物体重力水压蓄能和释能的方法和实现该方法的抽水电站与流程

1.本发明涉及一种物体重力水压蓄能和释能的方法，包括物体重力水压蓄能步骤和物体重力水压释能步骤。
2.本发明还涉及一种物体重力水压蓄能和释能的抽水电站，包括用于抽水和发电的水轮机和电机，以及在抽水电站基座上安装有重物水压可变容积泵的装置和抽水电泵，该重物水压可变容积泵的装置与抽水电泵和水轮机之间有导流管道相连通。
技术背景
3.抽水蓄能电站源于下水库低水位与上水库高水位的落差所具有的势能。利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库蓄能，在电力负荷高峰时再放水至下水库发电。抽水蓄能机组的型式有四机式、三机式、可逆式。四机式整套机组由水轮机、发电机、水泵及电动机组成。水轮机和发电机为一套机组，供发电用；电动机和水泵为另一套机组，供抽水用。四机式为早期抽水蓄能电站采用的形式。机组在启动和制造方面，比其他组合型式简单，但是设备多，厂房面积大，投资较高。三机式由水泵、水轮机和电动-发电机三者通过联轴器联在一起。抽水时，由电动-发电机带动水泵抽水运行；发电时，水轮机带动电动-发电机以发电方式运行。两种运行方式的旋转方向相同，相互转换迅速。启动一般不另设专门启动设备，用水轮机直接带动电动-发电机启动。三机式有卧轴和立轴两种。卧轴式机组维修拆卸方便，但占地面积大；立轴式机组厂房比较高，占地面积小。可逆式由可逆水泵-水轮机和电动-发电机组成。水轮机兼作水泵，发电机兼作电动机。可逆水泵水轮机的转轮是特殊设计的两用转轮。正向运行时为水轮机，反向时为水泵。因为一机两用，所以两种工况不可能都达到最优，效率低。
4.抽水蓄能电站是电力系统的重要电源，并在电网系统中起到调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等作用。抽水蓄能电站一般与火电、核电、光电、风电等配合运行，具有“削峰填谷”作用，能提高电网安全稳定运行能力，优化电力资源配置。提高了电网系统对风电、光电等波动性电源的消纳能力，充分利用清洁的可再生能源。
5.抽水蓄能电站是目前比较成熟的储能技术，而且效率高达75％左右。抽水蓄能电站是物理储能，经济环保。但是，抽水蓄能电站受地理条件和水文条件的限制，不能大规模的建设。上水库与下水库需要比较高的落差来提升水体的势能。上水库需要足够大的库容，才能储蓄大容量的水。上水库还需要有良好的地质条件以防止水的渗漏。因此，抽水蓄能电站受地理条件的制约很大，而且占用地理面积大，对上水库蓄水的渗漏、蒸发和挥发等因素的损耗也不少。


技术实现要素：

6.为克服上述抽水蓄能电站所存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题提是供一种不受地理条件的制约，以及水文条件的水体高程落差的限制。可随地建设，占用地少，没有水体的渗漏、蒸发和挥发等问题，有利于提升蓄能和释能利用效率更高的方法。
7.与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种不受地理条件的制约，以及水文条件的水体高程落差的限制。可随地建设，占用地少，没有水体的渗漏、蒸发和挥发等问题。有利于提升蓄能和释能利用效率更高方法的抽水电站。
8.就物体重力水压蓄能和释能的方法而言，本发明解决上述技术问题包括如下步骤：物体重力水压蓄能步骤和物体重力水压释能步骤：用抽水电泵将水体加压通过导流管道从低水位的下水库输送到高水位的重物水压可变容积泵的装置的容积内并承载重量物体。该重物水压可变容积泵的装置内的容积随水体容量的上升并抬升重量物体的高度而储蓄势能。既储蓄了水体的势能，又储蓄了重量物体的势能。该重物水压可变容积泵的装置内容积的水体受到重量物体的压力从导流管道流出以驱动水轮机带动电机发电而释放势能。既释放了水体的势能，又释放了重量物体的势能。所述重量物体往复上升或下降的步骤是在重物水压可变容积泵的装置内随着水体容量上升或者下降的流动中进行的。述所水体储存于抽水电站基座周围的下水库中循环利用。所述重量物体的比重大于水体的比重。该重量物体可以是混凝土，还可以是钢铁或其他物质。这样在同样的高程落差，与上水库自然水体高程落差所具有的势能相比较，重物水压可变容积泵的装置内的水体在重量物体压力下能够产生更多的蓄能和释能。
9.就物体重力水压蓄能和释能方法的抽水电站而言，本发明为解决所述技术问题的抽水电站是这样加以解决的：包括在抽水电站基座上安装有重物水压可变容积泵的装置，用于将下水库的水体通过导流管道输送到重物水压可变容积泵的装置內的抽水电泵，用于发电的水轮机和电机，用于连通重物水压可变容积泵的装置和抽水电泵以及水轮机的导流管道，在抽水电站基座周围设有下水库并储存有水体。所述重物水压可变容积泵的装置有可变化容积用于容纳水体，该重物水压可变容积泵的装置通过导流管道与抽水电泵和水轮机之相连通。重物水压可变容积泵的装置由活塞和泵缸组成，活塞安装在泵缸内并承载重量物体往复上升或下降活动，泵缸垂直固定安装在基座上，泵缸底部设有水体的出入口与导流管道相连通，泵缸顶部设有活塞承载重量物体的出入口；活塞上设有与泵缸之间保持活动密封接触的密封装置，该密封装置是在活塞体外围圆周边沿设有多道圆环形凹槽并安装以之相适合的多道圆环形密封圈，多道圆环形密封圈采用以柔性接触方式的材料密封，该材料可以是橡胶，还可以是硅胶。导流管道与抽水电泵之间的相连接口处设有回止阀，该导流管道与水轮机之间的相连接口处还设有控制调节阀。
10.采用上述结构的抽水电站，优选方案是采用专用的高压抽水电泵，以及专用于发电的水轮机和电机。抽水电站的结构形式可以根据实际要求进行各种组合方式。一般情况下，一个重物水压可变容积泵的装置配套一个水轮机和电机，以及一个到几个不等的抽水电泵。而多个重物水压可变容积泵的装置相组合，配套一个到几个不等的水轮机和电机，以及相应的抽水电泵数量。抽水电站的规模可以根据实际情况要求设置重物水压可变容积泵的装置数量，从几十个到几百个，甚至成千上万个不等，并配套相应的抽水电泵和水轮机以及电机的数量。采用所述组合方式结构的抽水电站，能够灵活、快速有效地消纳电能输入从小容量到大容量的巨大变化，有利于提高抽水蓄能的效率。
附图说明
11.下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。
12.图1是本发明物体重力水压蓄能和释能的抽水电站第一种实施方式的纵剖面图。
13.图2是本发明物体重力水压蓄能和释能的抽水电站第二种实施方式的俯视图。
具体实施方式
14.图1以纵剖面图方式示出了一种物体重力水压蓄能和释能的抽水电站。包括在抽水电站基座52上安装有重物水压可变容积泵的装置10、用于输送水体50的导流管道20、用于将下水库51储存的水体50通过导流管道20输送到重物水压可变容积泵的装置10內的抽水电泵30、用于发电的水轮机40和电机41、以及在抽水电站基座52周围设有下水库51并储存水体50。重物水压可变容积泵的装置10内有可变化容积16用于容纳水体50，重物水压可变容积泵的装置10通过导流管道20与抽水电泵30和水轮机40相连通。其中，重物水压可变容积泵的装置10由活塞11和泵缸12组成。所述活塞11安装在泵缸12内并承载重量物体17往复上升或下降活动，该泵缸12垂直固定安装在基座52上，泵缸12底部有水体50出入口18与导流管道20相连通，该泵缸12顶部有为所述承载重量物体17的出入口19，在所述活塞11上设有与所述泵缸12之间保持活动接触的密封装置13。该密封装置13是在活塞体11外围圆周边沿设有多道圆环形凹槽14并安装以之相适合的多道圆环形密封圈15，多道圆环形密封圈15随活塞11上下活动将活塞11与泵缸12之间相对变化的间隙活动密封。多道圆环形密封圈15的材料可以是橡胶，或者是硅胶。导流管道20与抽水电泵30之间的相连接口处设有水体50回止阀31，导流管道20与水轮机40之间的相连接口处设有水体50流量和流速的控制调节阀21。
15.图2以俯视图方式示出了另一种物体重力水压蓄能和释能的抽水电站，图2所示的抽水电站是以图1所示的抽水电站的基本单元叠加组成的抽水电站。包括由10个重物水压可变容积泵的装置10、20个抽水电泵30、2个用于发电的水轮机40以及2个电机41，在抽水电站基座52的范围内储存有水体50的下水库51。通过导流管道20将10个重物水压可变容积泵的装置10和20个抽水电泵30以及2个水轮机40相连通。
16.上述物体重力水压蓄能和释能的抽水电站工作过程为：用抽水电泵30将水体50加压通过导流管道20从低水位的下水库51输送到高水位的重物水压可变容积泵的装置10的容积16内并承载重量物体17。该重物水压可变容积泵的装置10内的容积16随水体50的容量上升并抬升重量物体17的高度而储蓄势能。既储蓄了水体50的势能，又该储蓄了重量物体17的势能。该重物水压可变容积泵的装置10内的水体50受到重量物体17的压力从导流管道20流出以驱动水轮机40带动电机41发电而释放势能。既释放了水体50的势能，又释放了重量物体17的势能。所述水体50以及重量物体17往复上升或下降的步骤是在重物水压可变容积泵的装置10内随着水体50容量上升或者下降的流动中进行的。
17.上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作各种变化。