[发明专利]海上无坝抽水压缩空气储能系统及方法

说明书

本发明一种海上无坝抽水压缩空气储能系统及方法，所述系统包括电力调配单元、储能回路和释能回路；储能回路包括依次连接的压缩机机组、水下气囊和水气共容舱；释能回路包括水轮机；水轮机进水口与水气共容舱的出水口相连；电力调配单元包括电动机/发电机和用于连接控制电动机/发电机的电力调度与控制中心；储能时，电动机/发电机的电动机端带动高压水泵向水气共容舱内注水储能；释能时，水气共容舱中的高压水驱动水轮机带动电动机/发电机的发电机端进行发电。所述方法包括预处理步骤、储能步骤和释能步骤。保证系统运行过程中具有稳定的工况和较高的发电效率，同时进一步提高了系统的经济性。

技术领域

本发明属于物理储能技术领域，涉及一种用于海上孤岛的压缩空气储能，具体为海上无坝抽水压缩空气储能系统及方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，同时也是影响国民经济发展的重要因素。近年来，随着化石能源的消耗量急剧增加，由此带来的常规能源短缺、温室空气排放、环境污染等问题日益突出，因此加强风能、太阳能等具有替代作用的可再生能源的开发利用尤为重要。

我国幅员辽阔，陆地及海洋面积广阔，可再生能源蕴藏量丰富。在经济社会的发展过程中，远离海岸线的诸多海岛由于受特殊地理环境因素的制约，需要投入巨大的时间成本和经济成本才能接入强大的输配电网络，严重影响了这些地区的经济发展。根据我国的风能、太阳能资源的分布情况可知，这些远离海岸线的海岛的风能及太阳能资源的可开发量丰富，由于风能和太阳能具有天然的互补性，因此在海岛地区开发风能和太阳能是一种合理可行的能源利用方式。由于风能及太阳能受天气影响明显，具有波动性和随机性，因此有必要引入电能存储技术，保证能源的持续、稳定供给。

目前储能技术主要分为物理储能和化学储能，其中物理储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等，化学储能技术包括电池储能等。考虑到目前可以进行大规模储能的技术为抽水蓄能和压缩空气储能，同时考虑海岛的地理环境条件，因此仅有压缩空气储能具有可行性。

国内外目前针对压缩空气储能技术的研究多采用地下盐穴、废弃矿洞或隧道等作为储气容器，存在电站造价高且需要特定地形结构等问题。为解决上述问题，同时考虑到储能和释能过程中的变工况特性，西安交通大学王焕然等首次提出一种恒压水-气共容舱电力储能系统(CN201210099690.1)。

在上述恒压水-气共容舱电力储能系统的释能过程中，水-气共容舱内的水位不断降低，水气共容舱内上部空气体积增大，空气压力下降。为保证水轮机在稳定工况下发电，即保持释能过程中水气共容舱内压力恒定，利用蒸汽锅炉向水-气共容舱内补充水蒸气。

进一步的，考虑到蒸汽锅炉产生的高温水蒸气会与水-气共容舱内工质发生热交换，降低水-气共容舱的安全性，同时考虑简化系统结构，王焕然等进一步提出一种用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统(CN201320222066.4)。

在上述用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统中，由于高压储气罐的设置，使得储能系统的经济性变差，同时又额外增加了增压机及节流稳压装置，增加了储能系统的能耗及不可逆损失。

目前，电能的清洁、高效、低成本储存技术仍然属于世界性难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种海上无坝抽水压缩空气储能系统及方法，结构简单，设计合理，造价低，电能清洁高效。

本发明是通过以下技术方案来实现：

海上无坝抽水压缩空气储能系统，包括电力调配单元、储能回路和释能回路；

所述的储能回路包括依次连接的压缩机机组、水下气囊和水气共容舱；压缩机机组的空气入口连接大气，水下气囊设置在海面以下且固定在海底，水气共容舱上设置有与海水连通的高压水泵；

所述的释能回路包括水轮机；水轮机进水口与水气共容舱的出水口相连；