一种自动储释能的水下柔性储能系统

技术领域

本发明涉及水下储能技术领域，具体为一种自动储释能的水下柔性储能系统。

背景技术

目的在于稳定电网供电能力，有效避免电力能源浪费的问题。针对储能方式的研究一直是一个具有挑战性和关注性的课题，陆地储能会占用大量的陆地空间资源。

而目前，水下储能方式的研究多关注于压缩空气的存储，以往采用钢制罐体作为储能单元，这种储能单元面临的问题在于，当释能结束后储能单元内部为负压，而储能单元又受到外部静水压力的作用，极易对结构强度造成破坏。往复性的储能，释能过程，也是引起储能单元结构疲劳损伤的过程。钢制储能单元，其安装极其困难，安装成本巨大。

钢制储能单元对结构设计强度的要求高，保证安全性的前提下，系统的设计难度与安装强度比较高，能源利用率低。

发明内容

本发明目的是提供一种自动储释能的水下柔性储能系统，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明具有对结构设计强度的要求低，在保证安全性的前提下系统的设计难度与安装强度低。且柔性储能系统充分利用了静水压力的特性，将其压力势能转化成储能单元内压缩空气的动能，进一步提高了释能过程中能源的利用率，安装方便、不占用陆地资源。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动储释能的水下柔性储能系统，包括锚定在水底且将整个储能系统固定在水底的锚固底座，锚固底座上设有底座锚缆，锚固底座上方设有储能单元，储能单元为可坍塌的柔性罐体，储能单元外部包裹设有网兜，网兜将储能单元包裹并在底部延伸出若干根缆绳，缆绳与底座锚缆之间设有快速连接件，所述储能单元顶部设有与储能单元连通的管路单元，水面上设有浮标，浮标上设有监控系统和固定管路单元的安装孔，所述管路单元包括气管和传感器信号线，传感器信号线一端与监控系统通讯连接，气管穿过浮标延伸向上分为储能管路和释能管路，储能管路上设有空气压缩机，释能管路上设有汽轮机，空气压缩机和汽轮机均固定在浮标上，空气压缩机和汽轮机与陆上电网电连接；该系统充分利用了发电站附近存在水源的特点，实现从源头并入电网控制系统。

监控系统为自动化运行系统，监控系统根据指令实施对储能单元的储能和释能，并通过储能单元反馈的数据控制工作状态的开始与结束；

用电低谷期时，电网中过剩的电能通过空气压缩机将用电网过多的电能转化成压缩空气的形式存储在水底的储能单元中；用电高峰期时，通过储能单元中存储的压缩空气带动汽轮机发电再次转化成电能补充到电网。在保证安全性的前提下降低了系统的设计难度与安装强度。且该系统充分利用了静水压力的特性，将压力势能转化成储能单元内压缩空气的动能，提高了释能过程中能源的利用率。

优选的，所述储能单元的椭球形柔性罐体顶部开有气孔，气孔上设有法兰，柔性罐体体壁包括由内向外依次设置的内罐筒，外罐筒，加强筋，防生物附着层，防切割层；

用于储能的内罐筒和防泄漏的外罐筒均为由至少一层增强纤维复合材料构成且形成高强度、防腐蚀的密闭结构，加强筋沿外罐筒外壁径向设置作为主受力结构，防生物附着层，防切割层依次覆盖在外罐筒上。水下柔性储能系统储能单元由柔性材料制造，在储能阶段能够随着内压增加体积增大，在释能阶段随着内压减小而体积减小。且有效避免了释能后静水压力对储能单元结构强度的影响，防止压溃，提高了系统的安全性。

更为优选的，所述储能单元内设有数据采集器，数据采集器包括压力传感器和泄露传感器，压力传感器和泄露传感器均与传感器信号线相连，通过数据采集器实时监测储能单元内部运营状态，并将数据反馈给监控系统，监控系统通过数据采集器反馈的数据控制工作状态的开始与结束。

更为优选的，所述法兰包括外法兰和内法兰，外法兰和内法兰之间设有垫片，内罐筒通过内法兰和垫片夹持，压力传感器安装在内法兰上，外罐筒通过外法兰和垫片夹持，泄露传感器安装在内外罐筒之间，加强筋、防生物附着层、防切割层、网兜依次固定在外法兰上，外法兰、内法兰及垫片上对应位置开有孔道，孔道将气管与储能单元内部连通。该系统结构形式简单，系统操作难度低，不占用陆地资源。

更为优选的，所述网兜为纤维编织而成的柔性结构，网兜有效贴合储能单元，网兜随着储能单元形状的改变而变化，整体锚固储能单元。

更为优选的，所述锚固底座为打桩结构或配重块结构或锚定结构，配重块结构为一整块配重块或若干个小配重块组装而成，配重块为混凝土配重块。锚固稳定，给整个系统的正常运行提供了稳定的储释环境。

更为优选的，所述监控系统包括传感器信号接收器、系统开关，传感器信号接收器通过接收数据采集器反馈的数据来判断储能单元运营状态，避免充排过载的情况而破坏储能单元结构的密封性。自动化程度高，控制精确。

更为优选的，包括储能单元的储能阶段和释能阶段；

储能阶段：监控系统启动，连通电网与空气压缩机，启动空气压缩机及连接空气压缩机的管路阀门，通过管路单元向储能单元输送空气，监控系统实时读取储能单元内部压力传感器数据，当判定储能单元内部压力达到设定阈值时关闭空气压缩机和阀门，储能充能结束；

储能阶段的储能单元由塌缩状态逐步膨胀至满体积状态，内部压力由环境静水压力值缓慢增大至系统设定压力值，此时储能单元内部充满高压气体，储能单元内部压力等于或者略大于外部压力；

释能阶段：监控系统启动，将汽轮机并入电网，打开汽轮机端阀门，使储能单元内部高压气体通过管路单元向外释放，作用在汽轮机上实现发电；

打开阀门后，储能单元内部高压气体蕴含着巨大的压力势能，以及环境静水压力对储能单元进一步的挤压的能量将储能单元内部气体推向汽轮机；

监控系统通过各传感器数据判断储能单元剩余气体量，通过控制管路单元出气速率达到最佳释能比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统通过空气压缩机将用电低谷期电网过多的电能转化成压缩空气的形式存储在水底，在用电高峰期通过存储的压缩空气带动汽轮机发电再次转化成电能补充到电网。既避免了用电低谷期能源浪费的问题，又弥补了用电高峰期电网供电压力大，电压不稳定的现象。该自动储释能的水下柔性储能系统储能单元由柔性材料制造，在储能阶段能够随着内压增加体积增大，在释能阶段随着内压减小而体积减小。该系统结构形式简单，系统操作难度低，不占用陆地资源；该系统充分利用了发电站附近存在水源的特点，该系统能够实现从源头并入电网控制系统的优点。

附图说明

图1为本发明的系统总体示意图；

图2为本发明的储能单元结构示意图；

图3为本发明的网兜与储能单元俯视图；

图4为本发明的储能单元顶部结构剖视图；

图5为本发明的储释能原理示意图。

图中：1-锚固底座，2-网兜，3-底座锚缆，4-快速连接件，5-储能单元，6-管路单元，601-汽轮机，611-释能管路，602-空气压缩机，621-储能管路，7-浮标，8-外法兰，9-垫片，10-内法兰，11-加强筋，12-外罐筒，13-内罐筒，14-压力传感器，15-泄露传感器，16-电网，17-监控系统。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-5，一种自动储释能的水下柔性储能系统，包括锚定在水底且将整个储能系统固定在水底的锚固底座1，所述锚固底座1为打桩结构或配重块结构或锚定结构，配重块结构为一整块配重块或若干个小配重块组装而成，配重块为混凝土配重块。系统组装开始时，锚固底座1的规格依据储能系统的设计要求确定，而且锚固底座材质不能对环境造成影响。

锚固底座上设有底座锚缆3，锚固底座上方设有储能单元5，储能单元为可坍塌的柔性罐体，可适用于不同水深。柔性罐体体壁包括由内向外依次设置的内罐筒13，外罐筒12，加强筋11，防生物附着层，防切割层；用于储能的内罐筒13和防泄漏的外罐筒12均为由一层增强纤维复合材料构成且形成高强度、防腐蚀的密闭结构，外罐筒12在于防止内罐筒13发生破坏后造成储能单元功能的失效，主要起到双层保险作用。加强筋沿外罐筒外壁径向设置作为主受力结构，增强内外罐筒的结构强度，提高内压承载能力。防生物附着层，防切割层依次覆盖在外罐筒上，承担外部重物的冲击与刮擦。在储能阶段为了克服静水压力而向储能单元内部充入压缩气体，在释能阶段充分利用压力差带动发电设备发电。储能单元柔性结构的设计避免了释能后静水压力对储能单元结构强度的影响，防止压溃，提高了系统的安全性。

所述储能单元5内设有数据采集器，数据采集器包括压力传感器14和泄露传感器15，压力传感器14和泄露传感器15均与传感器信号线相连，通过数据采集器实时监测储能单元内部运营状态，并将数据反馈给监控系统，监控系统通过数据采集器反馈的数据控制工作状态的开始与结束。

所述储能单元的椭球形柔性罐体顶部开有气孔，气孔上设有法兰，所述法兰包括外法兰8和内法兰10，外法兰和内法兰之间设有垫片9，内罐筒13通过内法兰和垫片夹持，压力传感器14安装在内法兰10上，外罐筒12通过外法兰8和垫片9夹持，泄露传感器15安装在内外罐筒之间，加强筋11、防生物附着层、防切割层、网兜2依次固定在外法兰上，外法兰、内法兰及垫片上对应位置开有孔道，孔道将气管与储能单元内部连通，压力传感器以及泄露传感器的传感器信号线从孔道内穿过。

储能单元外部包裹设有网兜2，所述网兜2为纤维编织而成的柔性结构，网兜有效贴合储能单元5，网兜随着储能单元形状的改变而变化，整体锚固储能单元。储能单元在储能的过程中体积逐渐膨胀，网兜随着椭球形柔性罐体的膨胀而变大，储能单元在释能的过程中体积逐渐缩小，网兜随着椭球形柔性罐体的缩小而变小。

网兜2将储能单元包裹并在底部延伸出若干根缆绳，缆绳与底座锚缆之间设有快速连接件4，快速连接件实现将储能单元和锚固底座快速连接起来，或者更换新的储能单元。

所述储能单元顶部设有与储能单元连通的管路单元6。水面上设有浮标7，浮标7上设有监控系统和固定管路单元的安装孔，气管穿过安装孔安装在浮标7上，空气压缩机602和汽轮机601均固定在浮标7上。

所述管路单元包括气管和传感器信号线，传感器信号线一端与监控系统17通讯连接，气管穿过浮标延伸向上分为储能管路621和释能管路611，储能管路上设有空气压缩机602。空气压缩机602与陆上电网电连接，用电低谷期时，空气压缩机工作，电网中过剩的电能通过空气压缩机将用电网过多的电能转化成压缩空气的形式存储在水底的储能单元中；

释能管路上设有汽轮机601，汽轮机601与陆上电网16电连接；用电高峰期时，通过储能单元中存储的压缩空气带动汽轮机601发电再次转化成电能补充到电网16。

监控系统为自动化运行系统，所述监控系统包括传感器信号接收器、系统开关，传感器信号接收器通过接收数据采集器反馈的数据来判断储能单元运营状态，避免充排过载的情况而破坏储能单元结构的密封性。监控系统根据指令实施对储能单元的储能和释能，并通过储能单元反馈的数据控制工作状态的开始与结束。

自动储释能的水下柔性储能系统包括储能单元的储能阶段和释能阶段；储能阶段：监控系统17启动，连通电网16与空气压缩机602，启动空气压缩机及连接空气压缩机的管路阀门，通过管路单元向储能单元输送空气，监控系统实时读取储能单元内部压力传感器数据，当判定储能单元内部压力达到设定阈值时关闭空气压缩机和阀门，储能充能结束；

储能阶段的储能单元5由塌缩状态逐步膨胀至满体积状态，内部压力由环境静水压力值缓慢增大至系统设定压力值，此时储能单元5内部充满高压气体，储能单元内部压力等于或者略大于外部压力；

释能阶段：监控系统启动，将汽轮机601并入电网16，打开汽轮机601端阀门，使储能单元内部高压气体通过管路单元向外释放，作用在汽轮机601上实现发电；

打开阀门后，储能单元内部高压气体蕴含着巨大的压力势能，以及环境静水压力对储能单元进一步的挤压的能量将储能单元5内部气体推向汽轮机；

监控系统17通过各传感器数据判断储能单元5剩余气体量，通过控制管路单元出气速率达到最佳释能比。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。