一种恒压式储能系统的制作方法

1.本发明涉及一种恒压式储能系统，属于储能发电技术领域。


背景技术：

2.新型储能中以电化学储能和压缩空气储能的技术最为成熟，但电化学储能存在造价高、寿命周期短、安全隐患大等缺点。相比而言，压缩空气储能具有安全性较高，且具有储能规模大、放电时问长、使用寿命长、热冷电综合利用面广等优点。
3.储气库作为压缩空气储能电站的关键部位之一，目前储气库主要有变压式和恒压式两种。其中，变压式储气库内压不恒定，反复循环加载，不利于保持空压设备、发电设备、储气库的稳定运行；目前以水头压力提供储气库恒压的压缩空气储能电站技术多无法有效隔绝压力水与储气库，存在安全隐患，且不能提供有效的检修工况。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种恒压式储能系统，能够解决现有压缩空气储能电站储气库内压不恒定，反复循环加载，不利于保持空压设备、发电设备、储气库的稳定运行，安全性能差且不能提供有效的检修工况的问题。
5.本发明提供了一种恒压式储能系统，所述系统包括：
6.储气库，其内设置有密封活塞，所述密封活塞将所述储气库的内腔分隔成第一腔室和第二腔室，所述密封活塞可在所述储气库的内腔内移动；
7.蓄水库，设置在所述储气库的上侧，与所述第一腔室通过连通水管连通；
8.空压设备和发电设备，均设置在所述储气库的上侧，且均与所述第二腔室通过输气管道连通；所述空压设备用于向所述第二腔室提供压缩空气，所述发电设备用于利用所述第二腔室输出的压缩空气发电。
9.可选的，所述储气库的内壁上设置有密封层，所述密封活塞与所述密封层密封连接。
10.可选的，所述储气库为圆形断面的水平隧洞。
11.可选的，所述连通水管的直径小于或等于所述储气库直径的一半。
12.可选的，所述连通水管的顶部高程根据蓄水库设计正常蓄水位和储气库极限水位差确定。
13.可选的，所述储气库极限水位差根据连通水管体积、储气库体积、正常蓄水位水面面积和蓄水位为连通水管顶部时的水面面积确定。
14.可选的，所述储气库的埋深根据所述连通水管的顶部高程与所述储气库内设计压力值确定。
15.可选的，所述储气库的埋深为所述连通水管的顶部高程与设定水头差的差值；
16.其中，所述设定水头差为所述储气库内设计压力值与水的容重的比值。
17.可选的，所述密封活塞和所述密封层均为橡胶材料。
18.可选的，所述连通水管的顶部高程可通过第一公式计算；
19.所述第一公式为：
20.其中，h
l
为连通水管的顶部高程(m)；hs为蓄水库设计正常蓄水位(m)；r为连通水管的半径(m)；l
l
为连通水管的长度(m)；r为储气库半径(m)；lc为储气库长度(m)；a
l1
为正常蓄水位水面面积(
㎡
)；a
l2
为蓄水位为连通器顶部时的水面面积(
㎡
)。
21.本发明能产生的有益效果包括：
22.本发明提供的恒压式储能系统，根据设计所需气压，控制储气库与水库水头差，可有效提供储气库内恒压状态；并且密封活塞能够有效的隔绝供压测和储气测，从而提供高效的作业方式。相对于现有变压式储气库，本发明的压缩空气储能电站恒压式储气库除检修工况外，在其运营寿命周期内，无需反复循环加载，储气库内始终保持恒压状态，这样有利于硐室受力和空压设备及发电设备的稳定，进而使得造价大大降低；并且本发明的恒压式储能系统可提供有效的检修工况，可大幅提高储气库、连通水管、输气管道的工作效率；另外，本发明的恒压式储能系统可与抽水蓄能电站、水电站或水库共建，从而进一步减少造价。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的恒压式储能系统结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的储气库横断面示意图；
25.图3为本发明实施例提供的储气库剖面示意图。
26.部件和附图标记列表：
27.11、储气库；12、密封活塞；13、蓄水库；14、连通水管；15、空压设备；16、发电设备；17、输气管道；18、密封层。
具体实施方式
28.下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
29.本发明实施例提供了一种恒压式储能系统，如图1所示，所述系统包括：
30.储气库11，其内设置有密封活塞12，密封活塞12将储气库11的内腔分隔成第一腔室和第二腔室，密封活塞12可在储气库11的内腔内移动。
31.蓄水库13，设置在储气库11的上侧，与第一腔室通过连通水管14连通。
32.空压设备15和发电设备16，均设置在储气库11的上侧，且均与第二腔室通过输气管道17连通；空压设备15用于向第二腔室提供压缩空气，发电设备16用于利用第二腔室输出的压缩空气发电。
33.参考图1所示，储气库11一侧与蓄水库13通过小直径的连通水管14连接，储气库11另一侧通过输气管道17与空压设备15、发电设备16连接。蓄水库13的高程大于储气库11的高程。具体的，可以设置连通水管14的直径小于或等于储气库11直径的一半。
34.在实际应用中，储气库11为一圆形断面水平隧洞，内部设有密封活塞12。
35.调峰储能时，控制空压设备15将空气加压通过输气管道17压至储气库11第二腔室
内，储气库11内通过恒定气压推移密封活塞12储气蓄能；发电时，控制发电设备16内气阀，储气库11通过第一腔室内恒定水压推移密封活塞12，将储气库11内恒压气排至发电设备16进行发电。
36.参考图2和图3所示，储气库11的内壁上设置有密封层18，密封活塞12与密封层18密封连接。
37.储气库11的密封层18表面应具有一定的光滑性，以满足储能、发电过程中密封活塞12工作的顺滑性；密封活塞12和储气库11的密封层18应具有一定的抗压强度和密封性，且其与储气库11的连接处也应具备密封性。密封活塞12和储气库11的密封层18具有的强度需满足储气库11荷载设计要求。
38.密封活塞12和密封层18的材料类型不局限于高分子材料等抗变形、耐磨、耐高温的材料。在实际应用中，密封活塞12和密封层18可以使用橡胶材料。
39.在本发明实施例中，连通水管14顶部高程、储气库11埋深、储气库11内压力值和储气库11具体断面尺寸和长度可通过设计计算确定；具体的，连通水管14的顶部高程根据蓄水库13设计正常蓄水位和储气库11极限水位差确定。其中，储气库11极限水位差根据连通水管14体积、储气库11体积、正常蓄水位水面面积和蓄水位为连通水管14顶部时的水面面积确定。
40.具体的，连通水管14的顶部高程可通过第一公式计算；
41.第一公式为：
42.其中，h
l
为连通水管14的顶部高程(m)；hs为蓄水库13设计正常蓄水位(m)；r为连通水管14的半径(m)；l
l
为连通水管14的长度(m)；r为储气库11半径(m)；lc为储气库11长度(m)；a
l1
为正常蓄水位水面面积(
㎡
)；a
l2
为蓄水位为连通器顶部时的水面面积(
㎡
)。
43.储气库11的埋深可以根据连通水管14的顶部高程与储气库11内设计压力值确定。
44.具体的，储气库11埋深可通过第二公式计算。
45.第二公式为：
46.式中：hc为储气库11轴线高程(m)；h
l
为连通水管14顶部高程(m)；p为储气库11内设计压力值(kpa)；γw为水的容重(kn/m3)。
47.储气库11内设计压力值及储气库11具体尺寸可通过发电需要确定。
48.储气库11需要检修时，将蓄水库13水位降低至连通水管14顶部管口以下，再将连通水管14及储气库11内密封活塞12临水侧水排出，同时，通过控制发电设备16和空压设备15使储气库11内密封活塞12两侧压力持平并移至适当位置，密封活塞12两侧压力降至大气压时可进行相应检修。
49.本发明提供的恒压式储能系统，根据设计所需气压，控制储气库11与水库水头差，可有效提供储气库11内恒压状态；并且密封活塞12能够有效的隔绝供压测和储气测，从而提供高效的作业方式。相对于现有变压式储气库，本发明的压缩空气储能电站恒压式储气库11除检修工况外，在其运营寿命周期内，无需反复循环加载，储气库11内始终保持恒压状态，这样有利于硐室受力和空压设备15及发电设备16的稳定，进而使得造价大大降低；并且
本发明的恒压式储能系统可提供有效的检修工况，可大幅提高储气库11、连通水管14、输气管道17的工作效率；另外，本发明的恒压式储能系统可与抽水蓄能电站、水电站或水库共建，从而进一步减少造价。
50.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。