双洞式抽水压缩空气蓄能系统的制作方法

本技术涉及一种双洞式抽水压缩空气蓄能系统。适用于新能源储能。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设的进程加快，大量的清洁可再生能源如光伏发电、风力发电等并入电网发电。由于上述新能源发电自身具有的间歇性、波动性等特点，大力发展大规模储能系统势在必行。通过大规模储能系统，可以在新能源发电高峰期，将电能转化为其他形式储存；在发电低谷时再将储存的能量发电进入电网，进而提高了电网对于可再生新能源的消纳能力。

2、目前大规模长时储能方式主要有两种，抽水蓄能和压缩空气储能。抽水蓄能技术成熟且能源转换效率高，可达75％；但是其弊端在于选址要求高，尤其需要选择可以形成较大容量的上水库库盆的区域，难度较大。压缩气体储能对选址的要求较低，可以在多种地质地形区域大量建设，目前机组技术也已逐渐成熟，但其主要弊端在于：(1)传统的非绝热型压缩空气储能需要采取化石燃料补燃，对天然气供应的依赖较大，而且储能效率较低，一般仅50％左右；(2)先进绝热型压缩空气储能则需要多级压缩和储热，系统内增加多个热交换器等设备，使得系统占地面积较大、且单位成本高昂、流程复杂。

3、公开号为cn102797613a的中国专利，一种抽水压缩空气储能系统，该申请案公开了一种通过高压气罐和蓄水池储能的系统，该系统在用电低谷时通过水泵将蓄水池的水压入高压罐内，然后在用电高峰时，高压罐内的气体将水压出，驱动水轮机并带动发电机发电。其不足之处在于高压气体与水面接触面积大，高压空气中的大量氧气、二氧化碳等会部分溶解于水体中，而且高压气罐容积一般较小，导致难以保持长时间的高压状态。

4、公开号为cn108425784a的中国专利，一种抽水压缩空气储能系统及其运行方法，该申请案公开了一种通过高压气水罐储存和常压储水池、发电机、水泵和水轮机进行储能的系统，其不足之处也在于高压气体与水面接触面积大，且未设置补气装置，储气效果难以保证。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种双洞式抽水压缩空气蓄能系统。

2、本实用新型所采用的技术方案是：一种双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于，包括：

3、水气共容洞库；

4、高压储气洞库，设置于所述水气共容洞库上方，与水气共容洞库之间经若干连接竖井连通；

5、抽水蓄能机组，经上引水洞和保压阀门连通所述水气共容洞库底部；

6、地面水库，经下引水洞连通所述抽水蓄能机组。

7、所述高压储气洞库上接有能为高压储气洞库补气的补气装置。

8、所述补气装置包括补气压缩机，补气压缩机经补气通道和补气阀门连通所述高压储气洞库顶部。

9、所述高压储气洞库内设有用于监测到高压储气洞库内压强的压强监测装置，该压强监测装置与所述保压阀门和所述补气压缩机电路连接，用于在保压阀门关闭且监测到高压储气洞库内压强下降超过预设值时控制补气压缩机启动。

10、所述水气共容洞库和所述高压储气洞库设置于山体内。

11、所述水气共容洞库的容积为所述高压储气洞库容积的2倍以上。

12、所述连接竖井的高度l，即为所述高压储气洞库和所述水气共容洞库之间的间距，按下式进行设计：

13、l≥5d

14、其中，d为所述高压储气洞库的直径和所述水气共容洞库的直径中的较大者。

15、所述连接竖井的高度的直径d和数目n，按下式进行设计：

16、

17、其中，μ为所述连接竖井的流量系数，q为所述抽水蓄能机组的最大运行流量，hmin为所述抽水蓄能机组的最小运行水头

18、一种所述双洞式抽水压缩空气蓄能系统的运行方法，其特征在于：

19、在抽水过程中，抽水蓄能机组处于水泵状态，外部电网为抽水蓄能机组供电，通过抽水蓄能机组配合下引水洞和上引水洞将地面水库内的水体抽至所述水气共容洞库，水气共容洞库内气体被压缩并通过所述连接竖井储存至所述高压储气洞库，直到水气交界面上升到连接竖井的中间高度时，关闭上引水洞的保压阀门，进入高压保压状态；

20、在发电过程中，抽水蓄能机组处于水轮发电状态，打开所述保压阀门，高压气体膨胀做功，推动所述水气共容洞库内的水体经上引水洞、抽水蓄能机组和下引水洞输送至地面水库，驱动抽水蓄能机组发电，抽水蓄能机组发电进入外部电网；待气体充满水气共容洞库，水气交界面下降到上引水洞顶部高程时，关闭所述保压阀门，进入低压保压状态。

21、所述抽水压缩空气蓄能系统的储能容量w按下式进行计算：

22、

23、其中，v1为所述高压储气洞容积；v2为所述水气共容洞库容积；p1为低压保压状态的压强。

24、所述抽水蓄能机组的最大运行水头h按下式进行计算：

25、

26、其中，v1为所述高压储气洞容积；v2为所述水气共容洞库容积；p1为低压保压状态的压强。

27、所述抽水蓄能机组的最大水泵功率为ppump按下式进行计算：

28、

29、其中，t为电网所需的储能时长。

30、本实用新型的有益效果是：本实用新型在高压储气洞库和水气共容洞库之间经若干连接竖井连通，且在高压保压时水气交界面位于连接竖井内，从而减少了水和高压状态空气的接触面积，降低了高压空气的溶解速度，有利于高压洞库的保压，提高了储能效率。

31、本实用新型取消了传统抽水蓄能电站的上水库，采用高压气体的势能来代替上水库的水体重力势能，克服了上水库选址的地形限制，具有更好的推广适用性。相比传统压缩空气储能系统和抽水压缩空气储能系统，本实用新型采用现有抽水蓄能电站常用的抽水蓄能机组，技术更加成熟可靠，储能效率较高。

技术特征：

1.一种双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述高压储气洞库上接有能为高压储气洞库补气的补气装置。

3.根据权利要求2所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述补气装置包括补气压缩机，补气压缩机经补气通道和补气阀门连通所述高压储气洞库顶部。

4.根据权利要求3所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述高压储气洞库内设有用于监测到高压储气洞库内压强的压强监测装置，该压强监测装置与所述保压阀门和所述补气压缩机电路连接，用于在保压阀门关闭且监测到高压储气洞库内压强下降超过预设值时控制补气压缩机启动。

5.根据权利要求1所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述水气共容洞库和所述高压储气洞库设置于山体内。

6.根据权利要求1所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述水气共容洞库的容积为所述高压储气洞库容积的2倍以上。

7.根据权利要求1所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：所述连接竖井的高度l，即为所述高压储气洞库和所述水气共容洞库之间的间距，按下式进行设计：

8.根据权利要求1或7所述的双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于：

技术总结
本技术涉及一种所述双洞式抽水压缩空气蓄能系统。本技术的技术方案为：一种双洞式抽水压缩空气蓄能系统，其特征在于，包括：水气共容洞库；高压储气洞库，设置于所述水气共容洞库上方，与水气共容洞库之间经若干连接竖井连通；抽水蓄能机组，经上引水洞和保压阀门连通所述水气共容洞库底部；地面水库，经下引水洞连通所述抽水蓄能机组。本技术适用于新能源储能技术领域。

技术研发人员：王鸿振,李高会,刘宁,尹士吉,陈平志,陈阜南
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：20221228
技术公布日：2024/1/12