储能系统及其控制方法与流程

1.本公开涉及能源存储技术领域，具体而言，涉及一种储能系统及储能系统的控制方法。


背景技术：

2.能源工业是发展国民经济的重要基础，也是保障国家安全的重要一环。安全、高效、低碳是现代能源技术特点的集中体现，也是抢占能源技术制高点的核心方向。近年来人们对能源的需求量越来越大，能源供应问题逐渐成为值得关注的主要问题，同时随着近年来大气及环境污染程度的加重，与能源问题紧密相关的环保问题也引发了人们的重视。在此背景下，储能技术受到了越来越多的关注。
3.目前已有的储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、电化学储能和电磁储能等，电化学储能具有容易爆炸的危险，而且使用过后废弃的电池也是很大的污染，而且很难消除污染。另外，由于受到储能规模、寿命、技术水平等因素的限制，目前能实现大规模应用的只有抽水储能和压缩空气储能。但是这两种储能技术的释能效率较低，而且受地形、环境因素影响较大。
4.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于克服上述现有技术的释能效率较低的不足，提供一种释能效率较高的储能系统及储能系统的控制方法。
6.根据本公开的一个方面，提供了一种储能系统，包括：
7.水源；
8.储能罐，密封设置，所述储能罐用于存储从所述水源抽取的水，且水将所述储能罐内的空气压缩进行储能；
9.储能组件，用于将水从所述水源抽取至所述储能容器进行储能；
10.释能组件，连接于所述储能罐，所述释能组件用于将所述储能罐内存储的水和压缩空气排出进行释能；
11.稳压罐，其内存储有稳压水，连接于所述储能罐，所述稳压罐用于在所述释能组件释能时保持所述储能罐内的预设压力。
12.在本公开的一种示例性实施例中，所述稳压罐包括：
13.罐体，其内存储稳压水；
14.活塞，可活动地密封设于所述罐体内；
15.配重，设于所述活塞之上，所述配重为所述活塞提供压力；
16.其中，所述活塞和所述配重用于在所述释能组件进行释能时，将所述罐体内的稳压水压至所述储能罐，以保持所述储能罐内的预设压力。
17.在本公开的一种示例性实施例中，所述活塞、所述配重以及所述储能罐内的预设压力满足关系：
18.g＝apa/g；
19.式中，g为所述活塞的重量与所述配重的重量之和，p为所述储能罐内的预设压力，a为所述稳压罐内腔的横截面积，g为重力加速度，a为修正系数，其取值≥1。
20.在本公开的一种示例性实施例中，所述稳压罐连接于所述水源。
21.在本公开的一种示例性实施例中，储能完成后，所述稳压罐内的稳压水的体积大于或等于所述储能罐内压缩空气的体积。
22.在本公开的一种示例性实施例中，所述释能组件包括：
23.释能透平，连接于所述储能罐的出气口；
24.冷源使用装置，连接于所述释能透平的出气口；
25.第一发电机，连接于所述释能透平的驱动轴。
26.在本公开的一种示例性实施例中，所述释能组件还包括：
27.水轮机，其进水端连接于所述储能罐的出水口，所述水轮机的出水口连接于所述水源；
28.第二发电机，连接于所述水轮机的驱动轴。
29.在本公开的一种示例性实施例中，所述储能组件包括水泵，所述水泵和所述水源、所述储能罐均连接，用于将水从所述水源抽取至所述储能罐进行储能。
30.在本公开的一种示例性实施例中，所述水泵还和所述稳压罐连接，用于将水从所述水源抽取至所述稳压罐。
31.在本公开的一种示例性实施例中，所述储能系统还包括：
32.压力传感器，设于所述储能罐内，用于实时检测所述储能罐内的压力；
33.多个控制阀，设于所述水源与所述水泵之间，所述水泵与所述储能罐之间，所述水泵与所述稳压罐之间，所述稳压罐与所述储能罐之间，所述储能罐与所述水轮机之间，所述储能罐与所述释能透平之间；
34.控制器，电连接于所述水泵和多个所述控制阀，用于根据所述压力传感器检测的压力值控制所述水泵和多个所述控制阀。
35.根据本公开的另一个方面，提供了一种储能系统的控制方法，用于控制上述任意一项所述的抽水蓄能系统，所述控制方法包括储能阶段和释能阶段；
36.在所述储能阶段：
37.将水源的水抽取至储能罐，且水将所述储能罐内的空气压缩进行储能；
38.将水抽取至稳压罐；
39.在所述释能阶段：
40.控制释能组件工作，将所述储能罐内的压缩空气和水排出进行释能，同时，控制使所述稳压罐内的水流至所述储能罐，以保持所述储能罐内的预设压力。
41.在本公开的一种示例性实施例中，控制释能组件工作，将所述储能罐内的压缩空气和水排出进行释能，包括：
42.控制所述储能罐内的压缩空气依次流入释能透平和冷源使用装置，所述释能透平带动第一发电机进行发电，流出所述释能透平的空气为所述冷源使用装置提供冷源；
43.控制所述储能罐内的水依次流入水轮机和水源，所述水轮机带动第二发电机进行发电。
44.本公开的储能系统，储能罐密封设置，储能罐用于存储从水源抽取的水，水将储能罐内的空气压缩进行储能；释能组件用于将储能罐内存储的水和压缩空气排出进行释能；稳压罐连接于储能罐，在释能组件释能时保持储能罐内的预设压力。一方面，通过稳压罐保持储能罐内的预设压力，使储能罐内的水和压缩空气都能充分释能，提高释能效率；另一方面，储能罐内的水和压缩空气都能进行释能，提高了释能效率；再一方面，通过水来压缩空气，提高资源的利用率。而且，该储能系统不需要消耗大量燃料来保证压缩空气的储能效率，不受地形、环境因素影响，实用性强、成本低。
45.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
46.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
47.图1为本公开储能系统一示例实施方式的结构示意图。
48.图2为图1中的储能罐的结构示意图。
49.图3为本公开储能系统的控制方法一示例实施方式的流程示意框图。
50.附图标记说明：
51.1、水源；2、储能罐；
52.3、稳压罐；31、罐体；32、活塞；33、配重；34、密封圈；
53.41、释能透平；42、释能换热器；43、第一发电机；
54.51、水轮机；52、第二发电机；
55.61、第一控制阀；62、第二控制阀；63、第三控制阀；64、第四控制阀；65、第五控制阀；66、第六控制阀；67、第七控制阀；
56.7、水泵；8、压力传感器。
具体实施方式
57.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
58.虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构
上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
59.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
60.抽水储能是将水从低位水库通过水泵7抽至高位水库，把电能转化为水的势能存储起来，通过释放高位水库的水至低位水库驱动水轮机51发电。抽水储能具有容量大、成本低、寿命周期长等优点，但其厂址的选择依赖于地形条件，存在一定的难度和局限性。而压缩空气储能则是将电能用于压缩空气，并将其存储在储气井、废弃矿井等储气装置中，把电能转化为空气的内能存储起来，在需要时释放压缩空气驱动透平发电。压缩空气储能的容量仅次于抽水储能，同时也具有寿命长、效率高等优点，但同抽水储能类似，压缩空气储能对地形条件也有较大的限制，需要特定的地形条件如山洞、废弃矿井等建造储气装置，同时为保证较高的功率和效率，压缩空气储能需要大量燃料提供热源，存在一定的局限性。
61.本公开示例实施方式提供了一种储能系统，如图1所示的本公开储能系统一示例实施方式的结构示意图，该储能系统可以包括水源1、储能罐2、储能组件、释能组件和稳压罐3；储能罐2密封设置，所述储能罐2用于存储从所述水源1抽取的水，且水将所述储能罐2内的空气压缩进行储能；储能组件用于将水从所述水源抽取至所述储能容器进行储能；释能组件连接于所述储能罐2，所述释能组件用于将所述储能罐2内存储的水和压缩空气排出进行释能；稳压罐3连接于所述储能罐2，所述稳压罐3用于在所述释能组件释能时保持所述储能罐2内的预设压力。
62.本公开的储能系统，一方面，通过稳压罐3保持储能罐2内的预设压力，使储能罐2内的水和压缩空气都能充分释能，提高释能效率；另一方面，储能罐2内的水和压缩空气都能进行释能，提高了释能效率；再一方面，通过水来压缩空气，提高资源的利用率，而且使抽水储能系统和压缩空气储能系统微型化，解决了抽水储能系统和压缩空气系统对特殊地形条件的依赖问题，降低了系统成本。而且，该储能系统不需要消耗大量燃料来保证压缩空气的储能效率，不受地形、环境因素影响，实用性强、成本低。
63.在本示例实施方式中，水源11可以是居民小区的蓄水池内的水。蓄水池中的水可由经处理后的小区生活污水和雨水等提供，为水资源的循环再利用提供新的途径。还可以是游泳池内的水。
64.在本示例实施方式中，储能罐2为密封设置，以使储能罐2内能够保持一定的压力。储能罐2用于存储从水源11抽取的水，由于储能罐2是密封设置，储能罐2内的水增加后会对其内的空气进行挤压，使其内的空气形成压缩空气以进行储能。储能罐2具有两个进水口、一个出水口和一个出气口，两个进水口为第一进水口和第二进水口。出气口设置于储能罐2的顶部，使得压缩空气能够顺利流出。储能罐2的出气口还作为进气口，在出气口连接有联通至大气的管道，在该管道上设置有第七控制阀67，打开第七控制阀67空气即可进入储能罐2。
65.另外，在本公开的另外一些示例实施方式中，储能罐2可以设置为相互连通的两个，且两个储能罐2均是密封设置，其中一个储能罐2用于存储压缩空气，另一个储能罐2用
于存储水。这种情况下，稳压罐3连接至用于存储水的储能罐2。当然，储能罐2还可以设置更多个，均属于本公开保护的范围。
66.在本示例实施方式中，参照图2所示的稳压罐的结构示意图，稳压罐3可以包括罐体31、活塞32以及配重33；罐体31内用于存储稳压水；活塞32可活动地密封设于罐体31内，在释能组件进行释能时稳压罐3内的水会流至储能罐2对储能罐2内的压力进行稳定，此时活塞32会随水的减少而向下移动，在向稳压罐3内充入稳压水的时候，活塞32会随水的增加而向上移动；配重33设于活塞32之上，配重33为活塞32提供压力，而且配重33随着活塞32的移动而移动，即配重33和活塞32一起进行移动。该稳压罐3结构简单、制造方便。
67.在活塞32上还设置有密封圈34，密封圈34位于活塞32与罐体31之间，密封圈34能够对罐体31与活塞32之间进行密封。
68.由于稳压罐3的作用是在释能时保持储能罐2内的压力，而稳压罐3主要起到稳压作用的是稳压水、活塞32和配重33；因此，活塞32、配重33以及储能罐2内的预设压力满足关系：
69.g＝apa/g；
70.式中，g为活塞32的重量与配重33的重量之和，单位为kg；p为储能罐2内的预设压力，单位为pa；a为稳压罐3内腔的横截面积，单位为m2；g为重力加速度，单位为m/s2；a为考虑摩擦、损耗等因素的修正系数，其取值≥1。
71.稳压罐3具有一个入水口和一个退水口。
72.在本示例实施方式中，释能组件可以包括释能透平41、冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)以及第一发电机43；释能透平41连接于储能罐2的出气口，释能透平41具有驱动轴；第一发电机43连接于释能透平41的驱动轴。储能罐2内的压缩空气稳定流入释能透平41，带动释能透平41的驱动轴转动，释能透平41的驱动轴带动第一发电机43转动进行发电。冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)连接于释能透平41的出气口；储能罐2内的压缩空气经释能透平41做功的同时，由于压缩空气膨胀对外做功形成低温空气，低温空气作为冷源进入冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)中换热，换热后的空气排向大气。另外，在本公开的其他一些示例实施方式中，冷源使用装置除了可以是释能换热器42，也可以是冷库、小区空调等，可以将释能透平41的排气口直接连接于冷库、小区空调等，为冷库、小区空调等进行冷却使用。
73.在本示例实施方式中，释能组件还可以包括水轮机51和第二发电机52。水轮机51的进水端连接于储能罐2的出水口，水轮机51具有驱动轴；第二发电机52连接于水轮机51的驱动轴。储能罐2内的水流入水轮机51，带动水轮机51的驱动轴转动，水轮机51的驱动轴带动第二发电机52转动进行发电。水轮机51的出水口连接至水源1，使得从水轮机51流出的水直接流至水源1，可以使水源1内的水重复使用，避免浪费水资源。
74.在本示例实施方式中，抽水蓄能系统还可以包括压力传感器8，压力传感器8设于储能罐2内，用于实时检测储能罐2内空气的压力。
75.在本示例实施方式中，储能组件包括水泵7，所述水泵7和所述水源1、所述储能罐2均连接，用于将水从所述水源1抽取至所述储能罐进行储能。具体地，在储能罐2的第一进水口与水源1之间连接有管道，在该管道上设置有水泵7，通过水泵7将水源1的水抽取至储能罐2。在水泵7与水源1之间的管道上设置有第一控制阀61，在水泵7与储能罐2之间的管道上
设置有第二控制阀62。
76.水泵7的出水端还通过管道连接至稳压罐3的入水口，在水泵7与稳压罐3之间的管道上设置有第三控制阀63。通过水泵7可以将水源1的水抽取至稳压罐3。
77.另外，在本公开的其他示例实施方式中，储能罐2和稳压罐3可以分别通过管道连接至水源1，且在各自与水源1连接的管道上分别设置水泵7，即设置有两个水泵7，一个水泵7用于将水源1的水抽取至储能罐2，另一个水泵7用于将水源1的水抽取至稳压罐3；那么两个水泵7就可以同时进行工作，不必先进行储能罐2的蓄水然后进行稳压罐3的蓄水，或先进行稳压罐3的蓄水然后进行储能罐2的蓄水。
78.稳压罐3的退水口通过管道还连接至储能罐2的第二进水口，在稳压罐3与储能罐2之间的管道上设置有第四控制阀64。
79.储能罐2的出气口通过管道连接至释能透平41，在储能罐2与释能透平41之间的管道上设置有第五控制阀65。释能透平41具有驱动轴，释能透平41的驱动轴连接有第一发电机43，释能透平41可以带动第一发电机43转动进行发电以实现释能。
80.储能罐2的出水口通过管道连接至水轮机51，在储能罐2与水轮机51之间的管道上设置有第六控制阀66。水轮机51具有驱动轴，水轮机51的驱动轴连接有第二发电机52，水轮机51可以带动第二发电机52转动进行发电以实现释能。
81.储能系统还可以包括供电组件，供电组件电连接于水泵7，供电组件可以为市电、太阳能或风力发电机组。在使用市电时，可以在用电低谷时进行储能，在用电高峰时进行释能，实现了电力的移峰填谷以减小用电压力。使用太阳能或风力发电机组可以将一些少量的能源进行累积使用，达到节能减排的目的。
82.在本示例实施方式中，在稳压罐3中可以设置有水位传感器(未标明)，通过水位传感器(未标明)检测稳压罐3中的水的体积。
83.在本示例实施方式中，储能系统还可以包括控制器；控制器的输入端电连接于水位传感器的输出端和/或压力传感器8的输出端，控制器的的多个输出端一一对应地电连接至第一控制阀61、第二控制阀62、第三控制阀63、第四控制阀64、第五控制阀65、第六控制阀66、第七控制阀67以及水泵。控制器用于根据压力传感器8检测的压力值和水位传感器检测的水位值控制水泵7和多个上述控制阀。
84.进一步的，本公开示例实施方式还提供了一种储能系统的控制方法，参照图3所示的储能系统的控制方法流程示意框图。该控制方法用于控制上述任意一项所述的抽水蓄能系统，该控制方法可以包括储能阶段和释能阶段；
85.在所述储能阶段：
86.步骤s10，将水源1的水抽取至储能罐2，且水将所述储能罐2内的空气压缩进行储能；
87.步骤s20，将水抽取至稳压罐3；
88.在所述释能阶段：
89.步骤s30，控制释能组件工作，将所述储能罐2内的压缩空气和水排出进行释能，同时，
90.控制使所述稳压罐3内的水流至所述储能罐2，以保持所述储能罐2内的预设压力。
91.下面对上述控制方法进行示例性说明。
92.在储能阶段，控制器控制打开第一控制阀61和第二控制阀62，且开启水泵7；储能系统的储能部分开始工作：存储于水源1(蓄水池)中的常温常压的水经过水泵7抽至储能罐2，由于储能罐2为密封罐体31，流入储能罐2的水会将储能罐2中的空气压缩形成压缩空气；压力传感器8检测储能罐2中的压力达到预设压力后，控制器控制关闭第二控制阀62，并打开第三控制阀63，通过水泵7将水源1(蓄水池)中的水抽至稳压罐3，当水位传感器检测到稳压罐3内的水量大于或等于储能罐2中被压缩后的空气的体积时，控制关闭第三控制阀63和第二控制阀62，完成储能工作。
93.需要说明的是，也可以先通过水泵7抽水至稳压罐3，然后再通过水泵7抽水至储能罐2；在设置有两个水泵7的情况下，可以同时开启两个水泵7，同时抽水至稳压罐3和储能罐2。
94.在释能阶段：控制储能罐2内的压缩空气依次流入释能透平41和冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)，释能透平41带动第一发电机43进行发电，流出释能透平41的空气为冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)提供冷源；控制储能罐2内的水依次流入水轮机51和水源1，水轮机51带动第二发电机52进行发电。
95.具体来讲，控制器控制打开第四控制阀64和第五控制阀65，储能系统的释能部分开始工作：存储于储能罐2并被水压缩至预设压力后的空气被释放并进入释能透平41做功；同时，由于稳压罐3的活塞32的重量和配重33的重量对稳压罐3内的水的压力等于储能罐2中的预设压力，储能罐2中的压缩空气流出后，其内的气压会减小，存储于稳压罐3中的稳压水会在活塞32和配重33的压力下进入储能罐2，稳压水的进入量基本等于压缩空气的流出量，从而通过稳压罐3能够稳定释放压缩空气时储能罐2内的水压和气压。而且在水释能时稳压罐3内的稳压水基本全部流入储能罐2，这部分水也能进行释能，即稳压罐3内的稳压水在完成稳压作用后还能够进行释能，提高释能效率。
96.经释能透平41做功后的低温空气作为冷源进入冷源使用装置(示例性说明如释能换热器42)中换热，换热后的空气排向大气，释能透平41的输出轴与第一发电机43相连，用于驱动第一发电机43发电。
97.存储于储能罐2中的压缩空气排空后，控制器控制关闭第四控制阀64和第五控制阀65，且控制打开第六控制阀66，存储于储能罐2中的具有预设压力的水进入释能水轮机51做功，做功后的水排入水源1(蓄水池)实现水的循环，释能水轮机51的输出轴与第二发电机52相连，用于驱动第二发电机52发电，至此完成循环并实现能量释放。
98.如不设置稳压罐3，释能量最多为储能罐2内的高压空气的气压与大气压的差值，即储能罐2内的压力减小到大气压时，即完成释能；而本技术，通过稳压罐3使得储能罐2内始终保持大于大气压的压力，从而使得高压空气和水都能完全流出进行释能；而且稳压罐3内的水也能够进行释能。
99.最后，控制器可以控制打开第七控制阀67，使空气进入储能罐2，为下一次储能做准备。
100.在设置有串联的多个水轮机51的情况下，存储于储能罐2中的具有预设压力的水依次进入多个水轮机51做功，以提高释能效率。
101.需要说明的是，上述控制阀一般处于常闭状态，在需要工作时控制打开，那么没有说明打开的控制阀都处于关闭状态。
102.需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中储能系统的控制方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
103.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。