[发明专利]水-气共容舱电力储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能物理储能的系统，特别涉及一种利用高压水-气共容舱实现电力储能的系统。

背景技术

从去年开始，中国已经超过美国成为世界第一大能源消费国，未来，随着中国的飞速发展，对能源的消耗还会大幅增加，我国在能源消费和节能减排方面必将承受更多和更大的国际压力。

目前，世界能源发展的主流趋势正在发生重大转变，正逐步走向摒弃核电和摒弃水电的道路，例如欧洲的核心国德国已宣布2020年弃核，其它欧洲国家已炸掉到期水电站；重点提高现有能源的利用率，逐步提高新兴能源与可再生能源在电网中所占比重，逐步限制火电的发展。

风电是我国唯一已经被大规模开发利用的可再生能源。2010年底，我国风电装机总容量达到4473.3万千瓦，超过美国成为世界第一，风电并网容量也达到了2956万千瓦，十二五末总装机容量达到1亿千瓦。随着并网容量的增加，尤其是进入2011年后，风电基地的弃风量急剧增加，一些风电基地的风机脱网事故频繁发生，这些问题已经对风电场和电网的安全运行带来了严重影响。我国风电场的风电波动性强，稳定性差，电网调峰能力和吸纳能力低是产生上述问题的根源。根据国外的经验，有效解决该问题的办法：通过对风电的大规模储存，提高其并网的稳定性、可控性及电网的安全性。

国外在上世纪七八十年代就已经开始研究电的大规模储存问题，并建立了几座大规模风电储存的示范工程。

到目前为止，关于电力储存的方法很多：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，但是能够进行大规模风电储存的成熟技术只有两种：一种是抽水蓄能技术，另一种是压缩空气储能技术。目前，在国内没有商业运行的压缩空气储能电站，也没有设计大规模压缩空气储能的示范工程经验，部分高校及科研院所仅进行了基础性研究。

西安交通大学研究压缩空气储能技术开始于上世纪九十年代，开展了热、电、冷联供的电站及各种不同的压缩空气储能循环系统的理论研究；中国科学院进行了超临界压缩空气储能的相关研究；华北电力大学对压缩空气储能系统进行了优化和经济性分析。

现有压缩空气储能系统在储能过程中需要采用带有中间冷却器和后冷器的多级压缩机组，设备造价高、换热系统复杂、产生大量低品位热量；在压缩空气膨胀发电过程中，为了获取尽可能多的膨胀功，必须对气体透平的进气进行加热至600度左右，为此需要给该系统配套燃气透平发电机组，从燃气透平机高温尾气获取热量，或者加装辅助加热装置，燃料(天然气、煤或燃油)补给系统，需要消耗数量可观的不可再生资源。

发明内容

针对现有压缩空气储能电站设备造价高、换热系统复杂、以及抽水蓄能电站要求的特殊地理环境等缺陷，本发明的目的是提供一种可降低储能造价，提高储能装置能量转化效率的电力储能系统。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种水-气共容舱电力储能系统，其特征在于，包括一个埋于地表深处的水-气共容舱、一个为水-气共容舱提供预置高压空气用的由压缩电机驱动的空气压缩机、一个由水泵电机驱动的液压水泵、一个与高压水泵相连的储水池，所述压缩机电机和水泵电机取自电网的富余电能，所述储水池的进水口连通水轮机的排水口，该储水池的上方与大气相通；所述空气压缩机的出口和液压水泵的出口均通过阀门及管道连通水-气共容舱，该水-气共容舱的出口通过管道及阀门连通水轮机，由水轮机拖动发电机发电输出电能。

上述方案中，所述液压水泵为多级水泵串联而成，与水泵电机构成抽水机组。所述水-气共容舱埋于地表深处100-150m。

本发明液压电力储能系统工作原理：首先利用空气压缩机对高压水-气共容舱充气加压至某预置压力，相当于在该地区修建一定高度的水坝，如当水-气共容舱内空气压力为10MPa相当于将水抽至水位高度为1000m的蓄水坝内，此后空气压缩机就不再工作，需要储能时，开启高压水泵对水-气共容仓注水，随着水-气共容舱内水位的增加，水体挤压压缩水-气共容舱内部空气，空气被等温压缩，压力升高，抽水所消耗的能量也随之增加，相当于抽同样体积的水所要储存的能量也增大了。发电时，高压水推动水轮发电机组发电，不再需要空气透平膨胀机，更不需要配置燃气透平和辅助加热系统。