

储能管道及热力管道均为热力管网已有管道。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统在具体操作时，储能管道经电动阀及泵与热力管道相连通，泵与电机相连接，电机经四象限变流系统与电网相连接，利用四象限变流系统实现电网与电机之间电能的双向流通，同时利用储能管道配合泵及电机工作，消除分布式光伏和电动汽车并网运行后引起的电压稳定、暂态稳定和频率稳定问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为储能管道、2为热力管道、3为压力表、4为电动阀、5为泵、6为电机、7为四象限变流系统、8为电网。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的城市供热管路系统的水力压缩空气储能系统包括储能管道1、热力管道2、泵5、压力表3、电机6、四象限变流系统7及电网8；

其中，储能管道1经压力表3、电动阀4及泵5与热力管道2相连通，泵5与电机6相连接，电机6经四象限变流系统7与电网8相连接，所述储能管道1中气水共存。

本实施例中，所述电机6能够分别实现发电机的功能以及电动机的功能。

本实施例中，所述四象限变流系统7包括整流器及逆变器，其中，电机6经整流器及逆变器与电网8相连接，根据泵5的工作状态，电机6实现电动机功能与发电机6功能之间的切换，即在储能过程中，泵5正向旋转运行于抽水工况下，在发电过程中，泵5反向旋转运行于水力透平工况。

本发明的工作过程为：

在储能过程中，电机6工作于电动机模式，四象限变流系统7从电网8中吸收电能，驱动电机6带动泵5将热力管道2中的水抽取到储能管道1中；在发电过程中，储能管道1中带压气体膨胀排挤水流，在带压水流推动下，泵5反向旋转，将水能转化为机械能，带动电机6发电，电机6工作于发电机模式，四象限变流系统7释放电能到电网8。

本发明利用城市供热管路建设抽水蓄能系统，利用城市供热管路系统既作为蓄能容器，又作为蓄水池，分段存带压的气、水混合物和连接大气压的水，实现无地势落差的分布式储能-发电，不仅充分发挥空闲期管路的经济价值，同时又可以在用户侧大幅度消纳分布式光伏发出的电能，还可以平滑用户侧负荷波动、分布式光伏、电动汽车的波动。

本发明具有以下特点：

a)本发明通过惰性气体的压缩、膨胀实现储能、发电，实现无地势落差的储能-发电，具有布置灵活的优点。

b)本发明布置于城市中的用电负荷侧，提供了一种新型配电网储能方式。

c)本发明充分利用地下部分利用已有管路系统，无需大规模动土建设，适应于城市用地紧张的条件。

d)本发明安全性能高，无毒无害、无爆炸、无起火等灾害影响。

e)本发明具有更高的效率，储能过程和膨胀过程接近等温过程，系统的循环效率较高。

f)本发明根据热力管网地形起伏情况，可以实现装机容量的标准化，降低系统的成本，系统经济性好。

g)本发明与用户侧光伏、用户侧充换电设施联合运行，削弱了光伏出力随机性、间歇性、反调节性及波动性对配电网系统电能质量的影响，降低了用户侧充换电设施间歇性负荷波动对配电网系统安全稳定运行的影响，提高了配电网电能质量，降低了配电网的投资改造成本。

h)本发明无需改动现有热力管网系统水泵机组，仅需要更换水泵变频控制柜为四象限变流系统7，即可实现热力管网系统蓄能化改造。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。