一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统

技术领域

本申请涉及电能存储系统技术领域，尤其涉及一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统。

背景技术

重力压缩空气储能是通过在竖井中设置重力块，重力块与竖井之间通过密封膜密封连接，位于重力块下方的竖井中形成密封的储气腔，用于高压气体的存储，通过将空气进行压缩后通入储气腔中将压缩空气的能量部分转化为重力块的重力势能进行存储，但是存储量较大时，需要较大重量的重力块，直接将重力块设置成一个整体的结构，重量太大，吊装不方便，并且直接通过调节重力块的高度增大重力块的重量时，重力块高度太大会增大施工难度，并且将重力块全部设置在竖井中，对于竖井的开挖高度要求很大，因此会增大施工难度。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统，通过将重力块分成地下部分的承压筒和地上部分的支撑台以及支撑台上设置的多个地上重力组件，可以通过地上部分增大储气所需重力块的重量，减小了竖井的高度，大大减少竖井的开挖工程量和工程难度，并且通过在承压筒上设置支撑台，然后在支撑台上均布多个地上重力组件，使得对承压筒施加的压力可以分散在支撑台周侧，使得在同一压力要求下，支撑台上地上重力组件的高度减小，降低了吊装难度。

为达到上述目的，本申请提出的一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统，包括：

竖井，所述竖井中活动插接有承压筒，所述承压筒外壁与所述竖井内壁之间通过密封组件密封连接，所述承压筒、所述密封组件以及所述竖井位于所述密封组件下方的空间之间形成储气腔，所述承压筒的顶部设置有限位组件，以使所述承压筒向下移动至最低限位时通过所述限位组件支撑在所述竖井顶部的地面上；

支撑台，所述支撑台设置在所述承压筒顶部，所述支撑台上设置有多个地上重力组件，多个所述地上重力组件等角度设置在所述承压筒周侧，以通过支撑台和多个所述地上重力组件对所述承压筒施加向下的压力。

进一步地，所述承压筒中填充有多个一级重力块。

进一步地，所述承压筒内壁设置有沿轴向方向的定位条，所述定位条的侧壁上开有沿轴向方向的定位滑槽，所述一级重力块的侧壁上设置有与所述定位滑槽配合的定位滑块。

进一步地，所述承压筒内壁上沿轴向方向设置有多个支撑环，多个所述支撑环与所述承压筒同轴线设置。

进一步地，所述承压筒的底部为锥形结构。

进一步地，所述限位组件为套设在所述承压筒顶端外壁的支撑圈，所述支撑圈的外径大于所述竖井的内径。

进一步地，所述竖井的内壁固定有钢衬，所述承压筒为由钢板围成的筒状结构，所述密封组件连接在所述钢衬内壁和所述承压筒外壁上。

进一步地，所述地上重力组件包括层层叠加设置在所述支撑台上的多个二级重力块。

进一步地，所述地上重力组件还包括设置在所述多个二级重力块周侧的多个二级导轨；

所述二级重力块上设置有与所述二级导轨配合的二级导向组件，以通过多个所述二级导轨和所述二级导向组件之间的配合实现对多个所述二级重力块的限位。

进一步地，还包括多个一级导轨，多个所述一级导轨设置在所述支撑台周侧；

所述支撑台边侧设置有与所述一级导轨配合的一级导向组件，所述支撑台固定在所述承压筒顶部，以通过多个所述一级导轨和所述一级导向组件之间的配合实现对支撑台的限位。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的大规模重力压缩空气储能的储气系统的结构示意图；

图2是本申请图1的局部结构示意图；

图3是本申请大规模重力压缩空气储能的储气系统的结构示意图；

图4是本申请另一实施例提出的密封组件的结构示意图；

图中，1、竖井；2、支撑台；3、承压筒；31、限位组件；32、定位条；33、支撑环；4、密封组件；41、支撑筋；42、弹性密封膜；5、储气腔；6、地上重力组件；61、二级重力块；62、二级导轨；63、一级导轨；7、一级重力块。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统的结构示意图。

参见图1-3，一种用于大规模重力压缩空气储能的储气系统，包括竖井1和支撑台2，竖井1中活动插接有承压筒3，承压筒3外壁与竖井1内壁之间通过密封组件4密封连接，使得承压筒3、密封组件4以及竖井1位于密封组件4下方的空间之间形成储气腔5，承压筒3的顶部设置有限位组件31，以使承压筒3向下移动至最低限位时通过限位组件31支撑在竖井1顶部的地面上，具体来说，承压筒3向下移动过程中，通过限位组件31阻挡后支撑在竖井1顶部的地面上，此时承压筒3下方的储气腔5中有一定空间，能够保障通入足够的压缩空气将承压筒3顶起，实现承压筒3的启动，并且直接选择在承压筒3顶部侧壁设置限位组件31，通过限位组件31实现限位使得在储气初始时储气腔5中有一定空间，由于限位组件31位于竖井1的外部，不会占用竖井1中的空间。

另外，参阅图3，支撑台2设置在承压筒3顶部，支撑台2上设置有多个地上重力组件6，支撑台2上结构设置不局限于图3中结构的设置，地上重力组件6的个数设置以及支撑台2的形状设置可以有多种形式，需要满足多个地上重力组件6等角度设置在承压筒3周侧，以通过支撑台2和多个地上重力组件6对承压筒3施加向下的压力，通过将多个地上重力组件6设置在承压筒3周侧，提高向下的压力，避免直接将重力块通过向上堆叠的方式施加在承压筒3上方，造成堆叠高度较高，增加施工难度和风险的问题，同时，多个地上重力组件6等角度设置在承压筒3周侧，为了保障承压筒3周侧的受力均匀，可以将多个地上重力组件6围成的圆筒形轴线和承压筒3的轴线重合。

需要详细说明的是，储气腔5连接空气压缩机组和空气膨胀机组，富余电力通过电动机带动空气压缩机组对气体做功将得到的压缩空气通入储气腔5中，通过压缩空气压力带动承压筒3向上移动，实现能量的存储，在释能时，储气腔5中的压缩空气通入空气膨胀机组中进行做功，转化为电能，通过在地面以上设置与承压筒3相接的支撑台2，并且在支撑台2上设置多个地上重力组件6，支撑台2和多个地上重力组件6同时能够对储气腔5施加向下的压力，使得储气腔5中更多的压缩空气能部分转化为重力势能，实现更多能量的存储，并且通过将地上重力组件6直接设置在承压筒3顶部，也就是位于地面外部，在实现大能量存储时，无需将所有重力块都集中在竖井1中，可以减少竖井1的高度，大大减少竖井1的开挖工程量和工程难度。

在一些实施例中，承压筒3中填充有多个一级重力块7，多个一级重力块7层层叠加设置在承压筒3中，将承压筒3设置成空心筒状结构，重量降低，便于承压筒3的吊装安装过程，当承压筒3安装到位后，再向承压筒3中吊装安装多个一级重力块7，安装多个一级重力块7后使得承压筒3中重力增大，对于储气腔5中压缩空气的压力增大，能量存储增大，为了提高能量密度，气室内需要保持较大的压力，约为10Mpa，由于重力块一般都是用混凝土制备，在高压作用下会出现漏气的情况，通过设置承压筒3包覆在多个一级重力块7外部，能够提高气密性，防止漏气，并且承压筒3为光滑面与密封组件相连，能够提高密封性能，而直接采用一级重力块7与密封组件连接，很难保证气室的密封性。

另外，需要说明的是，承压筒3中多个一级重力块7的安装方式可以有多种。

作为一种可能的安装结构，承压筒3内壁设置有沿轴向方向的定位条32，定位条32的侧壁上开有沿轴向方向的定位滑槽，一级重力块7的侧壁上设置有与定位滑槽滑动配合的定位滑块，定位滑块能够在定位滑槽中上下滑动，定位滑槽对定位滑块有一定限位作用，通过定位滑槽对多个一级重力块7的限位作用，一级重力块7偏移，以使多个一级重力块7的质量重心与承压筒3的重心在承压筒3的轴线上，不会出现上下移动过程中整个承压筒3内部重心偏移的现象。

另外，为了保障承压筒3结构的稳定性能，提高承压筒3的强度，可以在承压筒3内壁上沿轴向方向设置多个支撑环33，多个支撑环33与承压筒3同轴线设置，定位条32设置在支撑环33上。

在一些实施例中，承压筒3的底部可以设置为锥形结构，使承压筒3底部在高压环境下受力更均匀，不产生变形。

在一些实施例中，限位组件31为套设在承压筒3顶端外壁的支撑圈，支撑圈的外径大于竖井1的内径，使得承压筒3向下移动至支撑圈与竖井1顶部的地面接触时，由于支撑圈的阻挡作用，使得承压筒3不再向下移动，实现对承压筒3的限位。

另外，竖井1的内壁固定有钢衬11，承压筒3为由钢板围成的筒状结构，密封组件4连接在钢衬11内壁和承压筒3外壁上，通过在竖井1内壁设置钢衬11，使得与密封膜可连接的承压筒3外壁和钢衬11内壁均为光滑面，能够提高密封性能，并且通过在竖井1外部设置支撑台2和多个地上重力组件6，减小了竖井1的高度，使得钢衬11的安装也方便。

在一些实施例中，地上重力组件6包括层层叠加设置在支撑台2上的多个二级重力块61，可以根据重力需要在多个地上重力组件6中设置二级重力块61的个数，使得每个二级重力块61的重量可以较小，便于吊装。

需要说明的是，层层叠加的多个二级重力块61在支撑台2上的安装可以有多种。

作为一种可能的结构，地上重力组件6还包括设置在多个二级重力块61周侧的多个二级导轨62，二级重力块61上设置有与二级导轨62配合的二级导向组件，以通过多个二级导轨62和二级导向组件之间的配合实现对多个二级重力块61的限位，使得多个二级重力块61安装后重心集中在多个二级导轨62围成的圆形的轴线上，进而能够控制多个地上重力组件6的重心均匀分布在承压筒3的周侧，使得承压筒3周侧受力均匀，另外，为了便于多个二级重力块61的导向作用，可以将每个二级重力块61之间用螺栓拉紧，块与块之间要调整好水平度，然后在最顶层的一个二级重力块61的侧壁安装二级导向组件，其中二级导向组件可以为滚轮罐耳。

在一些实施例中，还包括多个一级导轨63，多个一级导轨63设置在支撑台2周侧，支撑台2固定在承压筒3顶部，支撑台2边侧设置有与一级导轨63配合的一级导向组件，以通过多个一级导轨63和一级导向组件之间的配合实现对支撑台2的限位，使得支撑台2和承压筒3在上下移动过程中不会出现倾斜的情况，一级导向组件也可以是滚轮罐耳。

另外，需要说明的是，竖井1顶部的地面上设置有多个井塔，一级导轨63安装在井塔上，另外，支撑台2上每个地上重力组件6处均设置有多个井塔，使得每个二级导轨62分别安装在支撑台2上对应的井塔上，每个地上重力组件6上叠加防止的二级重力块61相同，重量也相同，个数也相同，分布在承压筒3周侧的每个地上重力组件6的重量均匀，不会造成承压筒3由于一侧重量大一侧重量小造成的倾斜影响，承压筒3倾斜时会对倾斜端的一级导轨63施加较强的作用力，可能会造成一级导轨63的形变。

参阅图4，在一些实施例中，密封组件4结构可以有多种。

作为一种可能的情况，密封组件4为密封膜，密封组件4为筒状结构，密封组件4包括多个支撑筋41，多个支撑筋41围绕在筒状结构的周侧，两个相邻支撑筋41之间通过弹性密封膜42连接，以通过多个支撑筋41和弹性密封膜42围成筒状结构，密封组件4顶端向内折弯形成内环和外环，内环和外环的顶端相连，内环的底端密封连接在承压筒3的外壁上，外环的底端连接在竖井1的内壁上，通过设置支撑筋41能够提高密封膜纵向的抗拉强度，并且储气腔5内恒压充气时，密封组件4的弹性密封膜42的弹性区域向低压侧鼓起，与竖井1壁面和承压筒3贴合，提供反向支撑力，降低密封膜环向拉力，另外，承压筒3运动至不同高度时，密封组件4的弯折位置不同导致密封组件4产生自身挤压形变，会降低密封组件4的使用使用寿命，需要提高提高密封组件4材料的性能，进而会增大成本，通过相邻两个支撑筋41之间密封组件4的设置可以提供密封组件4向内形变余量，降低形变产生的密封组件4内部应力，提高密封组件4使用寿命，降低密封组件4材料成本。

进一步来说，外环的外径与竖井1的内径相同，以使外环的支撑筋41和弹性密封膜42与竖井1内壁相接，内环的支撑筋41与承压筒3的外壁相接，当储气腔5中充气时，在压力作用下，弹性密封膜42向低压侧鼓起，进而使得弹性密封膜42也能够与承压筒3外壁相接。同时，在密封组件4折弯形成内环和外环时，翻折后的内环周侧形成褶皱，褶皱之间相互挤压，会产生自身挤压形变，产生内部应力，影响密封组件4的使用寿命，通过设置支撑筋41，通过支撑筋41的固定，使得弹性密封膜42褶皱凸起后，相邻两个褶皱凸起之间通过支撑筋41的间隔不会产生挤压和内部应力，从而降低密封组件4材料成本。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。