本發(fā)明屬于儲能，特別涉及一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、火力發(fā)電雖然能夠為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)且受環(huán)境影響較小，但巨大的碳排放是重要問題之一。水電、核電受地形及周邊資源環(huán)境影響較大，且投入成本巨大；光伏、風(fēng)能等新能源發(fā)電則受自然環(huán)境影響較大，且不能為電網(wǎng)提供穩(wěn)定輸出。因此，在這些前提下，在發(fā)電端進(jìn)行產(chǎn)業(yè)調(diào)整的同時為保障電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，平滑發(fā)/用電峰、谷的調(diào)峰政策就顯得尤為重要。此時，儲能便成為電網(wǎng)調(diào)峰的有效方式。目前常用的儲能方式有：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪、制氫及電化學(xué)儲能。

2、但是抽水蓄能電站的建設(shè)選址難度大，建造成本高；傳統(tǒng)的空氣壓縮方式單一，不能實(shí)現(xiàn)多途徑儲能，以及現(xiàn)有方式設(shè)計復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置、系統(tǒng)及方法，以解決上述問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，包括：氣動發(fā)電單元、水力發(fā)電單元、密封容器和活塞組件；活塞組件安裝在密封容器內(nèi)，密封容器的底部連通水源，密封容器的頂部連接氣動發(fā)電單元，底部連接水力發(fā)電單元；活塞組件在密封容器內(nèi)向上運(yùn)動時給氣動發(fā)電單元和水力發(fā)電單元進(jìn)行儲能。

4、進(jìn)一步的，活塞組件包括活塞動力裝置和活塞，活塞動力裝置設(shè)置在密封容器的頂部，活塞設(shè)置在密封容器內(nèi)部，活塞動力裝置連接活塞。

5、進(jìn)一步的，活塞動力裝置的動力來源為新能源棄置電能。

6、進(jìn)一步的，水力發(fā)電單元包括排水閘板閥和水力發(fā)電機(jī)，密封容器底部側(cè)面設(shè)置有出口，排水閘板閥設(shè)置在密封容器的出口處，出口處連接水力發(fā)電機(jī)。

7、進(jìn)一步的，氣動發(fā)電單元包括壓縮空氣單元和壓縮空氣發(fā)電裝置，壓縮空氣單元通過管路連接密封容器的頂部，壓縮空氣發(fā)電裝置通過管路連接壓縮空氣單元。

8、進(jìn)一步的，壓縮空氣單元和密封容器的管路上設(shè)置有排氣閥；壓縮空氣發(fā)電裝置和壓縮空氣單元之間設(shè)置有壓縮空氣單元出口排氣閥門。

9、進(jìn)一步的，密封容器的底部設(shè)置有進(jìn)水口，進(jìn)水口連接水源，進(jìn)水口上設(shè)置有進(jìn)水閥。

10、進(jìn)一步的，壓縮空氣單元內(nèi)與壓縮空氣單元進(jìn)口管路內(nèi)均設(shè)置有可往復(fù)運(yùn)動的活塞，兩個活塞通過連桿連接。

11、一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括若干所述的水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，若干水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置并排安裝，所有水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置的氣動發(fā)電單元和水力發(fā)電單元均連接到電網(wǎng)。

12、一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能方法，包括以下步驟：

13、步驟1：在新能源電量不能上網(wǎng)時，先打開排氣閥和進(jìn)水閥，同時，通過新能源棄置電能啟動活塞動力裝置，活塞動力裝置通過連桿帶動活塞向上運(yùn)動；在活塞向上運(yùn)動過程中，活塞下部與密封容器底部形成真空，在大氣壓作用下，將水從進(jìn)水閥壓入密封容器內(nèi)部；在活塞向上運(yùn)動時，會擠壓上部空氣，上部空氣通過排氣閥在活塞作用下，在壓縮空氣單元形成壓縮空氣儲存；

14、步驟2：待罐體水位穩(wěn)定不變后，關(guān)閉活塞動力裝置，關(guān)閉進(jìn)水閥和排氣閥，此時，活塞固定在當(dāng)前位置，壓縮空氣儲存單元活塞位置與密封容器內(nèi)的水位均保持不變；

15、步驟3：待需要往電網(wǎng)輸送電量時，先打開壓縮空氣單元出口排氣閥門，將壓縮空氣的內(nèi)能通過壓縮空氣發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能輸送上網(wǎng)；

16、步驟4：待壓縮空氣泄放完畢后，打開排氣閥，再打開排水閘板閥，此時密封容器內(nèi)的水會通過管道進(jìn)入水力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；活塞也會隨著水位降低而開始下降，直至罐內(nèi)水位到達(dá)不能再發(fā)電為止。

17、步驟5：待罐內(nèi)水全部釋放完或水力發(fā)電機(jī)不能再發(fā)電時，關(guān)閉排水閘板閥，關(guān)閉排氣閥和壓縮空氣出口排氣閥，完成棄置電量的儲存及釋放。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

19、本發(fā)明的裝置的設(shè)計相對簡單，主要由氣動發(fā)電單元、水力發(fā)電單元、密封容器和活塞組件構(gòu)成，沒有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。因為裝置的主要部件如密封容器、活塞、水力發(fā)電機(jī)等都是常見的工業(yè)產(chǎn)品，易于采購和組裝。運(yùn)行方便，整個儲能和釋能過程可以通過簡單的閥門控制實(shí)現(xiàn)，自動化程度高，維護(hù)成本低。

20、本發(fā)明利用大氣壓力差作為驅(qū)動力，通過活塞的上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)水力和壓縮空氣的儲能。在活塞向上運(yùn)動時，形成真空，將水吸入密封容器；同時，擠壓上部空氣形成壓縮空氣儲存。這種儲能方式不需要額外的能源輸入，僅利用新能源棄置電能即可實(shí)現(xiàn)，提高了能源利用效率。

21、本發(fā)明通過集成壓縮空氣儲能和水力儲能兩種方式，該裝置能夠靈活地根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行儲能和釋能。在儲能階段，可以同時利用壓縮空氣和水力兩種方式進(jìn)行儲能，提高了儲能效率。在釋能階段，可以先釋放壓縮空氣儲能產(chǎn)生的電能，再釋放水力儲能產(chǎn)生的電能，延長了釋能時間，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

22、與抽水蓄能相比，在選址與設(shè)計建造上具有更多的靈活性：

23、抽水蓄能電站需要特定的地理條件，如高山、水庫等，而該裝置對地理條件的要求較低，可以在平地或低洼地區(qū)建造。設(shè)計建造上更加靈活，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整裝置的規(guī)模和布局，適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

24、該裝置能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)需求，進(jìn)行儲能和釋能操作。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時，可以利用新能源棄置電能進(jìn)行儲能；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，可以釋放儲存的電能進(jìn)行調(diào)峰。通過集成多種儲能方式，該裝置能夠提供更加穩(wěn)定、可靠的電力輸出，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

25、綜上所述，該技術(shù)方案通過集成壓縮空氣儲能和水力儲能兩種方式，實(shí)現(xiàn)了電能的高效儲存與釋放。該裝置設(shè)計簡單、建造成本低、運(yùn)行方便，對電網(wǎng)調(diào)峰的靈活性更強(qiáng)，且在選址與設(shè)計建造上具有更多的靈活性。因此，該技術(shù)方案在小型儲能項目中具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，包括：氣動發(fā)電單元、水力發(fā)電單元、密封容器（6）和活塞組件；活塞組件安裝在密封容器（6）內(nèi)，密封容器（6）的底部連通水源，密封容器（6）的頂部連接氣動發(fā)電單元，底部連接水力發(fā)電單元；活塞組件在密封容器（6）內(nèi)向上運(yùn)動時給氣動發(fā)電單元和水力發(fā)電單元進(jìn)行儲能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，活塞組件包括活塞動力裝置（1）和活塞（7），活塞動力裝置（1）設(shè)置在密封容器（6）的頂部，活塞（7）設(shè)置在密封容器（6）內(nèi)部，活塞動力裝置（1）連接活塞（7）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，活塞動力裝置（1）的動力來源為新能源棄置電能。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，水力發(fā)電單元包括排水閘板閥（8）和水力發(fā)電機(jī)（9），密封容器（6）底部側(cè)面設(shè)置有出口，排水閘板閥（8）設(shè)置在密封容器（6）的出口處，出口處連接水力發(fā)電機(jī)（9）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，氣動發(fā)電單元包括壓縮空氣單元（3）和壓縮空氣發(fā)電裝置（5），壓縮空氣單元（3）通過管路連接密封容器（6）的頂部，壓縮空氣發(fā)電裝置（5）通過管路連接壓縮空氣單元（3）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，壓縮空氣單元（3）和密封容器（6）的管路上設(shè)置有排氣閥（2）；壓縮空氣發(fā)電裝置（5）和壓縮空氣單元（3）之間設(shè)置有壓縮空氣單元出口排氣閥門（4）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，密封容器（6）的底部設(shè)置有進(jìn)水口，進(jìn)水口連接水源，進(jìn)水口上設(shè)置有進(jìn)水閥（10）。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，壓縮空氣單元（3）內(nèi)與壓縮空氣單元進(jìn)口管路內(nèi)均設(shè)置有可往復(fù)運(yùn)動的活塞，兩個活塞通過連桿連接。

9.一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括若干如權(quán)利要求1至8任意一項所述的水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，若干水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置并排安裝，所有水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置的氣動發(fā)電單元和水力發(fā)電單元均連接到電網(wǎng)。

10.一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1至8任意一項所述的水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種水力協(xié)調(diào)壓縮空氣儲能裝置、系統(tǒng)及方法，包括：氣動發(fā)電單元、水力發(fā)電單元、密封容器和活塞組件；活塞組件安裝在密封容器內(nèi)，密封容器的底部連通水源，密封容器的頂部連接氣動發(fā)電單元，底部連接水力發(fā)電單元；活塞組件在密封容器內(nèi)向上運(yùn)動時給氣動發(fā)電單元和水力發(fā)電單元進(jìn)行儲能。本發(fā)明利用大氣壓力差作為驅(qū)動力，通過活塞的上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)水力和壓縮空氣的儲能。在活塞向上運(yùn)動時，形成真空，將水吸入密封容器；同時，擠壓上部空氣形成壓縮空氣儲存。這種儲能方式不需要額外的能源輸入，僅利用新能源棄置電能即可實(shí)現(xiàn)，提高了能源利用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：唐曉輝,周斌,張鵬,楊彥科,張建鵬,涂孝飛,丁勝利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司西安分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22