一种抽液蓄能的储能发电系统及储能发电方法

技术领域

本发明涉及空气储能技术领域，尤其是涉及一种抽液蓄能的储能发电系统及储能发电方法。

背景技术

恒压型空气压缩储能容器是现有技术中常用储能容器之一，其在放气的过程中，能够确保压缩气体压力不变，保证发电质量，但申请人在实现本发明的过程中发现，恒压型空气压缩储气罐在发电过程中需要向储气罐内通入液体才能实现恒压释能，储能发电系统中储气罐数量越多，所需液体的量越大，导致储能发电系统的使用成本相应增高。

发明内容

本发明的目的是提供一种抽液蓄能的储能发电系统及储能发电方法，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下两个方面内容：

本申请第一方面提供了一种抽液蓄能的储能发电系统，包括空气压缩设备、空气膨胀发电设备、第一引流管路、第一储液容器和多个压缩空气储能装置，

所述压缩空气储能装置包括：储气容器、第二储液容器、第二引流管路、进气管路、出气管路、锁定机构、压力检测模块和控制模块，储气容器内设置有储能腔，所述储能腔内沿纵向依次设置有第一活塞件、第二活塞件和隔断面，第一活塞件和第二活塞件之间为储能区，第二活塞件和隔断面之间为调节区；第二储液容器设于第一活塞件上，第一活塞件在储能腔内滑动行程包括第一位置和第二位置，在第一位置时，第二储液容器与第二引流管路的输入端连通，在第二位置时，第二储液容器与另一个压缩空气储能装置的第二引流管路的输出端连通，第二储液容器在第一位置上的高度高于第二位置；第二引流管路上设置有发电机；

所述第一引流管路与调节区连通，第一引流管路上设置有引流泵；

所述进气管路的输入端与空气压缩设备连通，在储气阶段，进气管路的输出端与储能区连通，进气管路上设置有进气阀；

所述出气管路的输出端与空气膨胀发电设备连通，在排气阶段，出气管路的输入端与储能区连通，出气管路沿纵向位于进气管路上方，出气管路上设置有出气阀；

所述锁定机构用于对第一活塞件在储能腔内位置进行锁定；

所述压力检测模块用于检测第二储液容器的重力；

所述控制模块被配置为：基于压力检测模块检测到的重力信号，控制进气阀、出气阀、引流泵和锁定机构的工作状态；

在多个压缩空气储能装置之间，调节区与第一储液容器之间通过第一引流管路连通，第二储液容器之间通过第二引流管路连通。

进一步地，所述控制模块还被配置为：在出气管路与储能区连通后，再控制锁定机构对第一活塞件在储能腔内位置进行锁定。

进一步地，所述控制模块还被配置为：锁定机构对第一活塞件的位置进行锁定后，将第二储液容器内液体排入第二引流管路，以实现驱动第二引流管路上发电机进行发电。

进一步地，所述第一活塞件为配重体或第一活塞件上设置有配重体。

进一步地，所述锁定机构用于对第二活塞件在储能腔内位置进行锁定，在储能阶段，第二活塞件处于锁定状态。

进一步地，包括第一储液容器和上述的压缩空气储能装置，调节区与第一储液容器之间通过第一引流管路连通，第二储液容器之间通过第二引流管路连通。

进一步地，所述储能发电系统包括至少两个储能工作组，每个储能工作组包括至少两个压缩空气储能装置，一个储能工作组内，压缩空气储能装置之间共用一个发电机。

进一步地，所述储能发电系统还包括进气主管和出气主管，所述进气管路分别与进气主管的输出端连通，进气主管的输入端用于与空气压缩设备连通，出气管路分别与出气主管的输入端连通，出气主管的输出端用于与空气膨胀发电设备连通。

进一步地，在一个储能工作组内，储气容器环绕发电机设置。

本申请第二方面提供了一种储能发电方法，基于上述的压缩空气储能装置或上述的储能发电系统，包括恒压储能，

所述恒压储能包括以下步骤：控制进气管路与储能区连通，锁定第二活塞件位置，向第二储液容器中引入液体，以使第一活塞件对储能区的压力达到第一预设压力值；在第一活塞件处于解锁状态下，通过进气管路向储能区内通入压缩空气；待出气管路与储能区连通后，再对第一活塞件在储能腔内位置进行锁定，完成储能；将完成储能的压缩空气储能装置中第二储液容器内液体通过第二引流管路导入待储能压缩空气储能装置的第二储液容器中；

进一步地，所述储能发电方法还包括恒压释能，

所述恒压释能包括以下步骤：将第一活塞件的位置锁定，解锁第二活塞件，向调节区中引入液体，以使第二活塞件对储能区的压力达到第二预设压力值，再打开出气阀，并基于气体流量和/或储能区的气压值，控制引入调节区中液体流量，以使储能区保持恒压排出压缩空气；在储能区内压缩空气释放完后，解锁第一活塞件，将完成释能的压缩空气储能装置中调节区内液体导出储存或用于正在恒压释能的压缩空气储能装置中。

本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

本发明在压缩空气储能装置之间实现填充液体的共用，有效减小储能发电系统内填充液体的用量，利用重力势能差发电，同时，在整个恒压储能过程中，填充液体既不与压缩空气接触，也不直接与储能腔内壁接触，有效避免储气罐受填充液体腐蚀，气液互混等情况发生，保证发电质量和发电效率，降低压缩空气储能装置及储能发电系统的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明储能发电系统（未储能）的管路连接示意图；

图2是本发明储能发电系统（第一个压缩空气储能装置完成恒压储能）的管路连接示意图；

图3是本发明储能发电系统（第二个压缩空气储能装置准备进行恒压储能）的管路连接示意图；

图4是本发明储能发电系统（第二个压缩空气储能装置完成恒压储能）的管路连接示意图；

图5是本发明储能发电系统（第一个压缩空气储能装置完成恒压释能）的管路连接示意图；

图6是本发明储能发电系统（第二个压缩空气储能装置准备进行恒压释能）的管路连接示意图；

图7是本发明储能发电系统（第二个压缩空气储能装置完成恒压释能）的管路连接示意图；

图8是本发明储能发电系统（两个压缩空气储能装置之间第二储液容器内液体流转发电）的管路连接示意图；

图9是本发明储能发电系统共用发电机时的管路连接示意图；

图中，

10、储气容器；101、第一活塞件；102、第二活塞件；103、储能区；104、调节区；105、第二储液容器；106、第二引流管路；107、发电机；108、进气管路；1081、进气阀；109、出气管路；1091、出气阀；110、锁定机构；111、第一引流管路；112、引流泵；113、第一储液容器；20、进气主管；30、出气主管；40、空气压缩设备；50、空气膨胀发电设备。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

恒压型空气压缩储能容器是现有技术中常用储能容器之一，其在放气的过程中，能够确保压缩气体压力不变，保证发电质量，但恒压型空气压缩储气罐在发电过程中需要向储气罐内通入液体才能实现恒压释能，储能发电系统中储气罐数量越多，所需液体的量越大，导致储能发电系统的使用成本相应增高；另外，随着使用时间增加，填充液体与储气罐接触时间增长，储气罐会受到填充液体腐蚀，影响储气罐的使用寿命，且在恒压释能过程中，压缩空气直接在高压状态下与填充液体接触，可能导致气相、液相互混的情况产生，影响发电效率和发电质量；为减小储能发电系统中填充液体的用量，降低储能发电系统的使用成本，本申请实施例提供了一种抽液蓄能的储能发电系统，如图1所示，包括空气压缩设备40、空气膨胀发电设备50、第一引流管路111、第一储液容器113和多个压缩空气储能装置，

所述压缩空气储能装置包括：储气容器10、第二储液容器105、第二引流管路106、进气管路108、出气管路109、锁定机构110、压力检测模块和控制模块，储气容器10内设置有储能腔，所述储能腔内沿纵向依次设置有第一活塞件101、第二活塞件102和隔断面，第一活塞件101和第二活塞件102之间为储能区103，第二活塞件102和隔断面之间为调节区104；第二引流管路106设于储气容器10的外壁上，第二储液容器105设于第一活塞件101上，第一活塞件101在储能腔内滑动行程包括第一位置和第二位置，在第一位置时，第二储液容器105与第二引流管路106的输入端连通，在第二位置时，第二储液容器105与另一个压缩空气储能装置的第二引流管路106的输出端连通，第二储液容器105在第一位置上的高度高于第二位置；第二引流管路106上设置有发电机107；

所述第一引流管路111与调节区104连通，第一引流管路111上设置有引流泵112；

所述进气管路108的输入端与空气压缩设备40连通，在储气阶段，进气管路108的输出端与储能区103连通，进气管路108上设置有进气阀1081；

所述出气管路109的输出端与空气膨胀发电设备50连通，在排气阶段，出气管路109的输入端与储能区103连通，出气管路109沿纵向位于进气管路108上方，出气管路109上设置有出气阀1091；

所述锁定机构110用于对第一活塞件101在储能腔内位置进行锁定；

所述压力检测模块用于检测第二储液容器105的重力；

所述控制模块被配置为：基于压力检测模块检测到的重力信号，控制进气阀1081、出气阀1091、引流泵112和锁定机构110的工作状态；

在多个压缩空气储能装置之间，调节区104与第一储液容器113之间通过第一引流管路111连通，第二储液容器105之间通过第二引流管路106连通。

对于单个压缩空气储能装置，在需要进行储能时，控制第二活塞件102位置锁定在进气管路108下方，由空气压缩设备40产生压缩空气，让进气管路108与储能区103连通，再向第二储液容器105中引入液体，如图1所示，增大第一活塞件101上的质量，以使第一活塞件101对储能区103的压力达到第一预设压力值，利用第二储液容器105及第一活塞件101配合对储能区103内预储能气压值进行调控；然后在第一活塞件101处于解锁状态下，通过进气管路108向储能区103内通入压缩空气，配合第一活塞件101进气恒压储能，即，随着储能区103内压缩空气量增大，沿纵向推动第一活塞件101向上移动，待第一活塞件101向上移动至出气管路109与储能区103连通后，如图2所示，再对第一活塞件101在储能腔内位置进行锁定，同时关闭进气阀1081，完成恒压储能，此时储能区103内压缩空气的气压值为第一预设气压值，然后将完成储能的压缩空气储能装置中第二储液容器105（高位）内液体通过第二引流管路106导入待储能压缩空气储能装置的第二储液容器105（低位）中，如图3所示，既可以在压缩空气储能装置之间实现填充液体的共用，减小储能发电系统内填充液体的用量，又能够利用填充液体的重力势能差，驱动发电机进行发电，提高能源利用效率；同时，在整个恒压储能过程中，第二储液容器105中填充液体既不与压缩空气接触，也不直接与储能腔内壁接触，有效避免储气罐受填充液体腐蚀，气液互混等情况发生，保证发电质量和发电效率，降低压缩空气储能装置及储能发电系统的使用成本。

另外，在需要释放压缩空气储能装置内压缩空气进行发电时，可以先将第一活塞件101的位置锁定，解锁第二活塞件102，让第二活塞件102处于随动状态，向调节区104中引入液体，推动第二活塞件102向靠近第一活塞件101方向移动，以使第二活塞件102对储能区103的压力达到第二预设压力值，即空气膨胀发电设备50所需的气压值，再打开出气阀1091，让压缩空气通入空气膨胀发电设备50进行发电，并基于气体流量和/或储能区103的气压值，控制引入调节区104中液体流量，让排出气体流量和进入调节区104的液体流量之间相对平衡，以使储能区103能够保持恒压排出压缩空气，从而实现恒压释能，如图4和图5所示，图4示出了压缩空气储能装置进行恒压释能前的状态，图5示出了压缩空气储能装置完成恒压释能后的状态；在储能区内压缩空气释放完后，解锁第一活塞件101，受第一活塞件101和第二储液容器105的重力助推，将完成释能的压缩空气储能装置中调节区104内液体导出储存，如图6所示，或将完成释能的压缩空气储能装置中调节区104内液体引入正在恒压释能的压缩空气储能装置中，如图7所示，既减小储能发电系统中填充液体用量，又减小填充液体流动过程中的驱动能耗，保证发电质量和发电效率，降低压缩空气储能装置及储能发电系统的使用成本。

需要说明的是，所述锁定机构110为现有技术，可以通过与第一活塞件101或储能腔内壁之间的摩擦阻力实现对第一活塞件101的位置锁定，也可以是锁定机构110和第一活塞件101或储能腔内壁之间榫接实现对第一活塞件101的位置锁定，具体可以是摆线式自锁装置、螺旋式自锁装置、惯性式自锁装置或电磁式自锁装置；所述压力检测模块为现有技术，具体可以是压力传感器，在此不作具体限定。

为保证压缩空气储能装置在完成储能后能够实现恒压释能，可以将控制模块配置为：在出气管路109与储能区103连通后，再控制锁定机构110对第一活塞件101在储能腔内位置进行锁定。

为减小储能发电系统中填充液体的用量，可以将控制模块配置为：锁定机构110对第一活塞件101的位置进行锁定后，再将第二储液容器105内液体排出，让完成储能的压缩空气储能装置中第二储液容器105内液体通过第二引流管路106导入待储能压缩空气储能装置的第二储液容器105中，进而压缩空气储能装置之间填充液体的共用，有效减小储能发电系统内填充液体的用量，液体流经第二引流管路106过程中利用重力势能差驱动发电机进行发电。

为进一步减小填充液体的用量，可以将第一活塞件101设置为配重体，以增大第一活塞件101对储能区103的初始压力，从而减小第一活塞件101对储能区103达到预设压力值的填充液体用量，同时减小设备体积，提高设备结构空间利用率。

在一些实施例中，为进一步减小填充液体的用量，还可以在第一活塞件101上增设配重体，以增大第一活塞件101对储能区103的初始压力。

在一些实施例中，在恒压释能过程中，一个储能腔完成恒压释能后，可以先将完成恒压释能压缩空气储能装置中调节区104内液体导入第一储液容器113内保存，待另一个压缩空气储能装置接替进行恒压释能时，控制将第一储液容器113内液体导入待恒压释能的压缩空气储能装置的调节区104中，以保证设备的稳定运行。

为保证恒压储能的稳定进行，在储能阶段，控制进气管路108始终与储能区103保持连通，进而压缩空气就能连续储存到储能区103内。

为实现储能阶段进气管路108与储能区103连通，可以设置锁定机构110还用于对第二活塞件102在储能腔内位置进行锁定，在储能阶段，第二活塞件102处于锁定状态，既保证进气管路108与储能区103稳定连通，又能够稳定控制第一活塞件101的纵向滑动行程与压缩空气的进气量正相关，实现稳定地恒压储能。

在一些实施例中，储能发电系统进行恒压储能时，可以先选择一部分压缩空气储能装置进行恒压储能，另一部分压缩空气储能装置接替进行恒压储能，在压缩空气储能装置之间接替进行恒压储能过程中，将完成恒压储能压缩空气储能装置中第二储液容器105内液体导入准备进行恒压储能的压缩空气储能装置内第二储液容器105中，基于此，就能够减小储能发电系统内填充液体的用量，并利用重力势能差发电；同理，在进行恒压释能过程中，也可以选择一部分压缩空气储能装置进行恒压释能，另一部分压缩空气储能装置接替进行恒压释能，在压缩空气储能装置之间接替进行恒压释能过程中，将完成恒压释能压缩空气储能装置中调节区104内液体导入准备进行恒压释能的压缩空气储能装置内调节区104中，或是将完成恒压释能压缩空气储能装置中调节区104内液体导入第一储液容器113，将第一储液容器113导入准备进行恒压释能的压缩空气储能装置内调节区104中，从而进一步减少储能发电系统内填充液体的用量。

示例性的，对于一个包含两个压缩空气储能装置的储能发电系统，初始状态如图1所示，两个压缩空气储能装置均处于未储能状态，第一个压缩空气储能装置的第二储液容器105内储存有液体；

然后先对第一个压缩空气储能装置引入压缩空气进行恒压储能，如图2所示；

待第一个压缩空气储能装置恒压储能完成，将第一个压缩空气储能装置中第二储液容器105中液体通过第二引流管路106导入第二个压缩空气储能装置的第二储液容器105中，如图3所示，导入过程中驱动发电机107进行发电；

然后对第二个压缩空气储能装置引入压缩空气进行恒压储能，如图4所示；

待第二个压缩空气储能装置恒压储能完成，可以将第一储液容器113内液体导入第一个压缩空气储能装置的调节区104内，让第一个压缩空气储能装置恒压排出压缩空气进行发电，如图5所示；

待第一个压缩空气储能装置恒压释能完成后，将第一个压缩空气储能装置中调节区104内液体导入第二个压缩空气储能装置内调节区104中，让第二个压缩空气储能装置进行恒压释能，如图7所示；或是将第一个压缩空气储能装置中调节区104内液体导入第一储液容器113，如图6所示，然后再将第一储液容器113导入第二个压缩空气储能装置内调节区104中，让第二个压缩空气储能装置进行恒压释能，如图7所示；此时可以将第二个压缩空气储能装的第二储液容器105中液体导入第一个压缩空气储能装的第二储液容器105中，导入过程中驱动发电机107进行发电，如图8所示；

待第二个压缩空气储能装置恒压释能完后，将第二个压缩空气储能装置的调节区104中的液体导入第一储液容器113中；也可以在此时将第二个压缩空气储能装置的第二储液容器105中液体导入第一个压缩空气储能装置的第二储液容器105中，导入过程中驱动发电机107进行发电；

待第二个压缩空气储能装置的调节区104中的液体完全导入第一储液容器113后，储能发电系统转为初始状态，如图1所示，实现一个恒压储能和恒压释能循环。

在使用过程中，进行恒压储能或恒压释能时，当一个储能腔使用完，需切换至另一个储能腔继续工作时，为实现储能发电系统的连续稳定工作，可以设置储能发电系统包括至少两个储能工作组，每个储能工作组包括至少两个压缩空气储能装置，一个储能工作组内，压缩空气储能装置之间共用一个发电机107和一个引流泵112，在进行恒压储能或恒压释能时，一个储能工作组内储能腔使用完后，自然切换至另一个储能工作组内储能腔中，从而就有充裕的时间对已使用的储能腔进行调整工作，调整工作包括第二储液容器105之间流体流转发电，调节区104之间流体流转调动，第一活塞件101、第二活塞件102的锁控或复位；另外，在一些实施例中，一个储能工作组内，压缩空气储能装置之间共用一个发电机107，或是压缩空气储能装置之间共用一个引流泵112，利用一个发电机107配合第二引流管路106实现多个第二储液容器105之间流体流转发电，利用一个引流泵112配合第一引流管路111实现多个调节区104之间流体流转调动，就能够有效减少储能发电系统内泵机和发电机的使用量，提高单个泵机和单个发电机107的利用率，降低储能发电系统的构建和使用成本。

为实现在恒压储能或恒压释能中不同储能工作组之间连续稳定切换控制，可以设置储能发电系统还包括进气主管20和出气主管30，所述进气管路108分别与进气主管20的输出端连通，进气主管20的输入端用于与空气压缩设备40连通，出气管路109分别与出气主管30的输入端连通，出气主管30的输出端用于与空气膨胀发电设备50连通，通过切换控制进气主管20与不同的进气管路108连通，实现恒压储能在不同储能工作组之间稳定切换，通过切换控制出气主管30与不同的出气管路109连通，实现恒压释能在不同储能工作组之间稳定切换。

在一些实施例中，为减小储能发电系统体积，提高空间利用率，如图9所示，可以设置同一储能工作组内，储气容器10环绕发电机107和/或引流泵112，进而还可以减小第二引流管路106和第一引流管路111的管路长度。

在一些实施例中，可以设置第二储液容器105通过加液泵与第一储液容器113连通，以实现第二储液容器105和调节区104之间填充液体共用，进一步减小储能发电系统内填充液体用量。

实施例2：

本实施例提供了一种储能发电方法，基于实施例1中的储能发电系统，包括恒压储能和恒压释能，

所述恒压储能包括以下步骤：控制进气管路108与储能区103连通，锁定第二活塞件102位置，向第二储液容器105中引入液体，以使第一活塞件101对储能区103的压力达到第一预设压力值；在第一活塞件101处于解锁状态下，通过进气管路108向储能区103内通入压缩空气；待出气管路109与储能区103连通后，再对第一活塞件101在储能腔内位置进行锁定，完成储能；将完成储能的压缩空气储能装置中第二储液容器105内液体通过第二引流管路106导入待储能压缩空气储能装置的第二储液容器105中，液体流经第二引流管路106时利用重力势能差驱动发电机107发电；

所述恒压释能包括以下步骤：将第一活塞件101的位置锁定，解锁第二活塞件102，向调节区104中引入液体，以使第二活塞件102对储能区103的压力达到第二预设压力值，再打开出气阀1091，并基于气体流量和/或储能区103的气压值，控制引入调节区104中液体流量，以使储能区103保持恒压排出压缩空气；在储能区103内压缩空气释放完后，解锁第一活塞件101，将完成释能的压缩空气储能装置中调节区104内液体导出储存或用于正在恒压释能的压缩空气储能装置中。

利用多个压缩空气储能装置之间接替进行恒压储能，在接替过程中控制第二储液容器105之间填充液体有序流转发电，实现填充液体在不同压缩空气储能装置之间复用，减小储能发电系统内填充液体的用量，提高资源利用率；同时，多个压缩空气储能装置之间接替进行恒压释能，在接替过程中控制调节区104之间填充液体有序流转调动，实现填充液体在不同压缩空气储能装置之间复用，进一步减小储能发电系统内填充液体的用量，保证发电质量和发电效率，降低压缩空气储能装置及储能发电系统的使用成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。