[发明专利]一种自压增强式重力压缩空气储能系统和储能方法

权利要求书

1.一种自压增强式重力压缩空气储能系统，其特征在于，包括：

密闭气腔，所述密闭气腔中活动插接有重力柱塞，所述重力柱塞与所述密闭气腔之间密封连接，以通过所述重力柱塞将所述密闭气腔分为上部气腔和下部气腔；

连通管路，所述连通管路的两端分别连接所述上部气腔和所述下部气腔，所述连通管路上设置有阀门；

串联的多级压缩机组，所述串联的多级压缩机组通过储能管路连接所述下部气腔，用于向所述下部气腔中充气，所述串联的多级压缩机组的中间级吸气口通过吸气管路连接上部气腔；

空气膨胀机组，所述空气膨胀机组通过释能管路连接所述下部气腔，压缩过程中，连通管路上的阀门关闭，此时上部气腔和下部气腔分隔不通气，串联的多级压缩机组向下部气腔充气，重力柱塞向上移动压缩上部气腔，使得上部气腔中的气体有一定的压力，通过将上部气腔中有一定压力的气体引入串联的多级压缩机组的中间级吸气口，可以使有一定压力的气体进行压缩后通入下部气腔中循环利用，保持充气过程中上部气腔和下部气腔的压差恒定，在膨胀过程中，下部气腔向空气膨胀机组放气，当上部气腔和下部气腔之间的压差达到一定值时，控制连通管路上的阀门开启，使下部气腔1中的高压气体以受控状态进入上部气腔，以保持上下气腔压差恒定，同时维持下部气腔压力恒定，进而可以实现密闭气腔在充放气过程中的恒压；

所述重力柱塞外壁与所述密闭气腔内壁之间设置有密封膜，所述密封膜套设在所述重力柱塞外部，所述密封膜分别与所述重力柱塞外壁和所述密闭气腔内壁密封连接；

所述密闭气腔为圆柱筒状结构；

所述重力柱塞的外壁面周侧设置有多个呈竖直分布的平滑凹槽；

所述密封膜为套设在所述重力柱塞外部的环形筒状结构，密封膜的外径等于所述密闭气腔的内径，所述密封膜从中间将上部向内翻折后形成外环和内环连接组成的环形鞍面结构，翻折后得到的所述内环周侧形成褶皱凸起，所述外环的底端与所述密闭气腔内壁密封连接，所述内环的底端与所述重力柱塞的外壁密封连接，所述褶皱凸起与所述平滑凹槽贴合。

2.如权利要求1所述的一种自压增强式重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述下部气腔的进气口设置有进气密封阀，储能管路的一端连接在所述进气密封阀上，另一端与所述串联的多级压缩机组的出气口连接；

所述下部气腔的出气口设置有第一出气密封阀，所述释能管路的一端连接在所述第一出气密封阀上，另一端与所述空气膨胀机组的进气口连接。

3.如权利要求1所述的一种自压增强式重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述上部气腔上设置有出气口，所述出气口处设置有第二出气密封阀，所述吸气管路一端连接在所述第二出气密封阀上。

4.如权利要求1所述的一种自压增强式重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述密封膜的环形筒状结构为上下等径的圆柱面结构。

5.如权利要求4所述的一种自压增强式重力压缩空气储能系统，其特征在于，所述重力柱塞位于所述平滑凹槽处截面环向周长等于所述密封膜筒状结构截面圆形的外圆周长。

6.一种基于权利要求1-5中任一所述的自压增强式重力压缩空气储能系统的储能方法，其特征在于，包括如下步骤：

将重力柱塞与密闭气腔之间密封连接，以通过重力柱塞将密闭气腔分为上部气腔和下部气腔；

储能时，开启连接串联的多级压缩机组和下部气腔之间的储能管路以及连接串联的多级压缩机组的中间级吸气口和上部气腔之间的吸气管路，关闭连接空气膨胀机组与下部气腔之间的释能管路以及连接上部气腔和下部气腔之间的连通管路，电动机利用电能带动串联的多级压缩机组将气体压缩形成压缩气体，压缩气体通过储能管路向下部气腔充气，压缩气体推动重力柱塞向上移动，压缩上部气腔中的气体，上部气腔中压缩后的气体通过吸气管路进入串联的多级压缩机组的中间级吸气口中进行压缩后通过储能管路通入下部气腔中，使得充气过程中上部气腔和下部气腔的压差恒定；

释能时，开启释能管路，关闭储能管路、吸气管路、连通管路，下部气腔向空气膨胀机组放气，重力柱塞向下移动，连通管路上的阀门在上部气腔和下部气腔之间的压差达到一定值时开启，使下部气腔中的压缩气体以受控状态进入上部气腔，以保持上部气腔和下部气腔压差恒定，同时维持下部气腔压力恒定，压缩空气进入空气膨胀机组进行做功，带动发电机发电。