[发明专利]一种多级发电系统及其运行方法

权利要求书

1.一种多级发电系统，其特征在于，包括高压气系统、多级气液混合系统、多级液力发电系统、通道切换系统以及控制系统，所述高压气系统、多级气液混合系统、多级液力发电系统通过通道切换系统连接，并由控制系统控制，改变多级发电系统的运行状态；

所述高压气系统包括至少一组高压气子系统，所述高压气子系统至少包括一个高压储气容器和一个空气压缩装置，所述高压储气容器与所述空气压缩装置对应相连；

所述多级气液混合系统包括第一级气液混合容器至第N级气液混合容器，N≥2；

所述多级液力发电系统包括第一级液力发电系统至第N级液力发电系统，各级液力发电系统至少包括一台液能转换的原动机及其发电机；

所述控制系统包括所述多级液力发电系统的控制装置和气压控制装置，所述多级液力发电系统的控制装置至少具有调节控制液力发电系统转速、功率、开度的功能，所述气压控制装置具有通过控制阀的开关实现气压调控的功能；

所述通道切换系统包括所述多级发电系统中连接各部件的阀及管道；

所述空气压缩装置的进口连接外部空气，所述高压储气容器的出口与气阀一的进口相连；气阀i的出口连接第i级气液混合容器的进气口和气阀i+1的进口，1≤i≤N-1，气阀N连接第N级气液混合容器的进气口；每级气液混合容器的出液口经对应的每级液力发电系统后连接与大气压相连的蓄液容器的进口，所述蓄液容器的出口连接各级气液混合容器的进液口，通过形成的压差回流到各级气液混合容器，对应相连的气液混合容器与液力发电系统、液力发电系统与蓄液容器之间均通过液阀连接，对应相连的蓄液容器与各级气液混合容器之间通过回流液阀连接；随级数的增大，各级液力发电系统的水头范围减小，各级气液混合容器的容积增大，压强减小；当第i级液力发电系统发电时，气阀一至气阀i均打开，第i级气液混合容器与第i级液力发电系统、第i级液力发电系统与蓄液容器之间的液阀打开，蓄液容器与第一级气液混合容器至第i级气液混合容器之间的回流液阀均关闭，所述气阀i的开度可调节，用于使第i级气液混合容器的压力保持稳定。

2.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述蓄液容器的出口分别通过回流液阀连接各级气液混合容器的进液口，所述蓄液容器的底部与各级气液混合容器存在设定的高程差，从而形成所述压差回流，所述高压储气容器、各级气液混合容器位于相同的水平面。

3.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述蓄液容器的出口分别通过液泵和回流液阀连接各级气液混合容器的进液口，通过液泵形成所述压差回流，所述蓄液容器、高压储气容器、各级气液混合容器位于相同的水平面。

4.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述高压气系统还包括蓄热换热系统，所述蓄热换热系统包括至少一组蓄热换热子系统，所述蓄热换热子系统至少包括一个换热器、与所述换热器的进液口相连的一个低温液体蓄热容器、与所述换热器的出液口相连的一个高温液体蓄热容器；所述高压储气容器与所述空气压缩装置通过所述换热器相连，所述空气压缩装置的出口连接所述换热器的进气口，所述换热器的出气口连接所述高压储气容器的进口。

5.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述原动机至少包括水轮机或液力透平，具有低比转速100m·kW～400m·kW和超低比转速1m·kW～100m·kW，各级的所述原动机和发电机具有不同的水头范围。

6.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述气液混合容器为气体、液体按比例共存的容器，实现方式包括地下坑井、地下洞穴、废弃矿井、开发的盐井/矿井、含水层洞穴、地面储气装置或水下储气容器的方式。

7.根据权利要求6所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述多级气液混合系统中气体压强不低于0.13MPa，所述液体为包括水、盐水或高密度液体，所述高密度液体包括钻井液、泥浆、含泥沙液体或水银。

8.根据权利要求1所述的一种多级发电系统，其特征在于，所述多级液力发电系统的控制装置至少包括所述原动机、发电机的调速系统、励磁系统、监控系统、保护系统。