專利名稱：大功率水底恒壓蓄能電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄能電站，具體地說是一種大功率水底恒壓蓄能電站。
背景技術(shù)：
海上各種分散不穩(wěn)定的可再生能源如何開發(fā)利用和電網(wǎng)蓄能調(diào)峰一直以來難以有效解 決?，F(xiàn)有電網(wǎng)蓄能調(diào)峰一種有效方法是建立抽水蓄能電站，但這種抽水蓄能電站存在的問題 是場址選擇困難，占地面積大，建設(shè)周期長，投資偏大。現(xiàn)有可再生能源開發(fā)利用和電網(wǎng)蓄 能調(diào)峰的另一個(gè)方法是建設(shè)壓氣蓄能電站，而這種壓氣蓄能電站也存在如下的問題 一是由 于其利用的是廢棄的礦山洞庫、或地下儲(chǔ)水層，或埋于地下或水底的壓力容器內(nèi)，所以這種 電站對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、殼體的耐壓性、密閉性有嚴(yán)格要求；二是由于壓縮空氣輸出時(shí)氣壓為變量， 壓力隨輸出時(shí)間不斷下降，下降到一定壓力停止工作，所以存在發(fā)電的不穩(wěn)定性和能量利用 的不完全性；三是安全性低，礦山洞庫、地下儲(chǔ)水層、埋于地下和水底的壓力容器都需要承 受壓縮空氣的壓力，且在陸地上，所以存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出一種大功率水底恒壓蓄能電站。
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有抽水蓄能電站存在的場址選擇困難、建設(shè)周期長、投資偏大的問 題；壓氣蓄能電站存在的對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、殼體耐壓性、密閉性要求嚴(yán)格，發(fā)電不穩(wěn)定和能量利 用不完全、安全性低的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
本發(fā)明包括能源轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電控制裝置、管道電纜和水底蓄能倉群體，水底蓄能倉群 體通過管道電纜和能源轉(zhuǎn)換裝置連接，發(fā)電控制裝置控制水底蓄能倉群體和能源轉(zhuǎn)換裝置的 動(dòng)作；所述的能源轉(zhuǎn)換裝置的功能是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把電能或可再生能源轉(zhuǎn) 化為壓縮空氣能，再通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存；或者是在發(fā)電控制裝置的自 動(dòng)控制下，把已儲(chǔ)存在水底蓄能倉群體內(nèi)的壓縮空氣能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩仔钅軅}群體的功能 是大量貯存壓縮空氣能。
本發(fā)明由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于 一是可在水底大量長期儲(chǔ)存電網(wǎng)谷電剩余電能和各種可再生能源，包括風(fēng)能、波浪能、潮汐能、太陽能等，本發(fā)明 起動(dòng)快速，便于電網(wǎng)調(diào)峰之用；二是本發(fā)明裝置利用水底恒定靜壓壓蓄能貯氣膠袋輸出壓縮 空氣，輸出時(shí)氣壓恒定、能量利用完全三是適用范圍廣，凡是水深大于50米的海、江、河、 湖和水電站庫區(qū)均可建立水底恒壓貯氣蓄能電站，水深越大，蓄存能量越多，尤其是深海更 適合建大型蓄能電站；四是水底蓄能倉群體模塊化結(jié)構(gòu)，蓄能電站規(guī)?？纱罂尚?，更有利于 分散的海洋可再生能源的開發(fā)利用；五是水底蓄能倉群體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壓力相等， 為非承壓殼體，建設(shè)成本和維護(hù)成本低，建設(shè)周期短、使用壽命長，便于就地工業(yè)化生產(chǎn)； 六是能自動(dòng)浮升轉(zhuǎn)移，在水底不受環(huán)境影響和人為破壞，不大量占用陸地資源，可以平戰(zhàn)結(jié) 合，即使壓縮空氣泄漏也不會(huì)影響生態(tài)環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的總體方框圖。
圖2為本發(fā)明水底蓄能倉的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為測量控制室放大圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括能源轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電控制裝置、管道電纜和水底蓄能倉群體。 水底蓄能倉群體通過管道電纜和能源轉(zhuǎn)換裝置連接，發(fā)電控制裝置控制水底蓄能倉群體和能 源轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作。
所述的能源轉(zhuǎn)換裝置的功能是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把電能或可再生能源轉(zhuǎn)化 為壓縮空氣能，再通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存；或者是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng) 控制下，把已儲(chǔ)存在水底蓄能倉群體內(nèi)的壓縮空氣能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；水底蓄能倉群體的功能是 大量貯存壓縮空氣能。水底蓄能倉群體貯存壓縮空氣能的多少與所處的深度和群體數(shù)量有關(guān)， 水深越深，群體數(shù)量越多則貯存的空氣壓縮能越多。通常水深每增加10米，貯存壓縮空氣能 就增加約一倍。
能源轉(zhuǎn)換裝置包括空壓機(jī)組、雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組和再生能源壓氣裝置。 空壓機(jī)組的功能是把可再生能源(可再生能源包括風(fēng)力發(fā)電、波浪發(fā)電、潮汐流能發(fā)電、 太陽能光電池等)產(chǎn)生的不穩(wěn)定電能通過該空壓機(jī)組轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能。
雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組的功能是把電網(wǎng)深夜富余電能通過該雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能；或是把貯存在水底蓄能倉群體的壓縮空氣能重新轉(zhuǎn)變成電能。
上述由空壓機(jī)組、雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換的壓縮空氣能，在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控 制下，通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存。
再生能源壓氣裝置的功能是將各種可再生能源動(dòng)力直接轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能，得到的壓縮 空氣能在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存。
需要發(fā)電時(shí)，通過雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組將壓縮空氣能轉(zhuǎn)為電能。
管道電纜為柔性管道，管道內(nèi)設(shè)信號(hào)傳輸電纜。
水底蓄能倉群體由一群獨(dú)立的水底蓄能倉組成，圖1中標(biāo)出了三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的水底蓄能 倉，分別為水底蓄能倉I、水底蓄能倉II、水底蓄能倉N。
單個(gè)水底蓄能倉的結(jié)構(gòu)如圖2所示。水底蓄能倉包括倉體11和設(shè)于倉體11內(nèi)部的獨(dú)立 的三個(gè)倉室。三個(gè)倉室分別為水壓蓄能室7、配重浮力室和測量控制室1。水壓蓄能室7和 配重浮力室之間設(shè)有維修管道9，使水壓蓄能室7和配重浮力室相通。
水壓蓄能室7設(shè)于水底蓄能倉的上部，為一個(gè)扁平長方體容室，要求內(nèi)壁光滑，四角均 為圓角。在扁平長方體容室內(nèi)設(shè)有蓄能貯氣膠袋6，蓄能貯氣膠袋6體積稍小于扁平長方體容 室。蓄能貯氣膠袋6的外部為水壓室，水壓室內(nèi)注滿有海水。水壓室通過預(yù)制管道17經(jīng)測量 控制室1與周邊的海水溝通。蓄能貯氣膠袋6以雙層纖維布做骨架，外覆合成橡膠布或鋼絲 簾布橡膠板。蓄能貯氣膠袋6的功能是貯存空氣能。
水壓蓄能室7上部的扁平長方體容室也可設(shè)計(jì)成圓筒形容室。
水壓蓄能室7底部設(shè)有限位止動(dòng)開關(guān)5，以探測壓縮空氣信息。水壓蓄能室7的頂部設(shè)有 導(dǎo)電傳感器2，用于監(jiān)控蓄能貯氣膠袋6漏氣報(bào)警和啟動(dòng)應(yīng)急措施，以使發(fā)電控制裝置自動(dòng)停 止壓縮空氣輸入蓄能貯氣膠袋6和切斷水壓室頂部海水通道，以防止氣體泄漏。
水底蓄能倉的頂部四角處設(shè)有四個(gè)吊環(huán)8，供起吊用。水底蓄能倉底部四角處設(shè)有四個(gè)錨 爪12，使其在沉入海底時(shí)扎進(jìn)海底的泥砂之中，以防止海流沖擊而移位。
配重浮力室設(shè)于水底蓄能倉的下部，包括浮力室13和配重室14。浮力室13設(shè)于上層， 它為一個(gè)扁平長方體容室，要求內(nèi)壁光滑，四角均為圓角。在浮力室13內(nèi)設(shè)有浮升膠袋15, 浮升膠袋15體積稍小于浮力室13。在浮力室13后部的倉體墻上開有施工維修通道10，維修 通道上蓋有封蓋密閉10-1。配重室14位于浮力室13的下方。配重室14內(nèi)充填實(shí)心的鋼筋混 凝土，也可用鋼筋混凝土配大量卵石充填。
浮升膠袋15的功能是確保定期維修或應(yīng)急處理時(shí)自動(dòng)上浮。配重室14的功能是保證蓄 能倉在蓄能貯氣膠袋6充滿壓縮空氣、水壓室和浮力室注滿海水時(shí)，全蓄能倉的總重量明顯大于浮力而不會(huì)上浮。
浮力室13也可設(shè)計(jì)為筒形容室。
如圖2和圖3所示，測量控制室1呈圓筒狀。測量控制室1的二端設(shè)有前端封蓋和后端 封蓋，測量控制室內(nèi)自動(dòng)控制箱25、電磁閥21、電磁閥22、電磁閥23和電磁閥24。前端封 蓋設(shè)有用螺栓固定的法蘭盤19，后端封蓋設(shè)有用螺栓固定的法蘭盤4。前端封蓋的法蘭盤19 連接管道電纜，后端封蓋的法蘭盤14連接蓄能貯氣膠袋6。測量控制室1的后端蓋上設(shè)有測 壓傳感器3，以動(dòng)態(tài)反映容室內(nèi)的水壓(水深)。電磁閥21排氣管20連接，電磁閥22蓄能貯 氣膠袋6連接，電磁閥23通過管道16浮升膠袋15連接，電磁閥24通過管道17與海水過濾 口 18連接。
本發(fā)明水底蓄能倉的組裝過程如下在正在澆注的水底蓄能倉體混凝土中埋入測量控制 室筒體，在經(jīng)過保養(yǎng)期后，打開測量控制室兩頭封蓋(前端封蓋和后端封蓋)和倉體ll后部 的維修通道IO，首先安裝導(dǎo)電傳感器2、測壓傳感器3和限位止動(dòng)開關(guān)5，然后安裝蓄能貯氣 膠袋6和浮升膠袋15，再安裝電磁閥21、電磁閥22、電磁閥23和電磁閥24，而后安裝內(nèi)部 電纜線和相關(guān)管道。組裝完成后封閉前端封蓋，然后通過滑道推入水中。
本發(fā)明的工作原理是借助水底蓄能倉內(nèi)的深水恒定靜壓均勻擠壓蓄能貯氣膠袋6，大量輸 出恒定壓力的壓縮空氣，通過管道電纜傳輸?shù)皆O(shè)在水面平臺(tái)或附近岸上的發(fā)電房內(nèi)，在發(fā)電 控制裝置的自動(dòng)控制下，推動(dòng)大功率雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電，供用戶直接使用或回 輸電網(wǎng)供電。在需要向海底蓄能時(shí)，在可現(xiàn)再生能源和電網(wǎng)富余電能推動(dòng)下，設(shè)置在水上發(fā) 電房內(nèi)的電動(dòng)壓氣機(jī)組或大功率雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，或是可再能能源分散裝置 設(shè)置的機(jī)械裝置直接壓氣運(yùn)行，它們產(chǎn)生的大量壓縮空氣經(jīng)發(fā)電控制裝置分配，通過管道電 纜輸送到水底蓄能倉群體內(nèi)的蓄能貯氣膠袋6內(nèi)儲(chǔ)存?zhèn)溆?。輸入蓄能貯氣膠袋6的壓縮空氣 壓力略高于水底蓄能倉內(nèi)水的靜壓力，以使蓄能貯氣膠袋6鼓脹排出水底蓄能倉內(nèi)的進(jìn)水。
當(dāng)水底蓄能倉需上浮維收或應(yīng)急轉(zhuǎn)移時(shí)，在水上發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，向浮升膠 袋15輸入壓縮空氣，當(dāng)浮力大于水底蓄能倉重力時(shí)，即可逐漸上浮。此時(shí)蓄能貯氣膠袋6和 浮升膠袋15內(nèi)壓縮空氣壓力隨著水深減少而同步下降，直至浮出水面。水底蓄能倉內(nèi)外和蓄 能貯氣膠袋6、浮升膠袋15這二個(gè)膠袋內(nèi)外壓力始終維住相等，浮升全過程都為非受壓狀態(tài), 以免因壓力而損壞。
權(quán)利要求
1、一種大功率水底恒壓蓄能電站，包括能源轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電控制裝置、管道電纜，其特征在于該大功率水底恒壓蓄能電站還包括水底蓄能倉群體，水底蓄能倉群體通過管道電纜和能源轉(zhuǎn)換裝置連接，發(fā)電控制裝置控制水底蓄能倉群體和能源轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作；所述的能源轉(zhuǎn)換裝置的功能是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把電能或可再生能源轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能，再通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存；或者是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把已儲(chǔ)存在水底蓄能倉群體內(nèi)的壓縮空氣能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽凰仔钅軅}群體的功能是大量貯存壓縮空氣能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于能源轉(zhuǎn)換裝置包括空壓 機(jī)組、雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組和再生能源壓氣裝置；空壓機(jī)組的功能是把可再生能源產(chǎn)生的不穩(wěn)定電能通過該空壓機(jī)組轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能； 雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組的功能是把電網(wǎng)深夜富余電能通過該雙向渦輪壓氣發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能；或是把貯存在水底蓄能倉群體的壓縮空氣能重新轉(zhuǎn)變成電能；再生能源壓氣裝置的功能是將可再生能源動(dòng)力直接轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于水底蓄能倉群體由一群 獨(dú)立的水底蓄能倉組成，水底蓄能倉包括倉體和設(shè)于倉體內(nèi)部的獨(dú)立的三個(gè)倉室，三個(gè)倉室 分別為水壓蓄能室、配重浮力室和測量控制室；水壓蓄能室和配重浮力室之間設(shè)有維修管道， 使水壓蓄能室和配重浮力室相通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于水壓蓄能室設(shè)于水底蓄 能倉的上部，為一個(gè)扁平長方體容室，要求內(nèi)壁光滑，四角均為圓角，在扁平長方體容室內(nèi) 設(shè)有蓄能貯氣膠袋，蓄能貯氣膠袋體積稍小于扁平長方體容室；蓄能貯氣膠袋的外部為水壓 室，水壓室內(nèi)注滿有海水；水壓室通過預(yù)制管道經(jīng)測量控制室與周邊的海水溝通；蓄能fc氣 膠袋以雙層纖維布做骨架，外覆合成橡膠布或鋼絲簾布橡膠板；蓄能貯氣膠袋的功能是貯存 空氣能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于水壓蓄能室底部設(shè)有限 位止動(dòng)開關(guān)，以探測壓縮空氣信息水壓蓄能室的頂部設(shè)有導(dǎo)電傳感器，用于監(jiān)控蓄能貯氣 膠袋漏氣報(bào)警和啟動(dòng)應(yīng)急措施，以使發(fā)電控制裝置自動(dòng)停止壓縮空氣輸入蓄能貯氣膠袋和切 斷水壓室頂部海水通道，以防止氣體泄漏。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于水底蓄能倉的頂部四角 處設(shè)有四個(gè)吊環(huán)，供起吊用；水底蓄能倉底部四角處設(shè)有四個(gè)錨爪，使其在沉入海底時(shí)扎進(jìn) 海底的泥砂之中，以防止海流沖擊而移位。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于配重浮力室設(shè)于水底蓄 能倉的下部，包括浮力室和配重室，浮力室設(shè)于上層，它為一個(gè)扁平長方體容室，要求內(nèi)壁 光滑，四角均為圓角，在浮力室內(nèi)設(shè)有浮升膠袋，浮升膠袋體積稍小于浮力室；在浮力室后 部的倉體墻上開有施工維修通道，通道上蓋有封蓋密閉；配重室位于浮力室的下方，配重室 內(nèi)充填實(shí)心的鋼筋混凝土或鋼筋混凝土配大量卵石充填；浮升膠袋的功能是確保定期維修或應(yīng)急處理時(shí)自動(dòng)上浮；配重室的功能是保證蓄能倉在 蓄能貯氣膠袋充滿壓縮空氣、水壓室和浮力室注滿海水時(shí)，全蓄能倉的總重量明顯大于浮力 而不會(huì)上浮。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于測量控制室呈圓筒狀， 測量控制室二端設(shè)有前端封蓋、后端封蓋，測量控制室內(nèi)自動(dòng)控制箱和四個(gè)電磁閥；前端封 蓋和后端封蓋上設(shè)有用螺栓固定的法蘭盤；前端封蓋的法蘭盤連接管道電纜，后端封蓋的法 蘭盤連接蓄能貯氣膠袋；測量控制室的功能是通過電纜管道傳輸測控制信息，在發(fā)電控制裝置的控制下，執(zhí)行蓄 能倉的下沉鋪設(shè)、充注或輸出壓縮空氣、控制水底蓄能倉的正常或應(yīng)急上浮，使水底蓄能倉 能自動(dòng)完成各項(xiàng)預(yù)定動(dòng)作。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于測量控制室的后端封蓋 上設(shè)有測壓傳感器，以動(dòng)態(tài)反映容室內(nèi)的水壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大功率水底恒壓蓄能電站，其特征在于管道電纜為柔性管道， 管道內(nèi)設(shè)信號(hào)傳輸電纜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率水底恒壓蓄能電站方案，它包括能源轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電控制裝置、管道電纜和水底蓄能倉群體。能源轉(zhuǎn)換裝置在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把電能或可再生能源轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能，再通過管道電纜輸入到水底蓄能倉群體儲(chǔ)存；或者是在發(fā)電控制裝置的自動(dòng)控制下，把已儲(chǔ)存在水底蓄能倉群體內(nèi)的壓縮空氣能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋１景l(fā)明的特點(diǎn)一是可大量長期儲(chǔ)存深夜電網(wǎng)剩余電能和各種可再生能源，二是本發(fā)明輸出氣壓恒定、能量利用完全；三是蓄能規(guī)?？纱罂尚。m用水域廣泛，不占土地，四是建設(shè)成本和維護(hù)成本低、建設(shè)周期短、使用壽命長；五是能自動(dòng)浮升轉(zhuǎn)移，在水底不受環(huán)境影響和人為破壞。
文檔編號(hào)F03G7/00GK101302751SQ20081006253
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者邢承興 申請(qǐng)人:邢承興