集成抽水蓄能与压缩空气的新型储能系统的制作方法

本发明涉及能源储存，具体涉及一种集成抽水蓄能与压缩空气的新型储能系统。

背景技术：

1、抽水蓄能系统和压缩空气储能系统是目前两种常见的大规模物理储能方式。其中，抽水蓄能系统是通过泵或者水轮机组对电能和水重力势能进行转换，以此来实现对电能的存储和释放。压缩空气储能系统则是通过使用压缩机空气进行加压以及使用透平膨胀机对空气进行膨胀，进而实现对电能的存储。

2、然而在现有的储能系统中，通常很少利用抽水蓄能系统与压缩空气储能系统在技术原理上存在的共性，将两种储能系统进行集成在一起，进而提升单一形式储能的容量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种集成抽水蓄能与压缩空气的新型储能系统，以进一步提高电能储能系统的灵活性。

2、第一方面，本发明提供了一种集成抽水蓄能与压缩空气的新型储能系统，包括：

3、抽水蓄能系统，包括第一输水管路；

4、压缩空气储能系统，包含多个子压缩空气储能系统，多个所述子压缩空气储能系统设置于所述抽水蓄能系统的一侧，多个子压缩空气储能系统由高到低间隔设置，任意一个所述子压缩空气储能系统均通过第二输水管路与所述第一输水管路相连接。

5、有益效果：本发明通过第二输送管路将压缩空气储能系统与抽水蓄能系统相连接，使得压缩空气储能系统与抽水蓄能系统能够联合运行，提升了单一形式储能的容量，丰富了储能系统的运行工况，拓宽了储能调节范围，有利于推动中小型抽蓄电站的发展与建设。此外，沿山体的高度方向间隔设置多个子压缩空气储能系统，实现了对压气势能的分级储能，从而使得压缩空气储能系统更加高效、稳定运行。

6、在一种可选的实施方式中，所述子压缩空气储能系统包括通过第一输气管路依次连接的压缩机单元、储气库以及膨胀机单元，其中所述储气库通过第二输水管路与所述抽水蓄能系统相连接。

7、有益效果：本发明通过利用第一输气管路将压缩机单元、储气库以及膨胀机单元依次连接，使得压缩空气储能系统能够根据实际需要完成对电能的存储或者释放。此外，将储气库通过第二输水管路与抽水蓄能系统相连接，能够使得抽水蓄能系统中的水自由进出储气库，从而能够减小压缩空气储能系统在存储或释放电能过程中储气库内的压力变化范围，进而提高压缩空气储能系统运行的稳定性以及储气库容积的利用率。

8、在一种可选的实施方式中，所述储气库设有与所述第二输水管路相连接的水管接口，所述水管接口设置于靠近所述储气库的底部的一端。

9、有益效果：本发明通过将水管接口设置于靠近储气库的底部的一端，能够在减少使用其他设备数量的情况下，使得抽水蓄能系统中的水仍能够自由的进出储气库，便于通过水流调整储气库内的实时压力，减少储气库内的压力变化范围，进而能够将储气库中存储的空气全部用于膨胀发电，提高压缩空气储能系统的能量转化效率。

10、在一种可选的实施方式中，所述储气库内设有柔性存储装置，所述柔性存储装置与所述水管接口相连通。

11、有益效果：本发明通过在储气库内设置柔性存储装置能够将压缩空气储能系统中的高压气体与进入到储气库中的水相分离，避免高压气体与水直接接触，从而减少高压气体中的水分含量，同时还能够降低对设备及管路造成锈蚀的概率，增长系统的寿命。

12、在一种可选的实施方式中，相邻所述子压缩空气储能系统之间通过第二输气管路相连接。

13、有益效果：本发明通过将相邻子压缩空气储能系统之间通过第二输气管路相连接，使得高压气体能够在相邻的子压缩空气储能系统之间自由的流动，从而提高压缩空气储能系统的储能效率，减少能量的损耗。

14、在一种可选的实施方式中，所述第二输气管路包括输气总管和两个输气支管，所述输气总管的一端与位于上方的所述子压缩空气储能系统中的储气库的相连通，另一端通过三通阀分别连接两个所述输气支管，两个所述输气支管分别与位于下方的所述子压缩空气储能系统中的压缩机单元的进气口以及膨胀机单元的出气口。

15、有益效果：本发明通过设置输气总管和两个输气支管，能够将位于上方的子压缩空气储能系统中的储气库与位于下方的子压缩空气储能系统中的压缩机单元和膨胀机单元相连通的同时，还能够使得输气管路在布局时更加紧凑，减少占用的空间。此外通过在输气总管和两个输气支管之间设置三通阀，使得第二输气管路在压缩空气储能系统在进行存储或者释放电能的过程中，能够根据需求使得两个输气支管中的其中一个与输气总管相连通，并在压缩过程与膨胀过程分别实现了分级储能与释能，一方面提高了压缩空气储能系统的效率，另一方面保证了压缩空气储能系统运行的稳定性。

16、在一种可选的实施方式中，所述三通阀为t型三通阀、l型三通阀或者直通型三通阀的其中一种。

17、有益效果：本发明通过采用上述任意一种三通阀均能够根据需求使得两个输气支管中的其中一个与输气总管相连通，一方面提升了压缩空气储能系统的储能容量，另一方面使得压缩空气储能系统能够灵活地适用于多种工况。

18、在一种可选的实施方式中，相邻所述子压缩空气储能系统之间设有两个所述第二输气管路，其中一个所述第二输气管路的两端分别连接位于上方的所述子压缩空气储能系统中的储气库和位于下方的所述子压缩空气储能系统中的压缩机单元的进气口，另一个所述第二输气管路的两端分别连接位于上方的所述子压缩空气储能系统中的储气库和位于下方的所述子压缩空气储能系统中的膨胀机单元的出气口，两个所述第二输气管路上分别设有第一开关阀。

19、有益效果：本发明通过在上方的子压缩空气储能系统中的储气库与位于下方的子压缩空气储能系统中的压缩机单元和膨胀机单元之间分别设置一个第二输气管路，使得压缩空气储能系统能够实现对大容量的电能的储存或释放，进而平衡电网负荷，避免出现过载或电力不足的情况。

20、在一种可选的实施方式中，所述第一开关阀为单向阀。

21、有益效果：本发明通过将第一开关阀设置为单向阀，能够确保高压气体沿一个方向进行流动，避免出现高压气体回流的问题，提高系统的工作效率以及稳定性。

22、在一种可选的实施方式中，所述子压缩空气储能系统还包括第一换热机，所述第一换热机通过所述第一输气管路分别与所述压缩机单元以及所述储气库相连接。

23、有益效果：由于气体在被压缩机单元压缩时，通常会产生大量的热量。因此本发明通过在压缩机单元和储气库中间设置第一换热机，使得子压缩空气储能系统能够将气体被压缩时产生的热量进行存储，从而提高能源的利用率。

24、在一种可选的实施方式中，所述子压缩空气储能系统还包括第二换热机，所述第二换热机通过所述第一输气管路分别与所述膨胀机单元以及所述储气库相连接，所述第一换热机和所述第二换热机与所述储气库之间分别设有第二开关阀。

25、有益效果：由于气体在被膨胀机单元进行膨胀的过程中，需要吸收热量。因此本发明在膨胀机单元与储气库之间设置第二换热机能够将第一换热机储存的热量用于对膨胀机单元中的气体进行加热，如此设置，一方面能够增加膨胀机单元的输出功率，提高系统的储能效率，另一方面还能够减少传统燃料的使用量。

26、在一种可选的实施方式中，抽水蓄能系统还包括通过所述第一输水管路依次连接的上水库、可逆式水泵水轮机以及下水库。

27、有益效果：本发明通过设置可逆式水泵水轮机不仅能够将电能转换为水的重力势能，进而在用电低峰期时实现对电能的存储；还能够将水的重力势能重新转换为电能，从而实现对电能的释放以满足用电高峰期对电能的需求。同时通过设置可逆式水泵水轮机还能够减少抽水蓄能系统中使用的设备的数量，降低抽水蓄能系统的复杂性。

28、在一种可选的实施方式中，所述压缩机单元包括电动机以及与所述电动机相连接的压缩机。

29、有益效果：本发明通过使用电动机作为压缩机的动力源，能够提供更好的功率输出和转速控制，以适应不同的运行需求。

30、在一种可选的实施方式中，所述膨胀机单元包括发电机以及与所述发电机相连接的膨胀机。

31、有益效果：本发明通过膨胀机和发电机的配合能够将压缩空气储能系统先前存储的电能进行释放，从而满足用户对电能的需求。

32、在一种可选的实施方式中，所述储气库为储气罐、管线钢束储气库、地下盐穴、人造地下硐室、巷道中的一种或多种的组合。

33、有益效果：本发明通过选择不同形式的储气库，能够满足不同的储气需求，同时更好地提高储气的效率和稳定性。

34、在一种可选的实施方式中，所述压缩机单元的进气口内的气体为空气或二氧化碳。

35、有益效果：本发明的压缩空气储能系统通过压缩机单元对压缩空气或者二氧化碳进行压缩，均能够实现对压气势能的存储，增加了压缩空气储能系统的应用场景。

36、在一种可选的实施方式中，所述子压缩空气储能系统的数量为两个、四个、五个或者六个。

37、有益效果：本发明通过可根据具体的情况调整子压缩储能系统的数量，以使得子压缩储能系统的压力在较小的范围内进行波动，从而使得压缩空气储能系统能够高效、稳定地运行。