一种储能式围堰水塘及储能方法与流程

1.本技术涉及渗透压蓄能技术领域，具体涉及一种储能式围堰水塘及储能方法。


背景技术：

2.目前，在双碳目标的驱动下，可再生能源在我国能源结构中所占比重将会越来越大。间歇性是可再生能源的共同特点，受季节、环境因素影响很大，这对现有电网的稳定控制和安全运行带来了挑战。储能具有消除电力峰谷差，实现可再生能源平滑输出，调峰、调频和备用容量等作用，满足可再生能源发电平稳、安全接入电网的要求。目前，目前世界占比最高的是抽水储能，其总装机容量规模达到了127gw，占总储能容量的99％。抽水储能是通过两个相互连接且位于不同高度的水库来实现的：在低电时，存储在上部水库中的水在流到下部水库过程中推动涡轮机转动，由此将势能转换为机械能，并且在发电机的帮助下产生电能；在充电过程中，电动机将电能转换成机械能，通过管道将水从下部水库输送到上部水库，从而实现电能转化为势能。
3.然而,抽水储能技术的应用极其依赖地势、选址十分困难，因为上下水库要求存在于较近的距离内，并有着较高的高度差；且在高度差有限的条件下，抽水储能所能达到的能量密度也极为有限。除此之外，对该技术发展最大的限制是它极低的经济性，抽水储能电站的投资成本很高，有些甚至根本不能盈利。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种储能式围堰水塘及储能方法，以利用渗透压代替高度差，实现渗透压蓄能，可以有效放宽蓄能电站的选址空间，降低蓄能成本。
5.为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
6.本技术提供一种储能式围堰水塘，包括：
7.围堰，其被隔离坝分为淡水区和盐水区，并且隔离坝底部开设有连通淡水区和盐水区的流通通道；
8.半透膜壁，其设置于流通通道内且靠近淡水区的一侧，半透膜壁靠近淡水区的一侧沿竖直方向滑动设置有隔离门，当隔离门完全落下时，隔离门将流通通道完全封闭；
9.水轮机，设置于流通通道内，数量有一个或多个，所述水轮机用于接受供能向流通通道内加压或者利用淡水区流向盐水区的水流进行发电。
10.优选的：
11.所述半透膜壁由多块半透膜板拼接形成；
12.所述半透膜板包括：
13.第一内膜，其表面均布有平均孔径为1nm的通孔；
14.板壳，包覆于第一内膜外，所述板壳两端面均布有平均孔径0.5-2mm的孔。
15.优选的：
16.所述半透膜壁的数量有多个；
17.相邻半透膜壁上的半透膜板交错设置；
18.相邻半透膜壁之间通过支架连接。
19.4.根据权利要求1所述的一种储能式围堰水塘，其特征在于：
20.所述半透膜壁由多个半透膜圆桶拼接形成；
21.所述半透膜圆桶包括：
22.桶壳，其两端面分别朝向淡水区和盐水区，其端面上均布有平均孔径0.5-2mm的孔；
23.第二内膜，其表面均布有平均孔径为1nm的通孔，且所述桶式内膜沿径向截面设置于桶壳内。
24.优选的：
25.所述半透膜壁还包括：
26.淡水壁，其靠近于淡水区；
27.盐水壁，其靠近于盐水区，所述盐水壁靠近隔离坝的位置设置有压力槽；
28.部分所述半透膜圆桶，一端部分伸出压力槽，另一端通过支架连接于淡水壁；
29.其余的所述半透膜圆桶，一端部分伸出淡水壁，另一端通过支架连接于盐水壁。
30.优选的：
31.所述隔离坝的高度比淡水区和盐水区水面最高点高至少5m。
32.优选的：
33.所述围堰靠近淡水区的一侧设置有淡水阀，淡水阀与围堰底部之间的距离为第一预设高度；
34.所述围堰靠近盐水区的一侧设置有盐水阀，盐水阀与围堰底部之间的距离为第二预设高度。
35.优选的：
36.所述隔离坝顶部设置有风车阵列，风车阵列与水轮机连接。
37.本技术还提供一种基于前述的一种储能式围堰水塘的储能方法，包括以下步骤：
38.当储能式围堰水塘位于初始状态时，隔离门落下将流通通道封闭，同时在盐水区内灌入盐水，在淡水区内灌入淡水；
39.当储能式围堰水塘处于发电状态时，隔离门完全升起，淡水区的水向盐水区渗透，在流通通道内形成高压腔，高压腔和盐水区之间的压力差驱动水轮机发电；
40.当储能式围堰水塘处于蓄能状态时，隔离门完全升起，水轮机接受供能，将盐水压往流通通道内，形成高压区域，盐水中的水分通过高压区域和淡水区之间的压力差反渗透，通过半透膜进入淡水区；
41.当储能式围堰水塘处于蓄能状态且淡水区和盐水区之间的渗透压达到预设渗透压时，隔离门落下，将流通通道封闭，水轮机停转。
42.优选的：
43.所述隔离坝顶部设置有风车阵列，风车阵列与水轮机连接；
44.还包括如下步骤：
45.当风车阵列发电功率达到第一预设阈值时，储能式围堰水塘进入蓄能状态，所述
风车阵列为水轮机供电；
46.当风车阵列发电功率低于第一预设阈值时，储能式围堰水塘进入发电状态，所述高压腔和盐水区之间的压力差驱动水轮机做功，水轮机带动风车阵列旋转进行发电。
47.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
48.本技术的储能式围堰水塘，突破了抽水储能的地理条件限制，通过设置围堰和隔离坝来形成水位差，利用半透膜允许水透过、盐类无法透过的特性来实现水的自由流动。
49.并且本技术提供的储能方法，由于半透膜两侧压差与盐溶液的浓度成正比，通过调整两侧溶液的盐含量可以建立高达20mpa的压差，相当于进2000米的水坝压头，相比于抽水储能电站,围堰水塘的储能密度要高很多，成本要降低近三分之二。
附图说明
50.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本技术中一个实施例的剖视示意图。
52.图2为图1所示实施例的俯视示意图。
53.图3为本技术中一种实施例中半透膜壁的剖视示意图。
54.图4为本技术中另一种实施例中半透膜壁的正视示意图。
55.附图标记：
56.1、围堰；11、淡水区；12、盐水区；13、隔离坝；131、流通通道；14、淡水阀；15、盐水阀；2、半透膜壁；21、隔离门；22、半透膜板；23、半透膜圆桶；24、淡水壁；25、盐水壁；251、压力槽；3、水轮机。
具体实施方式
57.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
58.本技术提供一种储能式围堰1水塘的实施例，包括围堰1、半透膜壁2和水轮机3。
59.所述围堰1可以选择天然的，但是一般的情况下需要通过自行构建一个水泥围堰1，围堰1中心被隔离坝13分为盐水区12和淡水区11，并且隔离坝13底部还开设有连通盐水区12和淡水区11的流通通道131。
60.半透膜壁2设置在流通通道131的一侧，用来提供盐水过滤的效果，按流通通道131的流动方向计算，半透膜壁2设置在流通通道131靠近盐水区12的一端，半透膜壁2靠近淡水区11的一侧沿竖直方向设置有隔离门21，具体的，隔离门21是借助轨道上下滑动，有些实施例中是通过吊绳控制隔离门21的升降，也有一些实施例是通过潜水电机进行控制。
61.水轮机3设置在流通通道131内，数量有一个或多个，说书水轮机3用于接受供能向流通通道131内加压或者或者用于发电。
62.在其中一种实施例中，为了均衡半透膜壁2收到的压力，所述半透膜壁2由多块半透膜板22拼接形成。每块半透膜板22由外壳和第一内膜构成，所述外壳的截面通常为正方形，也有一些实施例中为长方形，半透膜壁2的主要压力存在于半透膜板22附近，因此在一些实施例中为了对抗压力，一般会把靠近隔离坝13附近的半透膜板22铺设得更为密集一些，而靠近中间的部分铺设得较为稀疏，这样就可以使得强度更大的四周受力更大，提高了半透膜壁2的使用寿命。
63.同时，半透膜板22由第一内膜和板壳组成，第一内膜为表面均布有平均孔径为1nm的孔的半透膜，板壳包裹在第一内膜外，板壳的两端面均布有平均孔径为0.5-2nm的孔，用以提供初步过滤掉水中的悬浮物和碎屑，为了提高强度，板壳一般为陶瓷材料，也有一些实施例中用复合高分子材料制作的。
64.进一步的，为了分散半透膜壁2的压力，同时也是为了在长期使用后还能保持较高的渗透和反渗透效果，半透膜壁2设置成多层结构，即半透膜壁2的数量有多个，相邻的半透膜壁2上的半透膜壁2交错设置，方便将渗透过一次的水充分混合，保持渗透效果的稳定，用以避免少量半透膜板22损坏后，其相对位置的半透膜板22需要过滤的盐水浓度过大导致连锁性的损坏，同时为了提高所有半透膜壁2的整体强度，在相邻半透膜壁2之间通过支架连接。
65.在另一种实施例的结构中，如图3所示，半透膜壁2由多个半透膜圆桶23拼接而成，半透膜圆桶23整体强度更高，也能起到一定的支撑作用，因此半透膜壁2的设置可以仅设置一个就能抵抗足够高的水压。
66.同时，半透膜圆桶23的组成包括一个圆桶形状的桶壳，其仅有两端面存在0.5-2mm的孔，一般为陶瓷材料，半透膜圆桶23的两端分别指向淡水区11和盐水区12，而第二内模沿径向截面设置于桶壳内。
67.为了合理的分配盐水压力，如图3所示，在一些优选的实施例中，所述半透膜壁2还包括淡水壁24和盐水壁25。
68.所述淡水壁24靠近淡水区11，所述盐水壁25靠近盐水区12，盐水壁25上设置有压力槽251，压力槽251内壁嵌设有半透膜内筒，同时压力槽251靠近隔离坝13，这样在反向加压反渗透的时候可以将压力分配到强度较大的四边，提高半透膜壁2的使用寿命。
69.而另一部分半透膜圆桶23则一端伸出淡水壁24，另一端通过支架连接于盐水壁25，这样水分在加压的过程中先集中到压力槽251，再通过嵌设在压力槽251内壁的一部分半透膜圆桶23反渗透进入淡水壁24和盐水壁25之间，再通过其余半透膜圆桶23进入淡水区11，二次反渗透的压力差较低，这样使得中间部分受压力较小，半透膜壁2在反渗透过程中使用寿命较高。而渗透过程压力较为均匀平缓，对半透膜壁2的伤害较小。
70.而优选的，为了避免下雨、蒸发等因素造成的水位波动，所述隔离坝13的高度比淡水区11和盐水区12水面最高点高至少5m，尽可能的防止水溢流出围堰1导致能量损失。
71.在一些优选的实施例中，如图1所示，所述围堰1靠近淡水区11的一侧设置有淡水阀14，淡水阀14与围堰1底部之间的距离为第一预设高度；所述围堰1靠近盐水区12的一侧设置有盐水阀15，盐水阀15与围堰1底部之间的距离为第二预设高度。
72.淡水阀14和盐水阀15一方面是为了帮助在围堰1使用初期灌入盐水和淡水，以及在围堰1使用中补入盐水和淡水，另一方面也是为了标定盐水区12和淡水区11水位的标准
高度，在蒸腾、降雨等因素的影响下，盐水区12和淡水区11中的水分可能会偏离设计条件，有了盐水阀15和淡水阀14的指示效果，可以方便工作人员根据盐水区12和淡水区11的高度和浓度进行排水或补水的工作。
73.通常为了避免破坏围堰1，围堰1的地点常选择开阔无人的地带，因此天然具有优良的风电条件，因此通常在隔离坝13顶部设置风车阵列，利用风车阵列进行发电，同时也将风车阵列与水轮机3连接，利用水轮机3积蓄风车阵列过量的电力，同时也在缺乏风力的情况下将积蓄的能量重新转化为电力。
74.本技术还提供一种储能方法的实施例，包括以下步骤：
75.当储能式围堰1水塘位于初始状态时，隔离门21落下将流通通道131封闭，同时在盐水区12内灌入盐水，在淡水区11内灌入淡水；
76.当储能式围堰1水塘处于发电状态时，隔离门21完全升起，淡水区11的水向盐水区12渗透，在流通通道131内形成高压腔，高压腔和盐水区12之间的压力差驱动水轮机3发电；
77.当储能式围堰1水塘处于蓄能状态时，隔离门21完全升起，水轮机3接受供能，将盐水压往流通通道131内，形成高压区域，盐水中的水分通过高压区域和淡水区11之间的压力差反渗透，通过半透膜进入淡水区11；
78.当储能式围堰1水塘处于蓄能状态且淡水区11和盐水区12之间的渗透压达到预设渗透压时，隔离门21落下，将流通通道131封闭，水轮机3停转。
79.当上述方法应用在具有风车阵列的储能式围堰1水塘实施例中时，还包括以下步骤：
80.当风车阵列发电功率达到第一预设阈值时，储能式围堰1水塘进入蓄能状态，所述风车阵列为水轮机3供电；
81.当风车阵列发电功率低于第一预设阈值时，储能式围堰1水塘进入发电状态，所述高压腔和盐水区12之间的压力差驱动水轮机3做功，水轮机3带动风车阵列旋转进行发电。
82.本技术还提供一种基于前述储能式围堰1水塘实施例的储能方法的实施例，包括以下步骤：
83.当储能式围堰1水塘位于初始状态时，隔离门21落下将流通通道131封闭，同时在通过盐水阀15向盐水区12内灌入盐水至与盐水阀15平齐，通过淡水阀14向淡水区11内灌入淡水至与淡水阀14平齐，本实施例中盐水采用氯化钠水溶液，设定质量分数为3.5％，因此在灌注完盐水后需要检测对盐水区12进行采样检测，合格后才可使用。
84.当风车阵列的发电功率低于第一预设阈值时，储能式围堰1水塘进入发电状态，此时，隔离门21完全升起，淡水区11的水向盐水区12渗透，在流通通道131内形成高压腔，高压腔和盐水区12之间的压力差驱动水轮机3发电。
85.当风车阵列发电功率达到第一预设阈值时，储能式围堰1水塘进入蓄能状态，隔离门21完全升起，水轮机3接受风车阵列供能，将盐水压往流通通道131内，形成高压区域，盐水中的水分通过高压区域和淡水区11之间的压力差反渗透，通过半透膜进入淡水区11。
86.当储能式围堰1水塘处于蓄能状态且淡水区11和盐水区12之间的渗透压达到预设渗透压时，隔离门21落下，将流通通道131封闭，水轮机3停转，此时采集淡水区11和盐水区12的水样进行检测，并分析其质量浓度，如果淡水区11质量浓度过高需要加水稀释，如果盐水区12质量浓度过低需要补入盐分，同时还需要观测其水面高度，如果水面高度超过相应
淡水阀14和盐水阀15一定范围，需要排除部分水。
87.本技术不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。