一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统及方法与流程

本发明涉及能源利用，具体为一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统及方法。

背景技术：

1、新能源的跨越式发展将对电网可靠性提出更高要求，随着新能源渗透率持续提升，其高度随机性和间歇性的特点给电力系统供需平衡带来了严峻挑战，系统灵活性需求总量逐步提高，且不确定性有所增强，调峰调频难度显著增加，以储能为调峰调频手段的市场需求也将持续增强，根据电能转化存储形态差异，储能技术也可分为物理储能、化学储能、电磁储能和蓄冷蓄热储能四类。常用物理储能方式有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能；化学储能主要为电池储能，包括锂电池、铅酸电池、钠硫电池、液流电池；电磁储能包括超导磁储能和超级电容器储能；蓄冷蓄热储能主要分为冰蓄冷、电储热、熔融盐储热等技术；

2、目前单个项目储能规模最大的是抽水蓄能技术，但其存在需要大量水资源和土地，投资运行成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统及方法，用以解决上述提出的目前单个项目储能规模最大的是抽水蓄能技术，但其存在需要大量水资源和土地，投资运行成本高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明公开了一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，包括蓄水池，蓄水池的下部与连通管路连通，连通管路的中部安装有可逆式水轮机，连通管路远离蓄水池的一侧与废弃风机塔筒的下部连通，可逆式水轮机分别与发电机、电动机电连接，发电机、电动机分别与电网电连接。

3、优选的，可逆式水轮机正转时，可逆式水轮机为压缩机，可逆式水轮机反转时，可逆式水轮机为膨胀机。

4、优选的，连通管路上靠近废弃风机塔筒的一侧安装有阀门。

5、优选的，废弃风机塔筒为密封结构。

6、优选的，蓄水池的容量为废弃风机塔筒内部容量的1.5倍。

7、优选的，蓄水池的外部、废弃风机塔筒的外部和连通管路的外部均设有保温层。

8、优选的，连通管路靠近蓄水池的一侧、连通管路靠近废弃风机塔筒的一侧均设有除杂机构，除杂机构包括除杂壳，除杂壳的一端设有通液口一，除杂壳远离通液口一的一端设有通液口二，通液口一和通液口二分别与连通管路连通，除杂壳的内部设有空腔，空腔中靠近通液口一的一侧设有导水轮，导水轮与连接轴固定连接，连接轴贯穿空腔的上端与齿轮一固定连接，空腔中靠近通液口二的一端固定设有过滤网，除杂壳的下端贯穿设有清理口，且清理口与空腔连通，清理口与过滤网对应设置。

9、优选的，齿轮一与齿轮二啮合，齿轮二与转动轴一固定连接，转动轴一转动设置在除杂壳的上端后侧，转动轴一与锥齿轮二固定连接，锥齿轮二与锥齿轮一啮合，锥齿轮一通过转动轴二与圆盘固定连接，转动轴二与支撑块转动连接，支撑块固定设置在除杂壳的上端，圆盘与转动杆偏心连接，转动杆与连接杆转动连接，连接杆贯穿除杂壳的上端前侧进入空腔中并与安装块固定连接，安装块与清洁刷一固定连接，清洁刷一与过滤网的一端接触，清洁刷一通过连接绳与清洁刷二固定连接，清洁刷二与过滤网的另一端接触，清洁刷二的下端安装有配重块，配重块与空腔远离通液口一的一端滑动连接，连接绳与导线轮连接，导线轮转动设置在安装腔中，安装腔设置在除杂壳的上端内部，安装腔和空腔之间设有供连接绳穿过的通孔。

10、一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能方法，包括以下步骤：

11、步骤1：开始储能过程时，阀门开启，电网中的多余电能驱动电动机启动，可逆式水轮机正转，蓄水池中的水注入废弃风机塔筒的内部，当废弃风机塔筒中空气压强达到5mpa时，储能过程结束，电动机停止运行，可逆式水轮机停止运行，阀门关闭；

12、步骤2：开始释能过程时，阀门开启，废弃风机塔筒中的水流通过连通管路驱动可逆式水轮机反转，可逆式水轮机驱动发电机发电。

13、优选的，还包括：

14、流速传感器一：流速传感器一设置在连通管路中，用于检测连通管路中水的流速；

15、流速传感器二：流速传感器二设置在可逆式水轮机的进口处，用于检测可逆式水轮机的进口处水流的流速；

16、流速传感器三：流速传感器三设置在可逆式水轮机的出口处，用于检测可逆式水轮机的出口处水流的流速；

17、报警器：报警器设置在可逆式水轮机的外部；

18、控制器：控制器与流速传感器一、流速传感器二、流速传感器三和报警器电连接；

19、控制器基于流速传感器一、流速传感器二和流速传感器三的检测值控制报警器工作，包括以下步骤：

20、步骤1：控制器根据流速传感器一、流速传感器二和流速传感器三的检测值和公式计算出可逆式水轮机正转时废弃风机塔筒内部空气压强达到5mpa所需时间；

21、

22、其中，t为可逆式水轮机正转时废弃风机塔筒内部空气压强达到5mpa所需时间，k为可逆式水轮机正转时的工作效率，h为废弃风机塔筒中初始状态下的水位高度，p2为大气压强，p1为废弃风机塔筒的目标压强，取值为5mpa，v为流速传感器一的检测值，s为连通管路的过流面积，tan为正切，β为可逆式水轮机正转时转轮叶片入流角，χ为可逆式水轮机2正转时转轮叶片出流角，a1为可逆式水轮机正转时转轮叶片低压侧过流面积，a2为可逆式水轮机正转时转轮叶片高压侧过流面积，v1为流速传感器二的检测值，v2为流速传感器三的检测值；

23、步骤2：控制器根据步骤1计算出的可逆式水轮机正转时废弃风机塔筒内部空气压强达到5mpa所需时间和公式计算出可逆式水轮机的检修系数；

24、

25、其中，j为可逆式水轮机的检修系数，t1为可逆式水轮机理想状态下正转时废弃风机塔筒内部空气压强达到5mpa所需时间；

26、步骤3：控制器比较可逆式水轮机的检修系数和预设检修系数，若可逆式水轮机的检修系数大于预设检修系数，控制器控制报警器报警，提醒工作人员需及时对可逆式水轮机进行检修维护。

27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：包括蓄水池(1)，蓄水池(1)的下部与连通管路(3)连通，连通管路(3)的中部安装有可逆式水轮机(2)，连通管路(3)远离蓄水池(1)的一侧与废弃风机塔筒(5)的下部连通，可逆式水轮机(2)分别与发电机(6)、电动机(7)电连接，发电机(6)、电动机(7)分别与电网电连接。

2.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：可逆式水轮机(2)正转时，可逆式水轮机(2)为压缩机，可逆式水轮机(2)反转时，可逆式水轮机(2)为膨胀机。

3.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：连通管路(3)上靠近废弃风机塔筒(5)的一侧安装有阀门(4)。

4.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：废弃风机塔筒(5)为密封结构。

5.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：蓄水池(1)的容量为废弃风机塔筒(5)内部容量的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：蓄水池(1)的外部、废弃风机塔筒(5)的外部和连通管路(3)的外部均设有保温层。

7.根据权利要求1所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：连通管路(3)靠近蓄水池(1)的一侧、连通管路(3)靠近废弃风机塔筒(5)的一侧均设有除杂机构(8)，除杂机构(8)包括除杂壳(9)，除杂壳(9)的一端设有通液口一(10)，除杂壳(9)远离通液口一(10)的一端设有通液口二(11)，通液口一(10)和通液口二(11)分别与连通管路(3)连通，除杂壳(9)的内部设有空腔(12)，空腔(12)中靠近通液口一(10)的一侧设有导水轮(13)，导水轮(13)与连接轴(14)固定连接，连接轴(14)贯穿空腔(12)的上端与齿轮一(20)固定连接，空腔(12)中靠近通液口二(11)的一端固定设有过滤网(15)，除杂壳(9)的下端贯穿设有清理口(16)，且清理口(16)与空腔(12)连通，清理口(16)与过滤网(15)对应设置。

8.根据权利要求7所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：齿轮一(20)与齿轮二(22)啮合，齿轮二(22)与转动轴一(27)固定连接，转动轴一(27)转动设置在除杂壳(9)的上端后侧，转动轴一(27)与锥齿轮二(26)固定连接，锥齿轮二(26)与锥齿轮一(24)啮合，锥齿轮一(24)通过转动轴二(28)与圆盘(25)固定连接，转动轴二(28)与支撑块(19)转动连接，支撑块(19)固定设置在除杂壳(9)的上端，圆盘(25)与转动杆(23)偏心连接，转动杆(23)与连接杆(21)转动连接，连接杆(21)贯穿除杂壳(9)的上端前侧进入空腔(12)中并与安装块(18)固定连接，安装块(18)与清洁刷一固定连接，清洁刷一与过滤网(15)的一端接触，清洁刷一通过连接绳(31)与清洁刷二(17)固定连接，清洁刷二(17)与过滤网(15)的另一端接触，清洁刷二(17)的下端安装有配重块，配重块与空腔(12)远离通液口一(10)的一端滑动连接，连接绳(31)与导线轮(30)连接，导线轮(30)转动设置在安装腔(29)中，安装腔(29)设置在除杂壳(9)的上端内部，安装腔(29)和空腔(12)之间设有供连接绳(31)穿过的通孔。

9.一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能方法，采用如权利要求1-8任一项所述的风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统，其特征在于：包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能方法，其特征在于：还包括：

技术总结
本发明提供了一种风机塔筒的抽水蓄能耦合压缩空气储能系统及方法，涉及能源利用技术领域，包括蓄水池，蓄水池的下部与连通管路连通，连通管路的中部安装有可逆式水轮机，连通管路远离蓄水池的一侧与废弃风机塔筒的下部连通，可逆式水轮机分别与发电机、电动机电连接，发电机、电动机分别与电网电连接，通过将废气风机塔筒利用起来，降低了投资成本，并将抽水蓄能和压缩空气储能结合起来，减少了蓄水池的占地面积，也减少了水资源的利用，减少了利用水资源过多容易产生蒸发损失，对周围的生态环境影响大的现象发生。

技术研发人员：杨豫森,吴磊,王欣然,邢学利,宋艳梅,张帅
受保护的技术使用者：华能武汉发电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10