一种新型压缩空气储能装置的制作方法

本发明属于电力储能技术领域，具体是涉及一种新型压缩空气储能装置。

背景技术：
：

当今世界电力负荷的不均衡日趋突出，电网的峰谷差也逐渐拉大，同时人们对电网供电质量的要求也越来越高，因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套以缓解系统负荷峰谷差过大的情况。电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大等问题的关键技术。

目前，关于电力储能方式有多种：压缩空气储能、抽水蓄能、电磁储能、飞轮储能、超级电容储能、超临界压缩空气储能、充电电池储能等，但是成熟的技术只有压缩空气储能技术和抽水蓄能技术。抽水蓄能是现有技术中较长采用的储能方式，技术相对成熟，但是受到地势影响较大的局限性，其建设必须有合适的地里条件，在很多地区难以实现。压缩空气储能技术包括能量的储能过程和释能过程，其原理是：在储能过程中，空气压缩机在电能的驱动下压缩空气，电能转化为压缩空气的内能储存在储气容器中；在释能过程中，储气容器中的压缩空气排除，在空气膨胀机中膨胀做功，带动大轴旋转，进而带动发电机发电，从而向外界输出电能。压缩空气储能受地理条件的限制小，且技术日渐成熟，具备大规模商业化的应用，但是其储气容器需要在储能工作状态的高温高压环境和在释能工作状态的低温低压环境下来回切换，时间一长，容易造成储气容器的容器壁金属疲劳或者岩石坍塌，若选用高强度的材料则存在制造难、成本高的问题，及压力控制技术不成熟造成的安全问题。

技术实现要素：
：

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于压缩空气储能的储气容器受到温度和压强的影响，容易造成储气容器的容器壁金属疲劳或者岩石坍塌，制造成本高，安全性低，从而提出一种新型压缩空气储能装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新型压缩空气储能装置，包括：

压缩机组，所述压缩机组的第一端连接有电动机。

膨胀机组，所述膨胀机组的第一端连接有发电机。

高压储气容器，所述高压储气容器上设置有位于所述高压储气容器上部的第一端口和第二端口、位于所述高压储气容器下部的第三端口和第四端口，所述第一端口通过第一管道与所述压缩机组的第二端连接，所述第二端口通过第二管道与所述膨胀机组的第二端连接。

水轮机组，所述水轮机组的第一端通过第三管道与所述高压储气容器的第三端口连接，所述水轮机组的第二端连接外部水源。

水泵机组，所述水泵机组的第一端通过第四管道与所述高压储气容器的第四端口连接，所述水泵机组的第二端连接外部水源。

多个压强传感器和多个温度传感器，多个所述压强传感器和多个所述温度传感器分别设置在所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道、所述高压储气容器内。

多个流量控制阀，多个所述流量控制阀分别设置在所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道上。

控制装置，所述控制装置分别与所述压缩机组、所述电动机、所述膨胀机组、所述发电机、所述水冷机组、所述水泵机组、所述压强传感器、所述温度传感器、所述流量控制阀连接，所述控制装置接收所述压强传感器和所述温度传感器的信息，并控制所述流量控制阀启闭，实现所述高压储气容器内部低温恒压。

作为上述技术方案的优选，还包括：

通信装置，所述通信装置设置在所述控制装置内，所述控制装置通过所述通信装置与外部终端监控设备连接。

作为上述技术方案的优选，还包括：

降温装置，所述降温装置为液体降温装置，所述降温装置的第一端与所述外部水源连接，所述降温装置的第二端通过第五管道与位于所述高压储气容器上部的第五端口连接，所述第五端口的下方设置有液体分布器。

作为上述技术方案的优选，多个所述压强传感器和多个温度传感器包括设置在所述第一管道内的第一压强传感器和第一温度传感器、设置在所述第二管道内的第二压强传感器和第二温度传感器、设置在所述第三管道上的第三压强传感器和第三温度传感器、设置在所述第四管道内的第四压强传感器和第四温度传感器、设置在所述高压储气容器内的第五压强传感器和第五温度传感器。

作为上述技术方案的优选，多个所述流量控制阀包括设置在所述第一管道上的第一流量控制阀、设置在所述第二管道上的第二流量控制阀、设置在所述第三管道上的第三流量控制阀、设置在所述第四管道上的第四流量控制阀、设置在所述第五管道上的第五流量控制阀。

作为上述技术方案的优选，所述压缩机组的第二端与所述第一管道的连接处设置有吸热器。

作为上述技术方案的优选，所述膨胀机组的第二端与所述第二管道的连接处设置有加热器。

作为上述技术方案的优选，所述水泵机组由多级水泵串联而成。

作为上述技术方案的优选，所述压缩机组由空气压缩机组和其他辅助设备组成。

作为上述技术方案的优选，所述膨胀机组由透平机械和其他辅助设备组成。

本发明的有益效果在于：其通过在高压储气容器和与高压储气容器联通的管道上设置压强传感器、温度传感器及流量控制阀，通过调节气液体积比例使高压储气容器内气体压强恒定，实现了压缩空气的低温恒压存储，避免造成储气容器的容器壁金属疲劳，降低了容器制作成本和制作难度，安全性高；其通过设置降温装置，可以进一步的对高压储气容器内的气体进行降温，进一步提高了容器的使用寿命及安全性；其通过设置通信装置，可以使得控制装置与外部终端监控设备进行连接，方便外部终端监控设备对储能装置进行监控，安全性高。本装置结构简单、操作方便、加工成本低，适合大规模生产使用。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明一个实施例的一种新型压缩空气储能装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的另一种新型压缩空气储能装置结构示意图；

图3为本发明一个实施例的高压储气容器结构示意图。

图中符号说明：

1-压缩机组，2-电动机，3-膨胀机组，4-发电机，5-高压储气容器，6-水轮机组，7-水泵机组，8-外部水源，9-压强传感器，10-温度传感器，11-流量控制阀，12-控制装置，13-通信装置，14-降温装置，101-第一管道，102-吸热器，301-第二管道，302-加热器，501-第一端口，502-第二端口，503-第三端口，504-第四端口，505-第五端口，506-液体分布器，601-第三管道，701-第四管道，901-第一压强传感器，902-第二压强传感器，903-第三压强传感器，904-第四压强传感器，905-第五压强传感器，1001-第一温度传感器，1002-第二温度传感器，1003-第三温度传感器，1004-第四温度传感器，1005-第五温度传感器，1101-第一流量控制阀，1102-第二流量控制阀，1103-第三流量控制阀，1104-第四流量控制阀，1105-第五流量控制阀，1401-第五管道。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的新型压缩空气储能装置，包括：

压缩机组1，所述压缩机组1的第一端连接有电动机2。本实施例中，所述压缩机组1的第二端与所述第一管道101的连接处设置有吸热器102。所述压缩机组1由空气压缩机组和其他辅助设备组成。

膨胀机组3，所述膨胀机组3的第一端连接有发电机4。本实施例中，所述膨胀机组3的第二端与所述第二管道301的连接处设置有加热器302。所述膨胀机组3由透平机械和其他辅助设备组成。

高压储气容器5，如图3所示，所述高压储气容器5上设置有位于所述高压储气容器5上部的第一端口501和第二端口502、位于所述高压储气容器5下部的第三端口503和第四端口504，所述第一端口501通过第一管道101与所述压缩机组1的第二端连接，所述第二端口502通过第二管道301与所述膨胀机组3的第二端连接。

水轮机组6，所述水轮机组6的第一端通过第三管道601与所述高压储气容器5的第三端口503连接，所述水轮机组6的第二端连接外部水源8。

水泵机组7，所述水泵机组7的第一端通过第四管道701与所述高压储气容器5的第四端口504连接，所述水泵机组7的第二端连接外部水源8。所述水泵机组7由多级水泵串联而成。

多个压强传感器9和多个温度传感器10，多个所述压强传感器9和多个所述温度传感器10分别设置在所述第一管道101、所述第二管道301、所述第三管道601、所述第四管道701、所述高压储气容器5内。本实施例中，多个所述压强传感器9和多个温度传感器10包括设置在所述第一管道101内的第一压强传感器901和第一温度传感器1001、设置在所述第二管道301内的第二压强传感器902和第二温度传感器1002、设置在所述第三管道601上的第三压强传感器903和第三温度传感器1003、设置在所述第四管道701内的第四压强传感器904和第四温度传感器1004、设置在所述高压储气容器5内的第五压强传感器905和第五温度传感器1005。

多个流量控制阀11，多个所述流量控制阀11分别设置在所述第一管道101、所述第二管道301、所述第三管道601、所述第四管道701上。本实施例中，多个所述流量控制阀11包括设置在所述第一管道101上的第一流量控制阀1101、设置在所述第二管道301上的第二流量控制阀1102、设置在所述第三管道601上的第三流量控制阀1103、设置在所述第四管道701上的第四流量控制阀1104、设置在所述第五管道1401上的第五流量控制阀1105。

控制装置12，所述控制装置12分别与所述压缩机组1、所述电动机2、所述膨胀机组3、所述发电机4、所述水冷机组6、所述水泵机组7、所述压强传感器9、所述温度传感器10、所述流量控制阀11连接，所述控制装置12接收所述压强传感器9和所述温度传感器10的信息，并控制所述流量控制阀11启闭，实现所述高压储气容器5内部低温恒压。

通信装置13，所述通信装置13设置在所述控制装置12内，所述控制装置12通过所述通信装置13与外部终端监控设备连接。

降温装置14，所述降温装置14为液体降温装置，所述降温装置14的第一端与所述外部水源8连接，所述降温装置14的第二端通过第五管道1401与位于所述高压储气容器5上部的第五端口505连接，所述第五端口505的下方设置有液体分布器506，图2为增加了降温装置14的新型压缩控制储能装置结构示意图。

工作原理：

储能时，第一流量控制阀、第三流量控制阀、第五流量控制阀打开，第二流量控制阀、第四流量控制阀关闭，电动机带动压缩机组工作，压缩机组将低压气体压缩成高压气体，并通过第一管道将高压气体送入到高压储气容器中，同时，水轮机组利用高压储气容器中排除的水进行发电，并将排除的液体通过管道送入到外部水源，并保持高压储气容器中低温恒压，通信装置实时将工作状态发送到外部终端监控设备。在此过程中，通过多个压强传感器和温度传感器来实时监测高压储气容器内和与高压储气容器联通的管道中的压强和温度，若高压储气容器中的气体压强上升，则控制装置通过控制第一流量控制阀减少进入高压储气容器中的气体量，同时也可以控制第三流量控制阀来增大流出高压储气容器中的液体量，从而降低气体压强；若高压储气容器中的气体压强下降，则控制装置通过控制第一流量控制阀来增大进入高压储气容器中的气体量，同时也可以控制第三流量控制阀来减小流出高压储气容器中的液体量，从而增大气体压强；

发电时，第二流量控制阀、第四流量控制阀、第五流量控制阀打开，第一流量控制阀、第三流量控制阀关闭，高压储气容器中的高压气体通过第二管道送入到膨胀机组，膨胀机组中的气体膨胀做功，并经过发电机进行发电，同时，水泵机组抽取外部水源中的水注入到高压储气容器中，并保持高压储气容器中低温恒压，通信装置实时将工作状态发送到外部终端监控设备。在此过程中，通过多个压强传感器和温度传感器来实时监测高压储气容器内和与高压储气容器联通的管道中的压强和温度，若高压储气容器内的气体压强上升，则控制装置通过控制第二流量控制阀增加流出高压储气容器中的气体量，同时也可以控制第四流量控制阀来减小流入高压储气容器中的液体量，从而降低气体压强；若高压储气容器中的气体压强下降，则控制装置通过控制第二流量控制阀来减小流出高压储气容器中的气体量，同时也可以控制第四流量控制阀来增大流入高压储气容器中的液体量，从而增大气体压强；若高压储气容器中的气体温度过高，则控制装置通过控制第五流量控制阀使得低温液体进入高压储气容器的上部，并通过液体分布器流下，增大气液接触面积，实现气液热质交互，实现高压储气容器中低温，防止温度过高。若高压储气容器中的气体温度过高，则控制装置通过控制第五流量控制阀使得低温液体进入高压储气容器的上部，并通过液体分布器流下，增大气液接触面积，实现气液热质交互，实现高压储气容器中低温，防止温度过高。

本实施例所述的一种新型压缩空气储能装置，包括：压缩机组、电动机、膨胀机组、发电机、高压储气容器、水轮机组、水泵机组、多个压强传感器、多个温度传感器、多个流量控制阀、控制装置、通信装置、降温装置。其通过在高压储气容器和与高压储气容器联通的管道上设置压强传感器、温度传感器及流量控制阀，通过调节气液体积比例使高压储气容器内气体压强恒定，实现了压缩空气的低温恒压存储，避免造成储气容器的容器壁金属疲劳，降低了容器制作成本和制作难度，安全性高；其通过设置降温装置，可以进一步的对高压储气容器内的气体进行降温，进一步提高了容器的使用寿命及安全性；其通过设置通信装置，可以使得控制装置与外部终端监控设备进行连接，方便外部终端监控设备对储能装置进行监控，安全性高。本装置结构简单、操作方便、加工成本低，适合大规模生产使用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。