[发明专利]液体重力势能蓄能电站的上蓄液系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体重力势能蓄能电站的上蓄液系统，属于蓄能电站领域。

技术背景

术语定义-零势能平面：在重力势能的表示式E＝mgh中，由于高度h是相对的，因此重力势能的数值也是相对的。某个物体具有重力势能mgh，这是相对于某一个水平面来说的，即把这个水平面的高度取作零，物体位于这个参考平面上时，重力势能为零，因此称为零势能平面。

随着我国工业化水平的发展和人民生活用电的增加，电网用电负荷的峰谷差愈来愈大，而且随着风电、光伏发电等具有固有波动性和间歇性的新能源大规模并网，如何确保电网的稳定运行已经成为了一个巨大的挑战。我国以煤为主的能源格局决定了未来的电力装机构成中仍将以燃煤火电为主，但我国现有的火电机组不仅调整能力有限，而且调整出力也会对设备的安全和寿命造成不利影响；常规水电虽然具有一定的调峰能力，但受季节和气候条件影响较大。与其它技术相比，液体重力势能蓄能电站不仅具有良好的调峰能力，还能够在低谷期作为负荷消耗电能，具有填谷功能，同时液体重力势能蓄能电站还具有调频、调相、紧急备用等功能，因此成为世界各国广泛采用的调节工具。

液体重力蓄能电站的基本原理是在电力负荷低谷期用泵将液体从下库抽到上库，通过液体这一能量载体将电能转化为液体的重力势能存储起来；在电网负荷高峰期，释放上库中的液体，液体冲击叶轮使其旋转，叶轮带动发电机组进行发电。由于水具有来源广泛、成本低廉、相关技术成熟的优点，因此抽水蓄能成为广泛使用的一种液体重力蓄能技术。自1882年瑞士第一座抽水蓄能电站建立开始，此项技术不断得到发展，抽水蓄能电站通常由上库、下库、可逆式水泵水轮机组与管道、厂房等部分组成。

虽然抽水蓄能电站历经百余年的发展，但在实际实施时仍存在着各种问题，尤其是上库的选址和施工对抽水蓄能电站的推广造成很大阻碍：

a)地形条件要求高。通常抽水蓄能电站的上库由人工围建，下库则利用天然河道、湖泊、海湾或利用已经建成的水库。为形成一定库容，上库所在高地必须具有足够的面积；为获取高水头，上库所在的海拔要尽可能高；为控制工程造价，上库与下库之间的水平距离要尽可能小。这些条件使得电站选址难度增大，限制了抽水蓄能容量的增加。

b)地质条件要求高。由于现有抽水蓄能电站的管道和厂房多设置在地下，并且管道受高水压和水流冲击及渗透影响，因此要求地质条件要适于隧道施工，同时为减少蓄能损耗，还要求上库要具有良好的防渗能力。这就使得电站的选址难度进一步增大，限制了抽水蓄能电站的推广。

c)施工难度大。现有抽水蓄能电站的管道和厂房均位于地下，复杂的地质条件对施工人员和设备都提出了很高的要求；在运行时，上库水位变化剧烈，因此上库的水工建筑所受应力也随之剧烈变化，对上库的边坡和防渗工程的设计和施工都是巨大的考验；随着抽水蓄能电站水头的不断提高，高压管路的耐压和防渗也对施工单位提出了很高的要求。

选址困难、施工难度高、工期长等客观存在的问题限制了抽水蓄能电站在我国的推广应用，影响了电网削峰填谷策略的实施。因此急需寻找一种有效的技术方案，降低大规模蓄能的工程难度，为提高整个电力系统的安全性、稳定性和经济性提供技术基础。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种储能规模大、对地形及地质条件要求低的液体重力势能存储装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种液体重力势能蓄能电站的上蓄液系统，包括若干蓄液容器、管道、阀门、监测控制装置、防冻及除冰设施、山体。

上蓄液系统位于高于零势能平面的一座或几座山体上。根据山体的地形特点，当地面易于平整时，蓄液容器可为坐落于地基上的封闭或半封闭罐体，当地面崎岖不易处理时，蓄液容器可采用由支柱支撑起来悬于地面上方的封闭或半封闭罐体结构，容器上设有液位监测装置，容器之间通过管道进行连接，管道上设有阀门。监测控制系统通过控制各阀门的开闭控制液体的流入流出以及各容器内的液位。上蓄液系统设有防冻及除冰设置，当环境温度过低时，防止或消除因液体在低温下出现相变而损坏设备或影响流动特性等问题。

在电力负荷低谷期，用电能驱动泵将下蓄液装置中的液体向高处进行提升，上蓄液系统的检测控制装置通过控制阀门的开闭使液体合理的进入各独立容器，实现能量的存储。

在电力负荷高峰期，液体在上蓄液系统的监测控制系统的协调下，经由管道从各独立容器中有序流出，驱动发电装置，将液体的重力势能转换为动能。

本发明技术方案带来的有益效果如下：