压缩空气储能式水气补差循环发电系统的制作方法

1.本发明属于压缩空气储能发电领域，特别涉及一种利用压缩空气储能式水气补差循环发电系统。


背景技术：

2.压缩空气储能本来是一种简单易行，安全长效的储能办法，但碍于二次发电目前只采取单一的汽轮机形成，转换效率很低，商用近50年来，人们偿试的多种改进到目前为止都没有获得较为理想的结果。同时业内对压缩空气储能只局限在储电上，即为电力削峰调谷这唯一的狭窄用途上，它更大更广的作用未能得以充分展现，其实，压缩空气可以储风、储水、储一切非电的能量，具有其他储能技术无法比拟的优势。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种利用来源于储存电能或储存非电能的压缩空气与循环水补差的发电系统，试图在非汽轮机发电上和循环利用压缩空气、最大限度提高压缩空气效率上作一些改进。从而扩展压缩空气利用渠道，让其优势充分发挥出来，为实现新型能源体系提供更多方法。
4.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，选择与比较成熟的水电技术组合，通过循环水发电，可使电力在确保稳定的前提下灵活自由，在二者结合的基础上，可以与其他任何可再生能源在任何地方任何时间多能互补。
5.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，它由包括储能式循环水发电装置的高位水池、导流管、水力发电机、回流管及其尾水池、储水室和储气罐以及输排气配件与重力空气压缩机组合而成，其中：在尾水池下设储水室，储水室内设软质囊体，软质囊体的内部空间分别与高压排气管和泄气管相通。
6.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储能循环水发电装置是专利号为201811573301，名称为《利用压缩空气使水循环运行的发电系统》的移植与改进，在高位水池下设导流管并将水力发电机置于其出水端，回水管一端连通尾水池下面的储水室，另一端连通高位水池，其中，在储水室内加了一个软质囊体，把专利号为201811573301，名称为《利用压缩空气使水循环运行的发电系统》的原方案——将压缩气体直接打入储水室使其增压，吹送储存积水经回流管返回高位水池改进为：将压缩气体注入软质囊体的内部空间内，让软质囊体膨胀后挤压储水室内的储存积水经回流管返回高位水池，使其既达到了让发电尾水循环回到原起点的目的，又使压缩气体保留在软质囊体的内部空间里，再从泄气管排泄的过程中带动风轮加以利用。
7.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储气罐及其及其输排气配件高压阀、高压输气管、高压排气管都是现行通用常规设备和部件，其规格标准均采用已有法定规范。
8.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，重力空气压缩机，是专利号为
2019110617000，名称为《往复式空气压缩机的全封闭一体活动压缩腔》和已授权专利（专利号）zl202022082601.5，名称为《利用压缩空气储存风能的装置》的移植与改进，其结构关系是：外箍罩着内囊套置于缸体内，顶部连接活塞，并随之运动，外箍是硬质，其作用为抗压；内囊为软质，其作用为防漏与収缩伸展，内囊顶部与外箍顶部连成一体、底部与固定台板上部的平面连成一体，囊体外围与外箍内侧上部周围及固定台板的内弧紧贴却不连接，内囊上下固定四周不固定，其目的在于全封闭一体活动压缩腔需上下运动，固定台板底部与缸体封闭连接，固定台板内为七字弧形，弧形端口为刀刃状，刀刃将内囊与外箍隔开，使内囊下部在运动伸缩中于内弧处形成皱折，设高压阀和低压阀连通外面相应机构，连通方式为：高压阀连通临时储气仓，低压阀连通进气仓，临时储气仓设有高压输气管，其底部设泄水阀，进气仓与进气管相连，进气口设过滤器，在缸体内侧和固定台板外侧形成的卡槽两侧上，可设滚球或滚筒，以减少外箍上下运动时的摩擦阻力。外箍底部是敞口，插入卡槽内上下运动。
9.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，泄气管内置风轮，风轮连接变速轮，变速轮连接曲柄，连接曲柄连接重力空气压缩机的活塞。风轮、变速轮、曲柄都是传统常规结构，风轮可以叠装，它们之间的连接方式也是传统常规办法，这些传统常规办法有：本身为一体构造、丝杆连接或焊接，可根据情况选其一种。软质囊体内的压缩空气是重力空气压缩机的动力源，排泄时就是风力，通过泄气管，便带动风轮旋转，风轮带动变速轮旋转，变速轮带动曲柄，曲柄转变运动方向为上下运动，连接上活塞使活塞随之上下运动，向上运动时，压缩腔进气，向下运动时，将压缩腔内的空气压缩。
10.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，重力空气压缩机的高压输气管连通各储气罐，各储气罐连通高压排气管。
11.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储水室顶部其实就是尾水池与其的隔断，上面设置若干电子阀门成为若干个泄流孔，目的在于一方面同时泄出大量积水，对软质囊体形成有效挤压，增加泄气压力；另一方面，软质囊体膨胀时，电子阀门关闭后，只有储水室与回流管为受力区，不至扩大不必要的的受力范围。储水室是一个传统常规固体积水容器，通常的建造型状可以是方型、圆型或其他几何型状，确保本发明成功长久运行是其抗破坏的基本要求，具体须坚固耐用，满足软质囊体膨胀时不至于被破损和能承受尾水池包括其积水的全部重量，材料按需选择。根据水量周转循环使用原则，尾水池积水量约大于储水室的积水量，储水室的积水量为大于等于软质囊体从膨胀至收缩这一周期时段内导流管的所有泄水量。设置电子阀门时，因电子阀门是成熟的成套产品，依据储水室所使用的材质和型状选择相应的品种类型，按常规方法安装，钢筋混泥土用水泥敷设，是金属的用焊接。。
12.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，除储水室顶部上面设置若干电子阀门外，高压阀也是电子阀，高压阀用电子阀控制各储气罐的气体依次轮流排放与输入。
13.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，除储水室顶部上面设置若干电子阀门外，泄气阀也是电子阀，软质囊体膨胀时，泄气阀关闭，软质囊体泄气时，泄气阀打开。
14.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，回流阀用单向阀门控制使水流只能向上流动。
15.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，活塞可根据需要加减重量（法码），以使其生产的高压气体合规达标。本发明所生产的压缩空气，其标准等于大于置备储气罐标准。
16.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，风轮和变速轮是非常重要的两个部件，风轮虽然不能做到完全吸纳并转换软质囊体的内部空间里所泄气体的全部能量，但应尽量使其吸纳并转换的能量达到最大值；由于软质囊体的内部空间膨胀与泄气是间隙交替的，因此，要求回流管回流的水量与导流管流出水量在同一时间段内相等。电子阀门设置时间要与之打协调一致。回流管、储水室以及配套的软质囊体和重力空气压缩机、气罐及输排气配件可以设置多组，如果是多组的话，各储水室积水量相加的总和也要与之相等，这一总体要求也必须无条件达到。
17.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，初始和运行中补差所需储气罐及其气体来源于储能，（初始时便要置备多罐）包括传统的“储电”和利用本发明所述的重力空气压机技术进行的储存风能水能等广义储能的压缩空气。运行中的自给部分优先使用，不足部分再由预先置备补充。
18.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，对压缩空气是一种还原利用，其转换的损失较小且由于使用中存在一定间隙，使其通过外部变速轮省力（增能），在一定较慢速度内有时间支撑，可使最大限度提高效率成为现实，从而使成本很低，资源更充足。它结构简单易造，推广方便灵活，对实现30.60碳目标有一定意义。
19.附图说明：图1是本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统结构示意图；图2是本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统储水室结构示意图。
20.具体实施方式：下面结合附图对本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统作进一步的阐述。
21.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，它由包括储能式循环水发电装置（41）的高位水池（36）、导流管（32）、水力发电机（33）、回流管（37）及其尾水池（39）、储水室（30）和储气罐（12）以及输排气配件与重力空气压缩机（42）组合而成，其中：在尾水池（39）下设储水室（30），储水室（30）内设软质囊体（35），软质囊体（35）的内部空间（28）分别与高压排气管（29）和泄气管（26）相通。
22.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储能循环水发电装置（41）是专利号为201811573301，名称为《利用压缩空气使水循环运行的发电系统》的移植与改进，在高位水池（36）下设导流管（32）并将水力发电机（33）置于其出水端，回水管（37）一端连通尾水池（39）下面的储水室（30），另一端连通高位水池（36），其中，在储水室（30）内加了一个软质囊体（35），把专利号为201811573301，名称为《利用压缩空气使水循环运行的发电系统》的原方案——将压缩气体直接打入储水室（30）使其增压，吹送储存积水经回流管（37）返回高位水池（36）改进为：将压缩气体注入软质囊体（35）的内部空间（28）内，让软质囊体（35）膨胀后挤压储水室（30）内的储存积水经回流管（37）返回高位水池（36），使其既达到了让发电尾水循环回到原起点的目的，又使压缩气体保留在软质囊体（35）的内部空间（28）里，再从泄气管（26）排泄的过程中带动风轮（25）加以利用。
23.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储气罐（12）及其及其输排气配件高压阀11、高压输气管（38）、高压排气管（29）都是现行通用常规设备和部件，其规格标准均采用已有法定规范。
24.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，重力空气压缩机（42），是专利号为2019110617000，名称为《往复式空气压缩机的全封闭一体活动压缩腔》和已授权专利（专利号）zl202022082601.5，名称为《利用压缩空气储存风能的装置》的移植与改进，其结构关系是：外箍（3）罩着内囊（4）套置于缸体（9）内，顶部（15）连接活塞（1），并随之运动，外箍（3）是硬质，其作用为抗压；内囊（4）为软质，其作用为防漏与収缩伸展，内囊（4）顶部与外箍（3）顶部连成一体、底部与固定台板（7）上部的平面（20）连成一体，囊体外围与外箍（3）内侧上部周围及固定台板（7）的内弧紧贴却不连接，内囊（4）上下固定四周不固定，其目的在于全封闭一体活动压缩腔（16）需上下运动，固定台板（7）底部与缸体（9）封闭连接，固定台板（7）内为七字弧形，弧形端口（5）为刀刃状，刀刃将内囊（4）与外箍（3）隔开，使内囊（4）下部在运动伸缩中于内弧处形成皱折（6），设高压阀（21）和低压阀（22）连通外面相应机构，连通方式为：高压阀（22）连通临时储气仓（10），低压阀（21）连通进气仓（17），临时储气仓（10）设有高压输气管（38），其底部设泄水阀（13），进气仓（17）与进气管（18）相连，进气口设过滤器（19），在缸体（9）内侧和固定台板（7）外侧形成的卡槽（8）两侧上，可设滚球或滚筒（2），以减少外箍（3）上下运动时的摩擦阻力。外箍（3）底部是敞口，插入卡槽（8）内上下运动。
25.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，泄气管（26）内置风轮（25），风轮（25）连接变速轮（24），变速轮（24）连接曲柄（23），连接曲柄（23）连接重力空气压缩机（42）的活塞（1）。风轮（25）、变速轮（24）、曲柄（23）都是传统常规结构，风轮（25）可以叠装，它们之间的连接方式也是传统常规办法，这些传统常规办法有：本身为一体构造、丝杆连接或焊接，可根据情况选其一种。软质囊体（35）内的压缩空气是空气压缩机的动力源，排泄时就是一种风力，通过泄气管（26），便带动风轮（25）旋转，风轮（25）带动变速轮（24）旋转，变速轮（24）带动曲柄（23），曲柄（23）转变运动方向为上下运动，连接上活塞（1）使活塞（1）随之上下运动，向上运动时，压缩腔（16）进气，向下运动时，将压缩腔（16）内的空气压缩。
26.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，重力空气压缩机（42）的高压输气管（38）连通各储气罐（12），各储气罐（12）连通高压排气管（29）。
27.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，储水室（30）顶部（31）其实就是尾水池（39）与其的隔断，上面设置若干电子阀门（34）成为若干个泄流孔，目的在于一方面同时泄出大量积水，对软质囊体（35）形成有效挤压，增加泄气压力；另一方面，软质囊体（35）膨胀时，电子阀门（34）关闭后，只有储水室（30）与回流管（37）为受力区，不至扩大不必要的的受力范围。储水室（30）是一个传统常规固体积水容器，通常的建造型状可以是方型、圆型或其他几何型状，确保本发明成功长久运行是其抗破坏的基本要求，具体须坚固耐用，满足软质囊体（35）膨胀时不至于被破损和能承受尾水池（39）包括其积水的全部重量，材料根据需要选择。根据水量周转循环使用原则，尾水池（39）积水量约大于储水室（30）的积水量，储水室（30）的积水量为大于等于软质囊体（35）从膨胀至收缩这一周期时段内导流管（32）的所有泄水量。设置电子阀门（34）时，因电子阀门是成熟的成套产品，依据储水室（30）所使用的材质和型状选择相应的品种类型，按常规方法安装，钢筋混泥土用水泥敷设，是金属的用焊接。
28.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，除储水室（30）顶部（31）上面设置若干电子阀门（34）外，高压阀（11）也是电子阀，高压阀（11）用电子阀控制各储气罐（12）的气体依次轮流排放与输入。
29.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，除储水室（30）顶部（31）上面设置若干电子阀门（34）外，泄气阀（27）也是电子阀，软质囊体（35）膨胀时，泄气阀（27）关闭，软质囊体（35）泄气时，泄气阀（27）打开。
30.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，回流阀（40）用单向阀门控制使水流只能向上流动。
31.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，活塞（1）可根据需要加减重量（法码），以使其生产的高压气体合规达标。本发明所生产的压缩空气，其标准等于大于置备储气罐（12）标准。
32.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，风轮（25）和变速轮（24）是非常重要的两个部件，风轮（25）虽然不能做到完全吸纳并转换软质囊体（35）的内部空间（28）里所泄气体的全部能量，但应尽量使其吸纳并转换的能量达到最大值；由于软质囊体（35）的内部空间（28）膨胀与泄气是间隙交替的，因此，要求回流管（37）回流的水量与导流管（32）流出水量在同一时间段内相等，电子阀门（34）设置时间万要与之打协调一致。回流管（37）、储水室（30）以及配套的软质囊体（35）和重力空气压缩机（42）、气罐（12）及输排气配件可以设置多组，如果是多组的话，各储水室（30）积水量相加的总和也要与之相等，这一总体要求也必须无条件达到。
33.本发明的压缩空气储能式水气补差循环发电系统，初始和运行中补差所需储气罐（12）及其气体来源于储能，（初始时便要置备多罐）包括传统的“储电”和利用本发明所述的重力空气压机技术进行的储存风能水能等广义储能的压缩空气。运行中的自给部分优先使用，不足部分再由预先置备补充。
34.工作前，将导流管（32）临时堵塞，将高位水池（36）及回流管（37）、导流管（32）、尾水池（39）、储水室（30）注满足够周转使用的水，调置好水力发电机（33）和各电子阀及其他阀门处于工作状态或待启状态，置备若干个储气罐（12），标准为确保其在软质囊体（35）内部空间（28）内释放膨胀时，能将储水室（30）的全部积水送到高位水池（36）。工作时，开启某一带气储气罐（12）的高压阀（11），高压气体进入软质囊体（35）内部空间（28），使其膨胀，挤压储水室（30）的积水打开单向回流阀（40），通过回流管（37）流到高位水池（36）内，与此同时，拿掉导流管（32）临时的堵塞，导流管（32）水流开始排泄，水力发电机（33）开始发电。待储水室（30）的积水全部送到高位水池（36）完毕，电子阀门（34）打开，尾水池（39）积水进入储水室（30），泄气阀（27）打开，软质囊体（35）内部空间（28）内的气体向泄气管（26）内排泄并带动风轮（25）旋转，从此开启风力空气压缩机（42）工作，将生产出的等于大于原预先置备的储气罐（12）的达标气体注入使用过变压后的储气罐（12）内，直至使其达到原来标准。软质囊体（35）内部空间（28）内的气体排完，系统工作一个周期结束，此后便周而复始进行。变压后的储气罐（12）盛满达标气体后，依次注装下一个，带气储气罐（12）气体变压后，按着使用下一个，两种气罐依次轮流，优先使用自产气体，不够时再用其他来源的储能气体，以保证水力发电机按设定出电。