本發(fā)明涉及儲能，具體涉及一種水下壓縮空氣儲能裝置及儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓縮空氣儲能系統(tǒng)根據(jù)儲氣形式可分為恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)和恒壓壓縮空氣儲能系統(tǒng)。對于恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)，一般包括：儲氣庫；儲氣庫的儲氣容積固定不變，在進行儲能和釋能的過程中，隨著儲氣庫內(nèi)部空氣量的變化，儲氣庫內(nèi)的溫度和壓力也不斷變化。

2、在利用恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)進行釋能發(fā)電的過程中，儲氣庫一般會與膨脹機連接，儲氣庫內(nèi)的壓力隨著空氣的不斷釋放而不斷降低。當(dāng)儲氣庫內(nèi)的壓力降低至膨脹機的設(shè)計進氣壓力時，儲氣庫內(nèi)的壓力隨著空氣的不斷釋放而繼續(xù)降低，則恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)難以繼續(xù)維持設(shè)計進氣壓力，以滿足膨脹機滿功率運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水下壓縮空氣儲能裝置，以解決現(xiàn)有在利用恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)進行釋能發(fā)電的過程中，儲氣庫一般會與膨脹機連接，儲氣庫內(nèi)的壓力隨著空氣的不斷釋放而不斷降低。當(dāng)儲氣庫內(nèi)的壓力降低至膨脹機的設(shè)計進氣壓力時，儲氣庫內(nèi)的壓力隨著空氣的不斷釋放而繼續(xù)降低，則恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)難以繼續(xù)維持設(shè)計進氣壓力，以滿足膨脹機滿功率運行的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種水下壓縮空氣儲能裝置，包括：

3、剛性外殼，具有空腔，在所述剛性外殼的一端設(shè)有連通所述空腔與外部水環(huán)境的過水口；

4、柔性氣囊，位于所述空腔內(nèi)，所述柔性氣囊一端設(shè)有的通氣嘴設(shè)置于所述剛性外殼另一端的通孔上；

5、堵頭，滑動于所述空腔內(nèi)，所述堵頭位于所述過水口與所述柔性氣囊之間；且在所述堵頭上設(shè)有過水孔；

6、所述水下壓縮空氣儲能裝置具有通過通氣嘴向所述柔性氣囊內(nèi)通入氣體，所述柔性氣囊膨脹至貼合所述剛性外殼的內(nèi)壁，以及柔性氣囊推動堵頭滑動至過水口，同時，柔性氣囊與剛性外殼的內(nèi)壁之間的水通過過水孔和過水口排至外部水環(huán)境的儲能狀態(tài)；以及具有柔性氣囊通過通氣嘴向外放出氣體，堵頭在外部水環(huán)境的壓力下滑動推動柔性氣囊壓縮體積，同時，外部水環(huán)境的水通過過水口和過水孔流動至柔性氣囊與剛性外殼的內(nèi)壁之間，以繼續(xù)壓縮柔性氣囊的釋能狀態(tài)。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，利用水下天然的恒溫恒壓優(yōu)勢能穩(wěn)定膨脹機的工作壓力，使得始終在設(shè)計進氣壓力點附近工作，保持膨脹機入口的壓力穩(wěn)定，以滿足膨脹機滿功率運行；通過剛性外殼對柔性氣囊的限制，可以實現(xiàn)超過水深靜壓壓力的高壓儲氣，不需要很深的水，即布置在淺水區(qū)，可達(dá)到較大的壓力；也可以通過水環(huán)境的恒定壓力滿足等于膨脹機設(shè)計進氣壓力的恒壓完全放氣，且可以通過水環(huán)境的水壓完全釋放氣體，無墊底氣，充分利用儲氣容積，儲能效率和儲能密度均得到提高。不同于恒容壓縮空氣儲能系統(tǒng)，在水環(huán)境中，柔性氣囊放空氣體之后，在柔性氣囊放空氣體之后，整個水下壓縮空氣儲能裝置內(nèi)外無壓差；不需要特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)和高壓儲罐承擔(dān)高壓的空氣，顯著降低儲存成本，在相同儲氣壓力，成本大幅降低。另外，柔性氣囊可以在充放氣的過程中，根據(jù)內(nèi)部空氣壓力變化自動調(diào)整形狀，達(dá)到穩(wěn)定內(nèi)部壓力的效果。

7、可選地，所述柔性氣囊的另一端與所述堵頭連接。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，確保氣囊的設(shè)置穩(wěn)定可靠。

8、可選地，所述過水孔為均布設(shè)置于所述堵頭邊緣的多個；所述柔性氣囊的另一端與所述堵頭的中心連接。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，通過設(shè)置多個均布過水孔，水流均勻穩(wěn)定；并且，采用口徑較小的多個過水孔，可以起到對過水口的通道進行拆分的目的，在柔性氣囊內(nèi)的氣壓高于水壓時，可以分散柔性氣囊內(nèi)的壓力，有效保護柔性氣囊，防止柔性氣囊在過水口處被撐壞。

9、可選地，所述剛性外殼為圓筒形狀。

10、可選地，所述過水口的內(nèi)側(cè)為圓錐面擴口結(jié)構(gòu)，所述堵頭設(shè)有與所述圓錐面擴口結(jié)構(gòu)形狀相適配的圓錐面結(jié)構(gòu)。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，確保堵頭穩(wěn)定可靠地堵住過水口。

11、第二方面，本發(fā)明還提供了一種儲能系統(tǒng)，包括：所述的水下壓縮空氣儲能裝置。

12、可選地，還包括：

13、壓縮機組，通過第一閥門與所述柔性氣囊的通氣嘴連接；

14、膨脹機組，通過第二閥門與所述柔性氣囊的通氣嘴連接；

15、所述儲能系統(tǒng)具有啟動壓縮機組，打開第一閥門，關(guān)閉第二閥門，壓縮機組向柔性氣囊通入氣體的第一狀態(tài)；以及具有啟動膨脹機組，關(guān)閉第一閥門，打開第二閥門，柔性氣囊為所述膨脹機提供進氣的第二狀態(tài)。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，在對水下壓縮空氣儲能裝置進行充氣儲能的過程中，為先恒壓后變壓的過程，減小壓縮機組的變工況運行范圍，壓縮機組基本均在高效區(qū)運行，顯著提高壓縮機組的工作效率；在對水下壓縮空氣儲能裝置進行放氣釋能的過程中，為先變壓后恒壓的過程，膨脹機組變工況的運行范圍較小，膨脹機組基本均在高效區(qū)運行，顯著提高膨脹機組的工作效率；使得本申請的儲能系統(tǒng)在儲能和釋能的全工況下的運行效率得到顯著提升。

16、可選地，還包括：

17、第一換熱器組件，設(shè)置在所述壓縮機組的輸出口，所述第一換熱器組件適于收集壓縮機組產(chǎn)生的壓縮熱能；

18、第一蓄熱結(jié)構(gòu)，與所述第一換熱器組件連接，所述第一換熱器組件適于將壓縮熱能輸送至第一蓄熱結(jié)構(gòu)進行存儲；

19、第二換熱器組件，設(shè)置在所述膨脹機組的輸入口，且所述第二換熱器組件與所述第一蓄熱結(jié)構(gòu)連接，所述第二換熱器組件適于利用第二換熱器組件傳送的壓縮熱能加熱所述膨脹機組的進氣；

20、第二蓄熱結(jié)構(gòu)，與所述第二換熱器組件、第一換熱器組件均連接，所述第二蓄熱結(jié)構(gòu)適于存儲第二換熱組件換熱后的儲熱介質(zhì)，并將儲熱介質(zhì)循環(huán)輸送至第一換熱器組件內(nèi)。有益效果：本申請采用上述技術(shù)方案，充分利用壓縮機的壓縮熱加熱膨脹機的進氣，不僅可以利用壓縮余熱，而且可以提高膨脹機做功的效率，進一步降低成本，提高功效。

21、可選地，所述儲熱介質(zhì)為水，在所述第一換熱器組件與第二蓄熱結(jié)構(gòu)連接的管路上設(shè)有冷水泵和第三閥門；在所述第一蓄熱結(jié)構(gòu)與第一換熱器組件連接的管路上設(shè)有熱水泵和第四閥門。

22、可選地，所述第一換熱器組件包括：連接設(shè)置的至少兩個冷卻器；

23、所述壓縮機組包括：連接設(shè)置的至少兩個壓縮機，每個冷卻器分別設(shè)置在不同壓縮機的排氣口；

24、所述第二換熱器組件包括：連接設(shè)置的至少兩個再熱器；

25、所述膨脹機組包括：連接設(shè)置的至少兩個膨脹機，每個再熱器分別設(shè)置在不同膨脹機的進氣口。

技術(shù)特征：

1.一種水下壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，所述柔性氣囊（3）的另一端與所述堵頭（2）連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，所述過水孔（6）為均布設(shè)置于所述堵頭（2）邊緣的多個；所述柔性氣囊（3）的另一端與所述堵頭（2）的中心連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水下壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，所述剛性外殼（1）為圓筒形狀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水下壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，所述過水口（5）的內(nèi)側(cè)為圓錐面擴口結(jié)構(gòu)，所述堵頭（2）設(shè)有與所述圓錐面擴口結(jié)構(gòu)形狀相適配的圓錐面結(jié)構(gòu)。

6.一種儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括：權(quán)利要求1-5中任一項所述的水下壓縮空氣儲能裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱介質(zhì)為水，在所述第一換熱器組件與第二蓄熱結(jié)構(gòu)（10）連接的管路上設(shè)有冷水泵（11）和第三閥門（12）；在所述第一蓄熱結(jié)構(gòu)（9）與第一換熱器組件連接的管路上設(shè)有熱水泵（13）和第四閥門（14）。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種水下壓縮空氣儲能裝置及儲能系統(tǒng)，水下壓縮空氣儲能裝置包括：剛性外殼具有空腔，設(shè)有過水口；柔性氣囊位于空腔內(nèi)，一端的通氣嘴設(shè)于剛性外殼另一端；堵頭滑動于空腔內(nèi)，位于過水口與柔性氣囊間；堵頭上設(shè)有過水孔；通過通氣嘴向柔性氣囊通入氣體，柔性氣囊膨脹至剛性外殼內(nèi)壁，推動堵頭滑動至過水口，水通過過水孔和過水口排出；柔性氣囊通過通氣嘴放氣，堵頭在水壓下滑動推動柔性氣囊壓縮，水通過過水口和過水孔流動至柔性氣囊與剛性外殼間，以繼續(xù)壓縮柔性氣囊。本申請通過剛性外殼對柔性氣囊限制，實現(xiàn)超過水深靜壓壓力的儲氣；通過水壓完全放氣，無墊底氣，儲能效率和密度均提高。

技術(shù)研發(fā)人員：劉長春,徐玉杰,周學(xué)志,陳仕卿,陳海生
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院工程熱物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15