[发明专利]用高压储气罐恒压的水-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，特别涉及一种利用水-气共容舱实现电力储能的系统。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭，可再生能源的利用受到越来越多的重视。在许多国家发展可再生能源成为首要任务。可是，风能、太阳能以及生物能等可再生能源所固有的随机性和波动性给世界各国发展新型能源带来了巨大的挑战。如何解决可再生能源的波动性是发展和利用可再生能源的关键所在。近年来中国风电、太阳能发电得到快速发展，自2010年起，中国风电装机规模已经跃居世界第一，截至2013年年底，中国风电累积装机容量超过9000万千瓦，可是由于风能自身的随机性和间歇性，以及现有电网较差的调峰能力，使得相当一部分电能无法接入电网，仅2013年中国风电弃风量超过150亿度，可以预计，随着风电装机规模的进一步扩大，风电损失必定会进一步增加。储能技术能够改善电力系统的供电能力,提高能源利用率,使系统更加安全可靠。

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。

针对现有压缩空气储能电站设备造价高、以及抽水蓄能电站要求的特殊地理环境等缺陷，西安交通大学王焕然等人首次提出水-气共容舱电力储能系统，并针对该系统在发电和储能过程中的变工况工作特性，提出了一种恒压水-气共容舱电力储能系统(CN201210099690.1)。

在该恒压水-气共容舱电力储能系统中，发电过程随着水-气共容舱内水位下降，水-气共容舱内气体压力下降，该系统利用蒸汽锅炉向水-气共容舱中补充水蒸汽，保证水-气共容舱中压力保持恒定，以保证水轮机发电机组在稳定工况下运行发电。

但是在蒸汽锅炉向水-气共容舱中补充水蒸汽的过程中，由于进入水-气共容舱中的是高温水蒸汽，而此时水-气共容舱中水温、气体温度与环境温度相近，高温水蒸气必然与水-气共容舱中的介质发生热量交换，气体温度的升高会降低水-气共容舱的安全性，加速水-气共容舱腐蚀，大幅降低其工作寿命，整体热力循环复杂，此外，蒸汽锅炉的使用也使系统结构变得更加复杂，经济性和环保性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高压储气罐维持水-气共容舱恒压的发电储能过程的电力储能系统，不但可降低储能造价，提高储能装置能量转化效率，而且可解决用蒸汽锅炉稳压的水-气共容舱电力储能系统的结构复杂性，进一步提高系统的经济性。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统，包括压缩机组、水泵机组、储水池以及水轮机，水泵机组通过管道及阀门从储水池中抽水，水轮机通过管道及阀门向储水池中排水；所述压缩机组的一个出口通过管道及阀门与水-气共容舱的上部连通，水泵机组的出口通过管道及阀门与水-气共容舱的中部连通，水-气共容舱下部出口通过管道及阀门连通水轮机；其特征在于，该系统还包括一个增压机和一个高压储气罐，所述高压储气罐的中部进口通过管道及阀门与压缩机组的另一个出口相连；所述水气共容舱顶部设置一个出口，依次通过第一电动阀、水气分离器与增压机的进口连接；增压机的出口与高压储气罐顶部进口相连；高压储气罐顶部出口通过第二电动阀与水气共容舱顶部的进口连接。

上述方案中，所述第一、第二电动阀、增压机均电连接一个稳压控制器的控制输出端，该稳压控制器的控制输入端连接固定于水气共容舱内顶部的压力传感器。

所述稳压控制器包括逻辑判断电路和控制及开关电路，其中，逻辑判断电路的输入端连接压力传感器，逻辑判断电路分两个逻辑输出端连接控制及开关电路，控制及开关电路的三个控制输出端根据逻辑判断电路两种不同的逻辑输出，相应发出两种不同的控制指令对第一、第二电动阀、增压机实现联动控制。

所述压力传感器为硅压阻式的压力传感器，采用周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁，通过MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量元件。

所述水-气共容舱下部出口与水轮机连通的管路上可串联一个换热器。在水泵机组与储水池之间设置有一回水阀门。