一种用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置的制作方法

本发明属于混合储能装置，特别涉及一种用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置。

背景技术：

1、压缩空气储能是一种具有大规模、低成本、高安全、清洁无污染等特点的物理储能技术，主要由压缩机、膨胀机、储气系统组成。技术原理是在用电低谷时，用电动机带动压缩机将空气压缩，储存于储气系统中；在用电高峰时，释放高压空气进入膨胀机做功，带动发电机发电。储气方式主要包括储气罐等压力容器、天然盐穴等地下洞穴、人造地下储气库、水下储气包等。其中水下储气包的选址灵活，储气容积利用率高，空气安全性也更好。加拿大hydrostor公司已建成2.2mw示范系统，水下储气包位于水下80米处，可以有效储气3小时。美国brayton公司也已建成6.6mw示范系统。但是现有水下储气包技术较为单一，水下储气包被固定、半固定在一定位置。水下储气包周期性充放气产生的浮力变化，没有充分用于储存能量，而且周期性的浮力变化也对固定稳定性、气包耐久性产生影响。

2、重力储能是一种环保性与经济性均具有竞争力的物理储能。基于高度落差对重物进行升降，实现重力势能储存与释放，进而配合电动发电机、传动系统实现充放电。压缩空气储能和重力储能，可以在储气装置方面相结合，形成混合储能系统。已有的技术路线，是在储气室顶部设置可上下移动的密封活塞，活塞上放置重物，从而实现充放气与重物上下移动的联动，形成压缩空气储能和重力储能的同步充能和释能。但是现有重力储能技术采用山体落差系统、地下竖井、地上构筑物等三种形式，都需要占用土地，没有充分利用水下空间。而且水下重力储能的安全性更好，与抽水蓄能、水光互补的联动也更为方便。

3、目前压缩空气储能、重力储能技术均较为成熟，已有较多工程应用。压缩空气储能系统中的水下储气包技术，还处于技术完善和初步应用阶段。现有相关中国专利10项左右，申请人包括深圳赛诺凡尔纳能源有限公司(cn110332462b)、浙江大学(cn111911389a)、哈尔滨工业大学(cn113482889a)、西安交通大学(cn107893735b)、华南理工大学(cn214464803u)等。现有专利采用固定式水下储气包，或缆绳、弹簧等半固定式的水下储气包。现有专利还没有充分利用水下储气包的浮力变化带来的能量变化。专利cn107893735b采用波浪能为水下储气包辅助压缩空气，但还未实现混合储能作用。压缩空气与重力的混合储能，目前仍然处于研发阶段，暂无成熟的工程应用，现有技术也均围绕在刚性储气室的活塞上设置重物的路线开展实验研究。现有压缩空气与重力的混合储能形式较为局限，多采用重物和带活塞的刚性壁面空间，组成混合储能装置。没有针对储气包这种不带活塞的柔性壁面储气装置的混合储能设计，也没有利用水下浮力变化的混合储能设计。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提高水下储气包的位置参数的调节灵活性，进而提升压缩空气储能系统的综合效率和变工况特性，有望推动水下的重力储能装置的应用，提升安全性并节约土地；利用水下储气包的浮力变化带动重物移动，实现一种新的压缩空气与重力的混合储能路线。

2、本发明为克服现有技术存在的问题，提供如下技术方案：

3、一种用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，包括：

4、压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括沿着竖直方向延伸的输气管道，所述输气管道连接有储气包；

5、重力储能系统，所述重力储能系统包括第一缆绳和重物，所述重物通过第一缆绳连接在储气包外部；

6、其中，所述重力储能系统安装在承重架上，所述承重架底部设有桩基，桩基固定在水底平面上，所述重力储能系统设置在水下，所述压缩空气储能系统的输气管道伸入水中，所述压缩空气储能系统的储气包设置在水下。

7、进一步地，所述压缩空气储能系统包括电动机、压缩机、储气缓冲室，所述电动机连接压缩机，所述压缩机连通储气缓冲室，所述储气缓冲室连接输气管道。

8、进一步地，所述压缩空气储能系统包括膨胀机、第一发电机，所述储气缓冲室连通膨胀机，膨胀机连接第一发电机。

9、进一步地，所述压缩机与储气缓冲室的连接管路上安装有阀门，所述储气缓冲室与膨胀机的连接管路上也安装有阀门。

10、进一步地，所述输气管道为柔性材质，储气包为柔性材质。

11、进一步地，所述重力储能系统包括固定在承重架上的滑轮组和滑轮卷绳机，所述滑轮卷绳机上设有第二缆绳，第二缆绳经过滑轮组连接到重物上。

12、进一步地，所述重力储能系统还包括上限位装置、下限位装置，上限位装置安装在承重架上端，下限位装置安装在承重架下端，第一缆绳和第二缆绳穿过上限位装置。

13、进一步地，所述重物限制在上限位装置与下限位装置之间，且配置为能够通过第一缆绳和第二缆绳的拉动做线性移动。

14、进一步地，所述桩基上固定有第二发电机、变速箱，第二发电机连接变速箱。

15、进一步地，所述滑轮卷绳机上安装有传动皮带，传动皮带连接滑轮卷绳机的滑轮轴和变速箱。

16、本发明的有益效果：本发明充分利用水下储气包的容积变化和浮力变化，灵活调节储气包的位置、体积、压力等参数，推动储气包的耐久性提升，更好服务压缩空气储能；有效利用水下空间部署重力储能，提升安全性和混合储能的可行性；针对储气包这种难以设计活塞的柔性壁面储气装置，设计混合储能装置，并有效利用水下浮力变化产生混合储能效应，提供压缩空气－重力混合储能的创新技术路线。

17、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述压缩空气储能系统包括电动机(1)、压缩机(2)、储气缓冲室(5)，所述电动机(1)连接压缩机(2)，所述压缩机(2)连通储气缓冲室(5)，所述储气缓冲室(5)连接输气管道(7)。

3.如权利要求2所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述压缩空气储能系统包括膨胀机(3)、第一发电机(4)，所述储气缓冲室(5)连通膨胀机(3)，膨胀机(3)连接第一发电机(4)。

4.如权利要求2所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述压缩机(2)与储气缓冲室(5)的连接管路上安装有阀门(101)，所述储气缓冲室(5)与膨胀机(3)的连接管路上也安装有阀门(101)。

5.如权利要求1所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述输气管道(7)为柔性材质，储气包(6)为柔性材质。

6.如权利要求1所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述重力储能系统包括固定在承重架(202)上的滑轮组(10)和滑轮卷绳机(13)，所述滑轮卷绳机(13)上设有第二缆绳(12)，第二缆绳(12)经过滑轮组(10)连接到重物(8)上。

7.如权利要求6所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述重力储能系统还包括上限位装置(17)、下限位装置(9)，上限位装置(17)安装在承重架(202)上端，下限位装置(9)安装在承重架(202)下端，第一缆绳(11)和第二缆绳(12)穿过上限位装置(17)。

8.如权利要求7所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述重物(8)限制在上限位装置(17)与下限位装置(9)之间，且配置为能够通过第一缆绳(11)和第二缆绳(12)的拉动做线性移动。

9.如权利要求6所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述桩基(201)上固定有第二发电机(16)、变速箱(15)，第二发电机(16)连接变速箱(15)。

10.如权利要求9所述的用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，其特征在于：所述滑轮卷绳机(13)上安装有传动皮带(14)，传动皮带(14)连接滑轮卷绳机(13)的滑轮轴和变速箱(15)。

技术总结
本发明涉及一种用于压缩空气重力混合储能的水下储气装置，属于混合储能装置技术领域，包括压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括沿着竖直方向延伸的输气管道，所述输气管道连接有储气包；重力储能系统，所述重力储能系统包括第一缆绳和重物，所述重物通过第一缆绳连接在储气包外部；其中，所述重力储能系统安装在承重架上，所述承重架底部设有桩基，桩基固定在水底平面上，所述重力储能系统设置在水下，所述压缩空气储能系统的输气管道伸入水中，所述压缩空气储能系统的储气包设置在水下。本发明设计混合储能装置，并有效利用水下浮力变化产生混合储能效应，提供压缩空气、重力混合储能的创新技术路线。

技术研发人员：杨倩鹏,王辉,朱豪飞,王建业,陈晓文,孟祥飞
受保护的技术使用者：国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27