海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。其技術(shù)方案是，采用一種海洋沉箱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高壓空氣儲(chǔ)存，并作為儲(chǔ)能單元，通過高壓氣體管道與海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)相連；儲(chǔ)氣沉箱與高壓氣體管道之間，可以采用伸縮結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，以克服海平面漲落造成的位移差，使沉箱結(jié)構(gòu)位于海洋的深度保持不變。本發(fā)明利用海底的高壓環(huán)境，為高壓氣體的存儲(chǔ)提供了穩(wěn)定的壓力，并實(shí)現(xiàn)了高壓儲(chǔ)氣容器內(nèi)外壓強(qiáng)均等，無(wú)需高壓儲(chǔ)氣容器壁承壓，降低了材料強(qiáng)度的要求，提高了經(jīng)濟(jì)性，使壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)更加節(jié)能、安全、清潔、經(jīng)濟(jì)。
【專利說明】海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用深海海水壓強(qiáng)穩(wěn)定性為壓縮空氣提供儲(chǔ)存環(huán)境的海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣儲(chǔ)能因其技術(shù)成熟，可大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，已成為了一種重要的儲(chǔ)能手段。然而，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的高壓儲(chǔ)氣容器一項(xiàng)，存在技術(shù)與工藝上的局限，系統(tǒng)對(duì)高壓儲(chǔ)氣容器壁承受氣體壓強(qiáng)的能力有很高要求，而且，為了便于降低材料選擇難度，通常希望氣罐內(nèi)氣體壓力保持均勻與恒定。這兩方面要求的實(shí)現(xiàn)，無(wú)疑增大了氣罐材料選擇的難度以及制造成本，同時(shí)，在安全運(yùn)行方面也存在較大隱患。因此，高壓儲(chǔ)氣容器的制造成本與安全問題成為本【技術(shù)領(lǐng)域】亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中，高壓儲(chǔ)氣容器因所需壓強(qiáng)承受能力過高而造成的制造難、成本高的問題，以及壓力控制技術(shù)不成熟造成的安全問題；提供了一種在應(yīng)用中，無(wú)需容器壁承壓，且時(shí)時(shí)保證容器內(nèi)壓力均勻、保持節(jié)能、安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]深潛于海下的高壓儲(chǔ)氣容器，采用無(wú)底沉箱結(jié)構(gòu)，并作為儲(chǔ)能單元，其頂部通過高壓氣體管道與設(shè)置在海上的壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)相連；該系統(tǒng)具有儲(chǔ)能和發(fā)電兩種運(yùn)行方式。
[0006]所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，采用壓縮空氣混合天然氣燃燒，驅(qū)動(dòng)透平機(jī)械發(fā)電的方式，或者采用太陽(yáng)能或其他熱源加熱壓縮空氣，分級(jí)控制透平機(jī)械發(fā)電的方式。
[0007]所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)與水氣共容倉(cāng)方案結(jié)合使用，即在海面上設(shè)置與儲(chǔ)氣單元相連的密閉容器，將其設(shè)為上水池，以海洋作為下水池，利用上水池和下水池間的壓強(qiáng)差形成水頭差，驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元發(fā)電。
[0008]所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)與虛擬抽水蓄能電站方案結(jié)合使用，采用氣水能量交換單元控制液體在高低壓水池間流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元發(fā)電。
[0009]所述高壓儲(chǔ)氣容器與高壓氣體管道之間采用伸縮結(jié)構(gòu)作為連接方式，該伸縮結(jié)構(gòu)為伸縮式軟管道、彈簧式軟管道或螺旋式管道。
[0010]所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于船、艦艇、島嶼或海上鉆井平臺(tái)之上。
[0011]所述虛擬抽水蓄能電站方案中的高壓水池采用海上的高壓緩沖箱與潛于深海的穩(wěn)壓箱相連的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)壓箱與深潛于海下的高壓儲(chǔ)氣容器結(jié)構(gòu)相同，利用海洋深處的高壓強(qiáng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)海上的高壓緩沖箱的壓強(qiáng)穩(wěn)定，高壓緩沖箱與穩(wěn)壓箱之間通過氣體管道相連。
[0012]所述虛擬抽水蓄能電站方案中的低壓水池采用海水經(jīng)凈化后的凈化水池實(shí)現(xiàn)，或直接利用海洋實(shí)現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明的有益效果包括以下幾個(gè)方面:
[0014](I)所述高壓儲(chǔ)氣容器與高壓緩沖箱采用深海沉箱結(jié)構(gòu)，一方面有效利用海底壓強(qiáng)形成了容器內(nèi)儲(chǔ)氣的高壓環(huán)境，另一方面利用海水的深度實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)氣容器內(nèi)頂部到底部壓強(qiáng)基本均等，增加了系統(tǒng)的安全性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高壓容器內(nèi)外壓強(qiáng)相等，避免了容器壁承受高壓，降低了容器壁選材和制作難度。
[0015](2)所述高壓儲(chǔ)氣容器與高壓氣體管道之間采用可伸縮結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，可以克服海平面漲落造成的位移差，使沉箱結(jié)構(gòu)位于海洋的深度保持不變，即高壓儲(chǔ)氣容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)環(huán)境保持穩(wěn)定。
[0016](3)所述海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其基礎(chǔ)建設(shè)只限于發(fā)電側(cè)海上平臺(tái)的搭建，設(shè)備可置于船、艦艇、島嶼或海上鉆井平臺(tái)等之上，相比陸上壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，極大地節(jié)約了建設(shè)成本，建設(shè)與運(yùn)行的效率和環(huán)境友好性也得到了提升。
[0017](4)所述與虛擬抽水蓄能電站相結(jié)合的海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其氣水能量交換單元可直接取用海水資源，利用海水的容量巨大，溫度恒常，取用方便等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)氣水能量交換單元的溫度控制。
[0018](5)所述與虛擬抽水蓄能電站相結(jié)合的海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其抽蓄發(fā)電單元的高壓水池利用與深海穩(wěn)壓箱相連的高壓水箱單元實(shí)現(xiàn)，低壓水池可直接用海洋代替，無(wú)需特殊地勢(shì)條件，降低了選址與建設(shè)難度，節(jié)省了成本。
[0019](6)所述與虛擬抽水蓄能電站相結(jié)合的海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其高壓儲(chǔ)氣沉箱與高壓水箱單元在壓強(qiáng)設(shè)定值相等時(shí)，可共用同一容器，提高經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓儲(chǔ)氣容器結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2a、圖2b和圖2c為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓儲(chǔ)氣沉箱與高壓氣體管道連接方式圖，其分別為伸縮式軟管道、彈簧式軟管道和螺旋式管道方式；
[0022]圖3為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0023]圖4為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用水氣共容倉(cāng)發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0024]圖5為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0025]圖6為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖7為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式的儲(chǔ)能運(yùn)行原理圖；虛線箭頭為氣體流向，實(shí)線箭頭為水流向；
[0027]圖8為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式的發(fā)電運(yùn)行原理圖；
[0028]圖9為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓儲(chǔ)氣沉箱與高壓水箱單元按照等壓方案設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。[0029]圖中標(biāo)號(hào):
[0030]A-高壓儲(chǔ)氣沉箱，B-氣水能量交換單元，C-高壓水箱單元，D-抽蓄發(fā)電單元；1-高壓氣體管道，2-低壓空氣管道，3-第一高壓水管道，4-第一低壓水管道，5-第二高壓水管道，6-第二低壓水管道，7-電端口，8、9_水管道，10-高壓氣體穩(wěn)壓管道；11-水活塞，11a、Ilb-水活塞缸，25、26_液體缸，27-液壓活塞連桿，28-穩(wěn)壓箱，29-高壓緩沖箱。12-24、30-32-閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明提供了一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖，對(duì)該系統(tǒng)實(shí)施方案作詳細(xì)說明。本發(fā)明意在強(qiáng)調(diào)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)海水資源的利用，對(duì)海上平臺(tái)、發(fā)電機(jī)構(gòu)等部分的實(shí)現(xiàn)方案，只做示例性說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0032]圖1所示為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高壓儲(chǔ)氣容器結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)的高壓儲(chǔ)氣容器采用無(wú)底沉箱結(jié)構(gòu)，利用深海高壓環(huán)境進(jìn)行壓縮空氣的存儲(chǔ)，高壓儲(chǔ)氣容器通過高壓氣體管道與設(shè)置在海上的壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)相連；高壓儲(chǔ)氣容器與高壓氣體管道之間，可以采用伸縮結(jié)構(gòu)作為連接方式。圖2所示為相應(yīng)連接方式圖，包括伸縮式軟管道、彈簧式軟管道和螺旋式管道三種方式。當(dāng)海平面出現(xiàn)漲落時(shí)，伸縮結(jié)構(gòu)式管道可以克服海平面漲落造成的位移差，使沉箱結(jié)構(gòu)位于海洋的深度保持不變，即高壓儲(chǔ)氣容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)環(huán)境保持穩(wěn)定。
[0033]圖3所示為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖。壓縮空氣與燃料在燃燒室中匯合并燃燒，帶動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)發(fā)電，將電能輸出到電網(wǎng)，儲(chǔ)能環(huán)節(jié)利用空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0034]圖4所示為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用水氣共容倉(cāng)發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖。高壓儲(chǔ)氣沉箱A通過高壓氣體管道I與高壓水箱單元C連接，高壓水箱單元C通過第二高壓水管道5與抽蓄發(fā)電單元D連接，低壓海水通過第二低壓水管道6與抽蓄發(fā)電單元D連接，抽蓄發(fā)電單元D通過電端口 7與電網(wǎng)連接。高壓儲(chǔ)氣沉箱為高壓水箱單元提供穩(wěn)定的高壓環(huán)境，高壓水箱單元與低壓海水間的穩(wěn)定壓強(qiáng)差，形成水頭差，驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元發(fā)電，進(jìn)而將電能輸出到電網(wǎng)，儲(chǔ)能環(huán)節(jié)則利用抽蓄發(fā)電單元將低壓海水輸送至高壓水箱單元，將高壓水箱單元內(nèi)氣體壓縮至高壓儲(chǔ)氣沉箱中，完成能量存儲(chǔ)。
[0035]圖5所示為海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖6所示為相應(yīng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu):高壓儲(chǔ)氣沉箱A通過高壓氣體管道I與氣水能量交換單元B連接，氣水能量交換單元B通過第一低壓水管道4與低壓海水連接，低壓海水通過第二低壓水管道6與抽蓄發(fā)電單元D連接；低壓空氣管道2與氣水能量交換單元B連接，氣水能量交換單元B通過第一高壓水管道3與高壓水箱單元C連接，高壓緩沖箱29通過第二高壓水管道5與抽蓄發(fā)電單元D連接；高壓緩沖箱29通過高壓氣體穩(wěn)壓管道10與穩(wěn)壓箱28連接；抽蓄發(fā)電單元D通過電端口 7與電網(wǎng)連接。
[0036]高壓儲(chǔ)氣沉箱A中的壓縮空氣作為能量存儲(chǔ)的介質(zhì)；具有穩(wěn)定壓強(qiáng)的深海穩(wěn)壓箱28與高壓緩沖箱29連接，構(gòu)成高壓水箱單元C，高壓水箱單元內(nèi)的水和低壓海水進(jìn)行循環(huán)，作為發(fā)電循環(huán)介質(zhì)；抽蓄發(fā)電單元D作為主要運(yùn)行設(shè)備，通過閥門控制和水輪發(fā)電機(jī)組控制實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能發(fā)電過程。
[0037]氣水能量交換單元B通過水活塞11與液壓傳動(dòng)裝置(液體缸25、26，液壓活塞連桿27)實(shí)現(xiàn):水活塞是海水在兩側(cè)氣壓差作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置，可以實(shí)現(xiàn)氣體勢(shì)能與水勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換；并可以通過額外裝置輔助實(shí)現(xiàn)氣體的絕熱變化過程或等溫變化過程。水活塞輸出的水勢(shì)能變化很大。水活塞中至少應(yīng)有兩個(gè)缸(水活塞缸Ila和水活塞缸lib)?；钊紫喈?dāng)于高壓容器，可以用高壓金屬球罐實(shí)現(xiàn)，也可以用儲(chǔ)氣鋼管等實(shí)現(xiàn)；可以用單一容器實(shí)現(xiàn)，也可以用多級(jí)容器組合實(shí)現(xiàn)。低壓空氣管道2保持低壓，高壓氣體管道I的另一端接高壓儲(chǔ)氣沉箱A，低壓空氣管道2和高壓氣體管道I分別通過閥門13-16與兩個(gè)液體缸連接。
[0038]液壓傳動(dòng)裝置可以使壓強(qiáng)變化的水流與壓強(qiáng)穩(wěn)定的水流之間相互驅(qū)動(dòng)，由若干個(gè)活塞組成。水管道8和9分別通過閥門17-20連接水活塞中的液體缸25和26，第一高壓水管道3和第一低壓水管道4分別通過閥門21-24連接高壓水箱單元C和低壓海水。通過閥門狀態(tài)的正確設(shè)置，液體缸25和液體缸26可以實(shí)現(xiàn)不同的壓強(qiáng)控制。
[0039]所述海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能和發(fā)電兩種運(yùn)行方式:
[0040]圖7所示為儲(chǔ)能運(yùn)行方式流程圖:儲(chǔ)能時(shí)利用抽蓄發(fā)電單元D將低壓海水傳送至高壓水箱單元C處，在氣水能量交換單元B中利用高壓水和低壓水的水壓差做功來(lái)壓縮空氣，將電能轉(zhuǎn)換成水的勢(shì)能，再轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的勢(shì)能，存儲(chǔ)到高壓儲(chǔ)氣沉箱A中；在此過程中，電能首先轉(zhuǎn)換為水的勢(shì)能，最后轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的勢(shì)能。
[0041]圖8所示為發(fā)電運(yùn)行方式流程圖:將高壓儲(chǔ)氣沉箱A中的壓縮空氣通入到氣水能量交換單元B中，高壓氣體在氣水能量交換單元B中膨脹做功，將低壓海水輸送到高壓水箱單元C中，同時(shí)高壓水箱單元C中的水驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元D中的水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電后流入到低壓海水中，壓縮空氣勢(shì)能轉(zhuǎn)換為水的勢(shì)能，再利用高低壓水之間的壓強(qiáng)差使抽蓄發(fā)電單元D發(fā)電。
[0042]圖7、圖8所示流程的具體實(shí)現(xiàn)方案參照?qǐng)D6，如下所述:
[0043]a:海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能運(yùn)行方式:
[0044]儲(chǔ)能方式下，假定初始狀態(tài)時(shí)，水活塞缸Ila中充滿水，水活塞缸Ilb中只有少量水，充滿了低壓空氣管道進(jìn)入的低壓氣體?？刂崎y門狀態(tài)，使閥門16關(guān)閉，水活塞缸Ilb密閉，閥門14打開，水活塞缸Ila接通低壓空氣管道。而此時(shí)抽蓄發(fā)電單元D工作在水泵狀態(tài)，水泵做功，將低壓海水傳送至高壓緩沖箱29中，形成液體缸26內(nèi)活塞兩側(cè)水的水壓差，驅(qū)動(dòng)液壓活塞連桿27和液體缸25內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)，配合閥門的開關(guān)狀態(tài)，可以使水活塞缸Ila中的水經(jīng)水管道9流向液體缸25的某一側(cè)，液體缸25另一側(cè)的水經(jīng)水管道8流向水活塞缸11b，壓縮水活塞缸Ilb中的密閉空氣。通過閥門狀態(tài)的切換，液壓活塞連桿27左右運(yùn)動(dòng)都可以使水活塞缸Ila中的水流向液體缸25，同時(shí)液體缸25中的水流向水活塞缸lib。當(dāng)水活塞缸Ilb中的氣體被壓縮到一定壓強(qiáng)值時(shí)，打開閥門15將其與高壓氣體管道連通，繼續(xù)工作直到所有水活塞缸Ilb的氣體送入高壓氣體管道，最終存儲(chǔ)到高壓儲(chǔ)氣沉箱A中。此時(shí)水活塞缸Ila中只有少量水，充滿了低壓空氣管道的低壓氣體；水活塞缸Ilb中幾乎充滿水，切換閥門狀態(tài)，使閥門14關(guān)閉，水活塞缸Ila密閉，閥門16打開，水活塞缸Ilb接通低壓空氣管道。第一高壓水管道3和第一低壓水管道4中的水的壓強(qiáng)差驅(qū)動(dòng)液壓活塞運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)水活塞中水的流動(dòng)，壓縮密閉空間中的空氣，形成高壓氣體存儲(chǔ)起來(lái)。
[0045]b:海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行方式:
[0046]假定初始狀態(tài)時(shí)，水活塞缸Ila中完全充滿水，水活塞缸Ilb中只有少量水。關(guān)閉閥門14，使水活塞缸Ila密閉，打開閥門16，水活塞缸Ilb接通低壓空氣管道保持低壓。工作時(shí)首先打開閥門12，從高壓儲(chǔ)氣沉箱A中經(jīng)高壓氣體管道I向水活塞缸Ila中輸入一定體積的高壓氣體，水活塞缸Ila中的水會(huì)經(jīng)水管道9流向液體缸25的某一側(cè)，高壓強(qiáng)作用會(huì)驅(qū)動(dòng)液體缸25的活塞運(yùn)動(dòng)，使液體缸25另一側(cè)的水經(jīng)水管道8流入水活塞缸Ilb中；同時(shí)會(huì)驅(qū)動(dòng)液壓活塞連桿27和液體缸26中的活塞運(yùn)動(dòng)。通過恰當(dāng)設(shè)置液體缸26中各閥門的開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)液體缸26某一側(cè)的水經(jīng)過第一高壓水管道3流出到高壓水箱單元C，低壓海水經(jīng)過第一低壓水管道4從海洋流入到液體缸26另一側(cè)中。通過閥門狀態(tài)的切換，在水活塞缸I Ia中氣體膨脹過程中，液壓活塞連桿27可以做若干次的左右移動(dòng)，此過程中，低壓水持續(xù)流入液體缸26，并持續(xù)有水從液體缸26中流出到高壓水箱單元C中。當(dāng)水活塞缸Ila中氣體壓強(qiáng)達(dá)到較小的值，不足以驅(qū)動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將剩余的低壓氣體送入低壓空氣管道，再利用其他發(fā)電裝置(如直線電機(jī))進(jìn)行發(fā)電，以提高能源利用率。當(dāng)水活塞缸Ila中氣體膨脹做功完畢后，水活塞缸Ila中剩余水量很少，水活塞缸Ilb中幾乎充?兩水，原有的低壓氣體被送入低壓空氣管道。將閥門16關(guān)閉，水活塞缸Ilb封裝，并將閥門14打開，水活塞缸Ila與低壓空氣管道連通，然后再?gòu)母邏簝?chǔ)氣沉箱A中輸入一定體積的高壓氣體到水活塞缸Ilb中，高壓氣體膨脹做功，將水從低壓水池送入液體缸26中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，將液體缸26中的水壓入高壓水池。高壓氣體膨脹后形成低壓氣體會(huì)被送入低壓空氣管道。液體缸25成為在液體活塞的兩個(gè)液體缸中流動(dòng)水的中轉(zhuǎn)。而抽蓄發(fā)電單元此時(shí)工作在發(fā)電狀態(tài)，通過高壓緩沖箱29與海洋的水壓差驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)做功，將水勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，通過電端口 7輸送至電網(wǎng)。
[0047]所述海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的高壓水箱單元C由于穩(wěn)壓箱28潛入海水的深度保持不變，而具有基本穩(wěn)定的壓強(qiáng)，因此，與之相連的高壓緩沖箱29亦保持壓強(qiáng)相同。在運(yùn)行過程中，通過運(yùn)行控制使高壓水箱單元C進(jìn)出水的水流均速且保持近似相等，以確保高壓緩沖箱29中的水量變化在一個(gè)大的時(shí)間尺度上基本為零。
[0048]圖9所示為所述 海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的海上壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)采用虛擬抽水蓄能發(fā)電方式時(shí)的一種簡(jiǎn)化方案，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)深海穩(wěn)壓箱與高壓儲(chǔ)氣沉箱的壓強(qiáng)相等，即深度相同，即可采用本方案將二者進(jìn)行合并。
[0049]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，深潛于海下的高壓儲(chǔ)氣容器，采用無(wú)底沉箱結(jié)構(gòu)，并作為儲(chǔ)能單元，其頂部通過高壓氣體管道與設(shè)置在海上的壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)相連；該系統(tǒng)具有儲(chǔ)能和發(fā)電兩種運(yùn)行方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)，采用壓縮空氣混合天然氣燃燒，驅(qū)動(dòng)透平機(jī)械發(fā)電的方式，或者采用太陽(yáng)能或其他熱源加熱壓縮空氣，分級(jí)控制透平機(jī)械發(fā)電的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)與水氣共容倉(cāng)方案結(jié)合使用，即在海面上設(shè)置與儲(chǔ)氣單元相連的密閉容器，將其設(shè)為上水池，以海洋作為下水池，利用上水池和下水池間的壓強(qiáng)差形成水頭差，驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)與虛擬抽水蓄能電站方案結(jié)合使用，采用氣水能量交換單元控制液體在高低壓水池間流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)抽蓄發(fā)電單元發(fā)電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓儲(chǔ)氣容器與高壓氣體管道之間采用伸縮結(jié)構(gòu)作為連接方式，該伸縮結(jié)構(gòu)為伸縮式軟管道、彈簧式軟管道或螺旋式管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于船、艦艇、島嶼或海上鉆井平臺(tái)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬抽水蓄能電站方案中的高壓水池采用海上的高壓緩沖箱與潛于深海的穩(wěn)壓箱相連的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)壓箱與深潛于海下的高壓儲(chǔ)氣容器結(jié)構(gòu)相同，利用海洋深處的高壓強(qiáng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)海上的高壓緩沖箱的壓強(qiáng)穩(wěn)定，高壓緩沖箱與穩(wěn)壓箱之間通過氣體管道相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種海洋壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬抽水蓄能電站方案中的低壓水池采用海水經(jīng)凈化后的凈化水池實(shí)現(xiàn)，或直接利用海洋實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】F02C6/16GK103790708SQ201410021005
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】姜彤, 何旭潔, 童瀟, 傅昊 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)