潜水式抽真空储能装置和海上发电系统的制作方法

1.本发明涉及储能设备的技术领域，尤其涉及潜水式抽真空储能装置和海上发电系统。


背景技术：

2.储能可以有效地解决目前风电和光伏发电的不可控性，起到调峰的作用。然而对于处于海上的漂浮式风电光伏设备而言，化学电池储能面临海水的腐蚀容易导致漏电爆炸的风险，泄露也会对海洋环境造成直接的严重污染，并且成本很高。机械储能如抽水储能，飞轮储能等则需要搭建大规模额外的漂浮平台以支撑机械储能设备巨大的重量，成本难以控制。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种潜水式抽真空储能装置，该潜水式抽真空储能装置具有储能成本低、储能能量密度高、环境友好可靠性高的优点。
5.根据本发明实施例的潜水式抽真空储能装置，潜水式抽真空储能装置包括真空储能装置、传动装置、供能装置和支架，所述真空储能装置包括舱体和密封件，所述舱体具有一端开口的密封腔，所述密封件可移动地配合在所述密封腔内并封闭所述开口，所述传动装置与所述密封件相连，所述传动装置用于驱动所述密封件在所述密封腔内朝扩大所述密封腔体积的方向移动，所述供能装置与所述传动装置相连，所述舱体和所述传动装置安装于所述支架。
6.根据本发明实施例的潜水式抽真空储能装置具有储能成本低、储能能量密度高、环境友好可靠性高的优点。
7.在一些实施例中，所述传动装置包括轴体、电机和齿轮箱，所述轴体的第一端与密封件相连，所述轴体的第二端与齿轮箱传动连接，所述齿轮箱与所述电机的输出端传动连接，所述电机安装于所述支架，所述供能装置与所述电机的输入端电性连接。
8.在一些实施例中，所述轴体上设有沿所述轴体的轴向延伸的方向设置有齿条，所述齿轮箱包括用于与所述齿条啮合的输出齿轮。
9.在一些实施例中，所述齿轮箱包括输出轴和自锁装置，所述输出轴沿第一旋向转动以便于驱动所述密封件在所述密封腔内朝扩大所述密封腔体积的方向移动，所述自锁装置用于锁定和解锁所述输出轴沿第二旋向的转动，所述第二旋向与所述第一旋向相反。
10.在一些实施例中，所述舱体为筒状结构，所述轴体的轴向与所述舱体的轴向一致。
11.在一些实施例中，所述电机为发电机与电动机两用电机。
12.在一些实施例中，所述供能装置包括海上风力发电机组和/或光伏发电装置。
13.在一些实施例中，所述密封件为密封盘，所述密封盘可滑动地配合在所述密封腔内。
14.在一些实施例中，所述舱体采用钢混腔体结构。
15.根据本发明实施例的海上发电系统，包括潜水式抽真空储能装置，所述潜水式抽真空储能装置的支架固定在海床上。
附图说明
16.图1是根据本发明实施例中潜水式抽真空储能装置的初始状态示意图。
17.图2是根据本发明实施例中潜水式抽真空储能装置的能量充满状态示意图。
18.附图标记：1、舱体；2、密封件；3、传动装置；31、轴体；32、电机；33、齿轮箱；4、支架。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.根据本发明实施例的潜水式抽真空储能装置，如图1和图2所示，潜水式抽真空储能装置包括真空储能装置、传动装置3、供能装置和支架4，真空储能装置包括舱体1和密封件2，舱体1具有一端开口的密封腔，密封件2可移动地配合在密封腔内并封闭开口，传动装置3与密封件2相连，传动装置3用于驱动密封件2在密封腔内朝扩大密封腔体积的方向移动，供能装置与传动装置3相连，舱体1和传动装置3安装于支架4。供能装置将电能输入传动装置3，传动装置3驱动密封件2在密封腔内运动，舱体1的真空度随着密封件2朝舱体1的开口方向运动而增加，真空储能装置释放能量时，密封件2在外界水压和自身重力作用下向减小密封腔体积的方向移动，舱体1的真空度降低，密封件2带动传动装置3运动发电，传动装置3向外界输送电能。由于密封腔内保持真空，密封件2两面产生压差，压力等于密封件2两面承受的压差乘以舱体1的轴向横截面积。密封件2通过轴体31带动运动改变密封腔体体积实现储能和储能释放。图1中a方向为密封件2体积扩大的方向。本发明提出的潜水式抽真空储能装置直接安装在海底，无需额外的漂浮平台可大幅度减少储能成本。同时真空储能装置可储存的能量密度高于抽水储能和压缩空气储能等储能手段。此外真空储能装置无需化学电池所用到的电解液等污染物，从根源上杜绝了泄漏导致的环境污染，可靠性强。
21.根据本发明实施例的潜水式抽真空储能装置具有储能成本低、储能能量密度高、环境友好可靠性高的优点。
22.在一些实施例中，如图1和图2所示，传动装置3包括轴体31、电机32和齿轮箱33，轴体31的第一端与密封件2相连，轴体31的第二端与齿轮箱33传动连接，齿轮箱33与电机32的输出端传动连接，电机32安装于支架4，供能装置与电机32的输入端电性连接。
23.由此，供能装置向电机的输入端输入电能，电机将电能转化为动能驱动齿轮箱转动，齿轮箱带动轴体运动，轴体带动密封件向舱体的开口方向运动增加密封腔体积能提高舱体的真空度实现对真空储能装置做功。
24.在一些实施例中，轴体31上设有沿轴体31的轴向延伸的方向设置有齿条，齿轮箱33包括用于与齿条啮合的输出齿轮。
25.具体地，轴体31上固定有齿条，轴体31在轴体31的轴向方向运动能够增加或减小密封腔的体积，齿条的长度方向与轴体31的轴向延伸方向一致，输出齿轮与齿条啮合，齿轮箱33驱动输出齿轮转动进而带动齿条沿轴体31的轴向延伸方向运动，齿条带动轴体31进而
带动密封件2相对舱体1运动，实现密封腔体积的增加或减小。齿轮箱33还可改变传动方向，可以通过两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴改变传动方向，有利于调节电机32位置。
26.在一些实施例中，齿轮箱33包括输出轴和自锁装置，输出轴沿第一旋向转动以便于驱动密封件2在密封腔内朝扩大密封腔体积的方向移动，自锁装置用于锁定和解锁输出轴沿第二旋向的转动，第二旋向与第一旋向相反。
27.由此，输出轴与电机相连接传递动能，自锁装置锁定输出轴沿第二旋向转动实现自锁能够避免密封件在外界水压下和自身重力作用下向减小密封腔体积的方向移动，密封件带动齿条运动进而带动输出齿轮和输出轴转动损坏齿轮箱和电机，自锁装置解锁后，密封件能够带动齿条运动带动输出齿轮和输出轴转动带动电机32转动发电。自锁装置提高了齿轮箱和电机的安全性。
28.在一些实施例中，如图1和图2所示，舱体1为筒状结构，轴体31的轴向与舱体1的轴向一致。
29.由此，轴体的轴向与舱体的轴向一致，舱体为筒状结构，密封件沿轴体的轴向方向运动时能改变舱体的密封腔体积，能减少舱体与轴体之间的传动结构。
30.在一些实施例中，电机32为发电机与电动机两用电机。电机32可根据指令切换其发电机/电动机运行模式，在电动机运行模式下，发电机与电动机两用电机能驱动齿轮机带动轴体31和密封件2增加密封腔体积；在发电机运行模式下，发电机与电动机两用电机由轴体31带动齿轮箱33进而带动电机32发电。
31.由此，电机32采用发电机与电动机两用电机能够减少发电机占用空间，提高空间利用率，降低装置总体体积。
32.在一些实施例中，供能装置包括海上风力发电机组和/或光伏发电装置。
33.由此，电机32与海上风力发电机组和光伏发电装置电连接，电机32将风力发电和光伏发电的电能转换并通过真空储能装置储存，提高能量利用率，减少海上风力发电机组和光伏发电装置的能量浪费。
34.在一些实施例中，如图1和图2所示，密封件2为密封盘，密封盘可滑动地配合在密封腔内。
35.由此，密封件2采用密封盘承受压力的面积最大，能够增加密封盘的承压面积，有利于真空储能装置更好地储能和释放能量。
36.在一些实施例中，舱体1采用钢混腔体结构。
37.由此，采用钢混腔体结构成本低廉耐用，能够适应水下作业环境保证真空储能装置正常运行。齿轮箱33可以安装在舱体1的钢混腔体结构上与舱体1固定，或者，齿轮箱33也可以安装在支架4上，提高结构强度避免齿轮箱33损坏。
38.根据本发明实施例的海上发电系统，包括潜水式抽真空储能装置，潜水式抽真空储能装置的支架4固定在海床上。
39.根据本发明实施例的海上发电系统的技术优势与上述潜水式抽真空储能装置的技术优势相同，此处不再赘述。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。