一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，包括存儲容器、海水抽水蓄能機(jī)組和壓力管道，所述存儲容器設(shè)置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，壓力管道上設(shè)置有閥門；所述海水抽水蓄能機(jī)組設(shè)置于海底且連接至所述壓力管道上，所述海水抽水蓄能機(jī)組包括與壓力管道連接的流體機(jī)械以及與所述流體機(jī)械傳動連接的電動/發(fā)電機(jī)。本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)利用海底與存儲容器內(nèi)的壓力差來實(shí)現(xiàn)電力儲能，無需建設(shè)高、低位蓄水池，不受地理?xiàng)l件的限制；系統(tǒng)利用海水作為工作介質(zhì)，解決了傳統(tǒng)抽水蓄能對淡水資源的依賴問題。適用于各種類型的電源，對環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力儲能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把多余的電力存儲起來，在需要時(shí)再釋放出來的過程。近年來，為適應(yīng)風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源、可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的需要;提高常規(guī)電力系統(tǒng)及能源系統(tǒng)綜合利用效率的需要;保障電力和能源供應(yīng)安全性的需要，電力儲能技術(shù)競相涌現(xiàn)，發(fā)展迅猛。
[0003]根據(jù)能量轉(zhuǎn)換形式，電力儲能技術(shù)總體上可分為物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能。物理儲能方式主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和冰蓄冷;化學(xué)儲能主要有鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池等；電磁儲電主要有超級電容和超導(dǎo)儲能等。目前，已在大規(guī)模商業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)行的電力儲能系統(tǒng)只有抽水蓄能和壓縮空氣兩種，其中，抽水蓄能因其具有技術(shù)成熟、效率高、容量大、蓄能周期長等優(yōu)點(diǎn)，成為目前廣泛使用的電力儲能系統(tǒng)。
[0004]抽水蓄能是在電力系統(tǒng)用電負(fù)荷低谷時(shí)段，通過水栗將水從低位水庫送到高位水庫，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲起來，在用電高峰時(shí)，水從高位水庫排放到低位水庫驅(qū)動水輪機(jī)做功發(fā)電。抽水蓄能電站的全壽命周期可達(dá)40年以上，其綜合效率一般為70-80 %。但是，傳統(tǒng)的抽水蓄能系統(tǒng)需要特殊的地理?xiàng)l件建造上下兩個(gè)蓄水池，初期投資巨大，建設(shè)周期長(一般約5-15年)。此外，傳統(tǒng)的抽水蓄能系統(tǒng)利用淡水作為運(yùn)行工質(zhì)，系統(tǒng)對淡水資源的依賴較大，這對于一些淡水資源匱乏的島國、城市等適用性較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用海底壓力儲能釋能的抽水蓄能系統(tǒng)，以解決以上所述的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的抽水蓄能系統(tǒng)，利用海底壓力能進(jìn)行電力儲存。
[0007]具體的說，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，包括存儲容器、海水抽水蓄能機(jī)組和壓力管道，其特征在于:
[0009]所述存儲容器設(shè)置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，所述壓力管道上設(shè)置有閥門；
[0010]所述海水抽水蓄能機(jī)組設(shè)置于海底且連接至所述壓力管道上，所述海水抽水蓄能機(jī)組包括與壓力管道連接的流體機(jī)械以及與所述流體機(jī)械傳動連接的電動/發(fā)電機(jī)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其存儲容器還包括一第二開口端，第二開口端經(jīng)通氣管道與海平面上方的大氣連通。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所通氣管道上設(shè)置有調(diào)壓閥門。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，對于利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其海水抽水蓄能機(jī)組中設(shè)置有與電動/發(fā)電機(jī)連接的變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其壓力管道連通海水的入口處設(shè)置有攔污柵。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其存儲容其形狀為球形或圓柱形;優(yōu)選的，所述存儲容器為一個(gè)或多個(gè)，相互平行排列。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其存儲容器和海水抽水蓄能機(jī)組用粧、注漿、吸力錨或壓載物直接壓制固定在海底。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其電動/發(fā)電機(jī)按照電動機(jī)模式工作時(shí)，其驅(qū)動電源為火力發(fā)電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電等其中的一種或多種。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其海水抽水蓄能機(jī)組為四機(jī)分置式海水抽水蓄能機(jī)組、三機(jī)串聯(lián)式海水抽水蓄能機(jī)組或二機(jī)可逆式海水抽水蓄能機(jī)組;優(yōu)選的，所述海水抽水蓄能機(jī)組至少為I個(gè)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其流體機(jī)械包括多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)，所述多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)為串聯(lián)或并聯(lián)形式;并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接。
[0020]通過上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021](I)通過將整個(gè)系統(tǒng)置于海底，利用海底的壓力能來進(jìn)行電力儲存，與傳統(tǒng)的抽水蓄能系統(tǒng)相比，可有效的克服其選址困難、水位變幅大、對淡水資源依賴大、對環(huán)境影響大、成本較高等問題，適用于臨近海邊淡水資源匱乏的島國和城市；
[0022](2)同時(shí)，電動/發(fā)電機(jī)按照電動機(jī)模式工作時(shí)，適用于各種類型的電源，具有廣闊的應(yīng)用前景；
[0023](3)通過該發(fā)電系統(tǒng)，在蓄能時(shí)通過電纜將多余的電能輸送到海水抽水蓄能機(jī)組，通過水栗或可逆式水栗水輪機(jī)將存儲容器中的海水排空，從而將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲起來；
[0024](4)通過在儲能容器上設(shè)置經(jīng)通氣管道與海平面上方的大氣連通的第二開口端，并且通氣管道上設(shè)置有調(diào)壓閥門，經(jīng)調(diào)整調(diào)壓閥門可以調(diào)節(jié)容器內(nèi)的壓力。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中各標(biāo)號為:
[0028]1、壓力管道;2、壓力管道入口閥門；10、調(diào)壓閥門；3、可逆式水栗水輪機(jī);4、海水抽水蓄能機(jī)組;5、可逆式電動發(fā)電機(jī);6、閥門；7、存儲容器;8、通氣管道;9、海平面;11、海底。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，提供一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，包括存儲容器、海水抽水蓄能機(jī)組和壓力管道，所述存儲容器設(shè)置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，壓力管道上設(shè)置有閥門；所述海水抽水蓄能機(jī)組也設(shè)置于海底且連接至壓力管道上，包括流體機(jī)械以及與所述流體機(jī)械傳動連接的電動/發(fā)電機(jī)。通過將整個(gè)系統(tǒng)置于海底，利用海底的壓力能來進(jìn)行電力蓄能和釋能。
[0030]蓄能時(shí)，所述電動/發(fā)電機(jī)按照電動機(jī)模式工作，所述電動/發(fā)電機(jī)帶動流體機(jī)械旋轉(zhuǎn)，所述流體機(jī)械將存儲容器中的海水經(jīng)閥門、壓力管道輸運(yùn)至所述海洋中；釋能時(shí)，所述電動/發(fā)電機(jī)按照發(fā)電機(jī)模式工作，海水在海底和存儲容器內(nèi)壓力差的驅(qū)動下帶動流體機(jī)械旋轉(zhuǎn)，所述流體機(jī)械帶動電動/發(fā)電機(jī)發(fā)電，海水經(jīng)流體機(jī)械、壓力管道、閥門回流至存儲容器。
[0031 ]其中，對于存儲容器，其還可以包括一第二開口端，第二開口端經(jīng)通氣管道與海平面上方的大氣連通。在通氣管道上設(shè)置有調(diào)壓閥門，便于調(diào)節(jié)所述存儲容器內(nèi)的壓力。
[0032]優(yōu)選的，存儲容器其形狀為球形、圓柱形等形狀;還優(yōu)選的，存儲容器為一個(gè)或多個(gè)，相互平行排列。
[0033]優(yōu)選的，存儲容器可以由預(yù)制混凝土和高強(qiáng)度鋼板中的一種或多種制成。
[0034]其中，對于海水抽水蓄能機(jī)組，其還可以設(shè)置有變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過改變所述電動/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使流體機(jī)械在負(fù)荷變化時(shí)仍能在高效工況下運(yùn)行。
[0035]其海水抽水蓄能機(jī)組可以為四機(jī)分置式海水抽水蓄能機(jī)組、三機(jī)串聯(lián)式海水抽水蓄能機(jī)組或二機(jī)可逆式海水抽水蓄能機(jī)組。
[0036]流體機(jī)械可以設(shè)置多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)，所述多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)為串聯(lián)或并聯(lián)形式;并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接。
[0037]優(yōu)選的，水栗是葉輪式栗或容積式栗，所述葉輪式栗為軸流式栗、混流式栗和離心式栗，所述容積式栗為齒輪栗、螺桿栗、羅茨栗和滑片栗。
[0038]優(yōu)選的，水輪機(jī)是沖擊式水輪機(jī)或反擊式水輪機(jī)，所述沖擊式水輪機(jī)為水斗式水輪機(jī)、斜擊式水輪機(jī)和雙擊式水輪機(jī)，所述反擊式水輪機(jī)為軸流式水輪機(jī)、混流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)和貫流式水輪機(jī)。
[0039]優(yōu)選的，可逆式水栗水輪機(jī)，為混流式、斜流式和貫流式。
[0040]另外，海水抽水蓄能機(jī)組中，其電動/發(fā)電機(jī)按照電動機(jī)模式工作時(shí)，其驅(qū)動電源為火力發(fā)電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電等其中的一種或多種。
[0041 ]優(yōu)選的，海水抽水蓄能機(jī)組的個(gè)數(shù)為至少一個(gè)。
[0042]流體機(jī)械可以選取多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)，其中，所述多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)為串聯(lián)或并聯(lián)形式;并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接。
[0043]其中，對于壓力管道來說，管道上均設(shè)置有閥門，便于儲存容量的調(diào)整以及設(shè)備調(diào)試和維修。
[0044]優(yōu)選的，壓力管道的入口處設(shè)置有攔污柵，防止海洋生物進(jìn)入壓力管道，降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
[0045]優(yōu)選的，存儲容器和海水抽水蓄能機(jī)組用粧、注漿、吸力錨或壓載物直接壓制固定在海底。
[0046]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述，由于以下所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)不限于此，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所想到的變化或替代，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0047]在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。
[0048]具體實(shí)施例1:
[0049]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，調(diào)壓閥門10打開，整個(gè)系統(tǒng)置于海底11，通氣管道8通向海平面9上空的大氣。存儲容器7固定在海底11，其一端通過閥門6、壓力管道I與海水抽水蓄能機(jī)組4相連，一端連接通氣管道8。其中海水抽水蓄能機(jī)組4包括可逆式水栗水輪機(jī)3和可逆式電動發(fā)電機(jī)5和變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可逆式水栗水輪機(jī)3與可逆式電動發(fā)電機(jī)5的傳動軸固接。
[0050]本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)在蓄能時(shí)，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，低谷(低價(jià))電驅(qū)動海水抽水蓄能機(jī)組4中的可逆式水栗水輪機(jī)3，將存儲容器7中的海水通過壓力管道I排放到海洋中。蓄能過程結(jié)束，閥門6關(guān)閉。
[0051]本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)在釋能時(shí)，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，海水因?yàn)閴毫Σ钸M(jìn)入存儲容器7并驅(qū)動海水抽水蓄能機(jī)組4中的可逆式水栗水輪機(jī)3對外做功，帶動可逆式電動發(fā)電機(jī)5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門6關(guān)閉。
[0052]一般情況下，蓄能與釋能過程不同時(shí)運(yùn)行，蓄能時(shí)，海水抽水蓄能機(jī)組工作在水栗-電動機(jī)模式。釋能時(shí)則相反，海水抽水蓄能機(jī)組工作在水輪機(jī)-發(fā)電機(jī)模式。
[0053]具體實(shí)施例2:
[0054]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，調(diào)壓閥門10關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)置于海底11，存儲容器7固定在海底11，其一端通過閥門6、壓力管道I與海水抽水蓄能機(jī)組4相連。其中海水抽水蓄能機(jī)組4包括可逆式水栗水輪機(jī)3和可逆式電動發(fā)電機(jī)5，可逆式水栗水輪機(jī)3與可逆式電動發(fā)電機(jī)5的傳動軸固接。與實(shí)施例1相比，實(shí)施例2中存儲容器內(nèi)氣壓低于大氣壓。
[0055]本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)在蓄能時(shí)，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，低谷(低價(jià))電驅(qū)動海水抽水蓄能機(jī)組4中的可逆式水栗水輪機(jī)3，將存儲容器7中的海水通過壓力管道I排放到海洋中，使存儲容器7內(nèi)氣體壓力低于大氣壓。儲能過程結(jié)束，閥門6關(guān)閉。
[0056]本發(fā)明的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)在釋能時(shí)，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，海水因?yàn)閴毫Σ钸M(jìn)入存儲容器7并驅(qū)動海水抽水蓄能機(jī)組4中的可逆式水栗水輪機(jī)3對外做功，帶動可逆式電動發(fā)電機(jī)5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門6關(guān)閉。
[0057]一般情況下，蓄能與釋能過程不同時(shí)運(yùn)行，儲能時(shí)，抽水蓄能機(jī)組工作在水栗-電動機(jī)模式。釋能時(shí)則相反，海水抽水蓄能機(jī)組工作在水輪機(jī)-發(fā)電機(jī)模式。
[0058]本發(fā)明利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)中，海水抽水蓄能機(jī)組4既可采用二機(jī)可逆式海水抽水蓄能機(jī)組，也可以采用四機(jī)分置式海水抽水蓄能機(jī)組和三機(jī)串聯(lián)式海水抽水蓄能機(jī)組，其工作流程和原理也與上述實(shí)施方案相同。
[0059]本發(fā)明在蓄能時(shí)通過電纜將多余的電能輸送到海水抽水蓄能機(jī)組，通過水栗或可逆式水栗水輪機(jī)將存儲容器中的海水排空，從而將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能存儲起來。在釋能時(shí)，由于存儲器中的壓力為大氣壓或者低于大氣壓，與海底存在一定的壓力差，海水受壓力差驅(qū)動進(jìn)入存儲容器，同時(shí)驅(qū)動水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)利用海底的壓力能來進(jìn)行電力儲存，將整個(gè)系統(tǒng)置于海底，有效的克服了傳統(tǒng)抽水蓄能系統(tǒng)選址困難、水位變幅大、對淡水資源依賴大、對環(huán)境影響大、成本較高等問題。
[0060]以上所述的具體實(shí)施案例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施案例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，包括存儲容器、海水抽水蓄能機(jī)組和壓力管道，其特征在于: 所述存儲容器設(shè)置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，壓力管道上設(shè)置有閥門； 所述海水抽水蓄能機(jī)組設(shè)置于海底且連接至所述壓力管道上，所述海水抽水蓄能機(jī)組包括與壓力管道連接的流體機(jī)械以及與所述流體機(jī)械傳動連接的電動/發(fā)電機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲容器還包括一第二開口端，第二開口端經(jīng)通氣管道與海平面上方的大氣連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述通氣管道上設(shè)置有調(diào)壓閥門。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述海水抽水蓄能機(jī)組中設(shè)置有與電動/發(fā)電機(jī)連接的變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力管道連通海水的入口處設(shè)置有攔污柵。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲容器其形狀為球形或圓柱形;優(yōu)選的，所述存儲容器為一個(gè)或多個(gè)，相互平行排列。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲容器和海水抽水蓄能機(jī)組用粧、注漿、吸力錨或壓載物直接壓制固定在海底。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述電動/發(fā)電機(jī)按照電動機(jī)模式工作時(shí)，其驅(qū)動電源為火力發(fā)電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電等其中的一種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述海水抽水蓄能機(jī)組為四機(jī)分置式海水抽水蓄能機(jī)組、三機(jī)串聯(lián)式海水抽水蓄能機(jī)組或二機(jī)可逆式海水抽水蓄能機(jī)組;優(yōu)選的，所述海水抽水蓄能機(jī)組至少為I個(gè)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海底壓力能的儲水發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述流體機(jī)械包括多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)，所述多臺水栗、水輪機(jī)或可逆式水栗水輪機(jī)為串聯(lián)或并聯(lián)形式;并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接。
【文檔編號】F03G7/04GK105927455SQ201610497832
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】周學(xué)志, 徐玉杰, 譚雅倩, 陳海生
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所