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，该系统解决光伏并网后引起的电压波动问题。

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，包括第一热力管道及第二热力管道；

第一热力管道通过第一电动阀分隔为第一气体段以及第一液体段，第二热力管道通过第二电动阀分隔为第二气体段及第二液体段，其中，所述第一气体段的一端设置有第一堵头，第一气体段的另一端经第一电动阀与第一液体段的一端相连通，第一液体段的另一端经第三电动阀、水轮机及第四电动阀与第二液体段的一端相连通，第二液体段的另一端经第二电动阀与第二气体段的一端相连通，第二气体段的另一端设置有第二堵头，所述水轮机与电机相连接。

所述电机具备电动机的功能以及发电机的功能，所述水轮机为水泵水轮机。

还包括上位机及一体化控制柜，其中，上位机经一体化控制柜与第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、水轮机及电机相连接。

还包括储能泵、电动机、第五电动阀及第六电动阀，所述电机为发电机，所述水轮机为冲击式水轮机或混流式水轮机；

第一液体段上远离第一电动阀的一端经第五电动阀、储能泵及第六电动阀与第二液体段上远离第二电动阀的一端相连通。

还包括上位机及一体化控制柜，其中，上位机经一体化控制柜与第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、储能泵、水轮机及电机相连接。

所述第一气体段及第二气体段内均充有惰性气体。

所述第一气体段上设置有第一气体阀。

所述第二气体段上设置有第二气体阀。

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，通过第一电动阀将第一热力管道分隔为第一液体段及第一气体段，通过第二电动阀将第二热力管道分隔为第二液体段及第二气体段，在储能时，利用外部电能，即配电网系统输出的电能将第二液体段内的液体输送至第一液体段内，以压缩第一气体段内的气体，当配电网系统需要提供出力时，则将第一液体段内的液体送入第二液体段内，并带动电机发电，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、分布式光伏的波动。

附图说明

图1为本发明的一种结构图；

图2为本发明的另一种结构图。

其中，1为第一电动阀、2为第二电动阀、3为第三电动阀、4为第四电动阀、5为第五电动阀、6为第六电动阀、7为第一气体段、8为第一液体段、9为第二液体段、10为第二气体段、11为电机、12为水轮机、13为储能泵、14为电动机、15为上位机、16为一体化控制柜、17为第一堵头、18为第二堵头。

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2，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第一热力管道及第二热力管道；

第一热力管道通过第一电动阀1分隔为第一气体段7以及第一液体段8，第二热力管道通过第二电动阀2分隔为第二气体段10及第二液体段9，其中，所述第一气体段7的一端设置有第一堵头17，第一气体段7的另一端经第一电动阀1与第一液体段8的一端相连通，第一液体段8的另一端经第三电动阀3、水轮机12及第四电动阀4与第二液体段9的一端相连通，第二液体段9的另一端经第二电动阀2与第二气体段10的一端相连通，第二气体段10的另一端设置有第二堵头18，所述水轮机12与电机11相连接。

作为本实施例的优选实施方案，参考图2，所述电机11具备电动机的功能以及发电机的功能，所述水轮机12为水泵水轮机，本实施例中，还包括上位机15及一体化控制柜16，其中，上位机15经一体化控制柜16与第一电动阀1、第二电动阀2、第三电动阀3、第四电动阀4、水轮机12及电机11相连接。

作为本实施例的优选实施方案，参考图1，所述电机11为发电机，所述水轮机12为冲击式水轮机或混流式水轮机，本实施例还包括储能泵13、电动机14、第五电动阀5及第六电动阀6，其中，第一液体段8上远离第一电动阀1的一端经第五电动阀5、储能泵13及第六电动阀6与第二液体段9上远离第二电动阀2的一端相连通，本实施例中，还包括上位机15及一体化控制柜16，其中，上位机15经一体化控制柜16与第一电动阀1、第二电动阀2、第三电动阀3、第四电动阀4、第五电动阀5、第六电动阀6、储能泵13、水轮机12及电机11相连接。

本实施例中，所述第一气体段7及第二气体段10内均充有惰性气体。

本发明的工作过程为：

在储能阶段，打开第一电动阀1及第二电动阀2，利用配电网系统的多余电能，通过水泵水轮机或者储能泵将第二液体段9中的液体送入第一液体段8中，以压缩第一气体段7内的气体，以实现储能，储能完成后，关闭第一电动阀1及第二电动阀2；当配电网系统需要提供出力时，则打开第一电动阀1及第二电动阀2，在第一气体段7内气体的推动以及第二气体段10内气体的抽吸下，第一液体段8内的液体以及第一气体段7内的液体经水轮机12进入到第二液体段9内，同时推动水轮机12或水泵水轮机，继而通过电机11发电，电机11输出的电输送至配电网系统中。

需要说明的是，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，系统经济性较好。

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。

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。