專利名稱：一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力存儲技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長期以來，為滿足不斷增加的電力負(fù)荷要求，電力部門不得不根據(jù)最大負(fù)荷要求建設(shè)發(fā)電能力。這一方面造成了大量發(fā)電能力的過剩和浪費，另一方面，電力部門又不得不在用電高峰時段限制用電。因此迫切需要經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠、高效的電力儲能系統(tǒng)與之相配套以緩解系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差過大的情況。特別對于核電站等僅能高位運行的電力系統(tǒng)，電力儲能系統(tǒng)的需求就更為迫切。更為重要的是，電力儲能系統(tǒng)是將間歇性能源“拼接”起來，提高可再生能源利用率的有效手段。同時，電力儲能系統(tǒng)還是解決分布式能源系統(tǒng)容量小、負(fù)荷波動大的問題的關(guān)鍵技術(shù)。壓縮空氣儲能是除抽水蓄能外最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模電力儲能技術(shù)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C技術(shù)開發(fā)的一種儲能系統(tǒng)，在用電低谷將氣體壓入儲氣室中，從而將電能轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能存儲起來；在用電高峰將高壓氣體從儲氣室釋放，進入燃?xì)廨啓C燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、效率較高和單位投資相對較小等優(yōu)點；但是壓縮空氣儲能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，不符合綠色能源發(fā)展要求；同時，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)也需要特定的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)面臨的主要問題，即對特殊地理條件的依賴問題，它在用電低谷通過液壓泵將液體從儲液器壓入活塞式蓄能器使罐內(nèi)氣體受到壓縮，從而將電能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰時，活塞式蓄能器中的高壓氣體膨脹將液體壓出，經(jīng)管道驅(qū)動液壓馬達并帶動發(fā)電機發(fā)電，從而解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對地理條件的依賴問題。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，包括液壓泵-馬達儲能機組、活塞式儲能器、儲液器、閥門及管道；其儲能時，利用電動機驅(qū)動液壓泵將液體從儲液器經(jīng)管道壓入活塞式儲能器存儲；釋能時，活塞式儲能器中的高壓氣體膨脹將液體壓出，經(jīng)管道驅(qū)動液壓馬達并帶動發(fā)電機發(fā)電；包括兩種構(gòu)建形式a)液壓泵-馬達儲能機組為可逆式液壓泵-馬達儲能機組，包括至少一臺可逆式液壓泵-馬達；可逆式液壓泵-馬達儲能機組經(jīng)兩管道分別與儲液器、活塞式蓄能器相通連，兩管道中各設(shè)有閥門；
b)液壓泵-馬達儲能機組為四機式或三機式液壓泵-馬達儲能機組，包括至少一臺液壓泵、一臺液壓馬達；液壓泵-馬達儲能機組的左右端分別經(jīng)兩管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，兩管道中各設(shè)有閥門；液壓泵-馬達儲能機組左右端的一管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，構(gòu)成儲能回路，左右端的另一管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，構(gòu)成釋能回路。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述形式a)，當(dāng)有多臺可逆式液壓泵-馬達時，多臺可逆式液壓泵-馬達為串聯(lián)形式或并聯(lián)形式；在并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接，多條管道相互并聯(lián)，各條管道中設(shè)有閥門，或分別匯于兩個總閥門。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述形式b)，當(dāng)有多臺液壓泵、液壓馬達時，多臺液壓泵、液壓馬達為串聯(lián)形式或并聯(lián)形式；在并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接，多條管道相互并聯(lián)，構(gòu)成多條儲能回路或釋能回路，各條管道中設(shè)有閥門，或分別 匯于兩個總閥門。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其儲能時，通過控制液壓泵的流量、轉(zhuǎn)速、關(guān)停部分液壓泵來調(diào)節(jié)儲能能力；釋能時，通過控制液壓馬達的流量、轉(zhuǎn)速、關(guān)停部分液壓馬達來調(diào)節(jié)發(fā)電能力。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述液壓泵-馬達儲能機組的驅(qū)動電源，為常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電中的一種或多種。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述活塞式蓄能器，為全置換式或非全置換式，其工作壓力范圍為O至138MPa。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述全置換式活塞式蓄能器，經(jīng)管道與高壓氣瓶或中壓氣瓶相通連，管道中設(shè)有閥門。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述儲液器，安裝在地上或地下；儲液器中的液體，為礦物油、水、甘油三酯、聚乙二醇、合成酯、聚烯烴、水包油型乳化液、油包水型乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯無水合成液中的一種或多種的組合。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述活塞式蓄能器中的氣體，是空氣、氮氣、気氣、氦氣中的一種或多種的混合；活塞式蓄能器安裝在地上或地下。 所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述液壓泵或可逆式液壓泵-馬達，是定量液壓泵或變量液壓泵中的齒輪式、葉片式、柱塞式、螺桿式、羅茨式中的一種。所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其所述液壓馬達或可逆式液壓泵-馬達，是高速液壓馬達或低速液壓馬達中的齒輪式、葉片式、柱塞式、螺桿式、羅茨式中的一種。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用活塞式儲能器的工作特點，使壓縮空氣儲能系統(tǒng)微型化，從而解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對地理條件的依賴問題。儲能過程在用電低谷(低價)，可再生能源發(fā)電冗余時啟用；釋能過程在用電高峰(高價)、電力事故、可再生能源發(fā)電不符合要求時啟用。本發(fā)明同時具有造價低、效率高、不受儲能周期限制、適用于各種類型電源、對環(huán)境友好等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例3結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例4結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，它在用電低谷通過液壓泵將液體從儲液器壓入活塞式儲能器，使罐內(nèi)氣體受到壓縮，從而將電能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能 存儲起來；在用電高峰，活塞式儲能器中的高壓氣體膨脹將液體壓出，經(jīng)管道驅(qū)動液壓馬達并帶動發(fā)電機發(fā)電。它利用活塞式儲能器的工作特點，使壓縮空氣儲能系統(tǒng)微型化，從而解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對地理條件的依賴問題。同時具有造價低、效率高、不受儲能周期限制、適用于各種類型電源、對環(huán)境友好等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。實施例圖I是本發(fā)明液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例I。本發(fā)明的四機式液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其采用四機式液壓泵-馬達儲能機組，活塞式儲能器為非全置換式。其中，儲液器1，管道2、4、6、8、10、11、13，四機式液壓泵-馬達儲能機組5，閥門
3、7、12和活塞式儲能器9。四機式液壓泵-馬達儲能機組包括電動機、液壓泵、液壓馬達和發(fā)電機；電動機與液壓泵的傳動軸固接，發(fā)電機與液壓馬達的傳動軸固接。儲液器I與四機式液壓泵-馬達儲能機組5經(jīng)管道2、4、11、13及閥門3、12相通連，四機式液壓泵-馬達儲能機組5與活塞式儲能器9經(jīng)管道6、8、10及閥門7相通連。儲能時，閥門3、7打開，閥門12關(guān)閉，低谷(低價)電驅(qū)動四機式液壓泵-馬達儲能機組5，將液體通過管道2、4、6、10、8壓入活塞式儲能器9，使罐內(nèi)氣體受到壓縮。儲能過程結(jié)束，閥門3、7關(guān)閉。釋能時，閥門7、12打開，閥門3關(guān)閉，活塞式儲能器9中的高壓氣體膨脹，將液體經(jīng)管道8、10、11、13及閥門7、12送到儲液器1，并驅(qū)動四機式液壓泵-馬達儲能機組5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門7、12關(guān)閉。一般情況下，儲能和釋能過程不同時運行，儲能時，四機式液壓泵-馬達儲能機組5的液壓泵和電動機工作，液壓馬達和發(fā)電機關(guān)閉；釋能時則相反，四機式液壓泵-馬達儲能機組5的液壓馬達和發(fā)電機工作，液壓泵和電動機關(guān)閉。圖2是本發(fā)明的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例2。本發(fā)明的三機式液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)與實施例I相同，但采用三機式液壓泵-馬達儲能機組代替實施例I中的四機式液壓泵-馬達儲能機組。其中，儲液器1，管道2、4、6、
8、10、11、13，三機式液壓泵-馬達儲能機組5，閥門3、7、12和活塞式儲能器9。三機式液壓泵-馬達儲能機組包括液壓馬達、液壓泵和可逆式電動-發(fā)電機；液壓泵和液壓馬達與可逆式電動-發(fā)電機的傳動軸固接。儲液器I與三機式液壓泵-馬達儲能機組5經(jīng)管道2、4、11、13及閥門3、12相通連，三機式液壓泵-馬達儲能機組5與活塞式儲能器9經(jīng)管道6、8、10及閥門7相通連。儲能時，閥門3、7打開，閥門12關(guān)閉，低谷(低價)電驅(qū)動三機式液壓泵-馬達儲能機組5，將液體通過管道2、4、6、10、8壓入活塞式儲能器9使罐內(nèi)氣體受到壓縮。儲能過程結(jié)束，閥門3、7關(guān)閉。釋能時，閥門7、12打開，閥門3關(guān)閉，活塞式儲能器9中高壓氣體將液體經(jīng)管道8、10、11、13及閥門7、12送到儲液器1，并驅(qū)動三機式液壓泵-馬達儲能機組5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門7、12關(guān)閉?！闱闆r下，儲能和釋能過程不同時運行，儲能時，三機式液壓泵-馬達儲能機組5的液壓泵和電動機工作，液壓馬達和發(fā)電機關(guān)閉；釋能時則相反，三機式液壓泵-馬達儲能機組5的液壓馬達和發(fā)電機工作，液壓泵和電動機關(guān)閉。圖3是本發(fā)明的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例3。本發(fā)明的可逆式液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)與實施例I相同，但采用可逆式液壓泵-馬達儲能機組代替實施例I中的四機式液壓泵-馬達儲能機組。其中，儲液器1，管道8、10、
11、13，可逆式液壓泵-馬達儲能機組5，閥門7、12和活塞式儲能器9。可逆式液壓泵-馬達儲能機組包括可逆式電動-發(fā)電機和可逆式液壓泵-馬達；可逆式電動-發(fā) 電機與可逆式液壓泵-馬達的傳動軸固接。儲液器I與可逆式液壓泵-馬達儲能機組5經(jīng)管道11、13及閥門12相通連，液壓泵-馬達儲能機組5與活塞式儲能器9經(jīng)管道8、10及閥門7相通連。儲能時，閥門7、12打開，低谷(低價)電驅(qū)動可逆式液壓泵-馬達儲能機組5，將液體通過管道13、11、10、8及閥門12、7壓入活塞式儲能器9使罐內(nèi)氣體受到壓縮。儲能過程結(jié)束，閥門7、12關(guān)閉。釋能時，閥門7、12打開，活塞式儲能器9中高壓氣體將液體經(jīng)管道8、10、11、13及閥門7、12送到儲液器1，并驅(qū)動可逆式液壓泵_馬達儲能機組5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門7、12關(guān)閉。一般情況下，儲能和釋能過程不同時運行，儲能時，可逆式液壓泵-馬達儲能機組5在液壓泵-電動機模式下工作；釋能時則相反，可逆液壓泵-馬達儲能機組5在液壓馬達-發(fā)電機模式下工作。圖4為本發(fā)明的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)的實施例4。本發(fā)明的可逆式液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)與實施例3相同，但采用全置換式活塞式儲能器代替實施例3中非全置換式活塞式儲能器，這樣可以增加活塞式儲能器容量。其中，儲液器1，管道8、10、11、13、14、16，可逆式液壓泵-馬達儲能機組5，閥門7、12、15，活塞式儲能器9和氣瓶17?？赡媸揭簤罕?馬達儲能機組包括可逆式電動-發(fā)電機和可逆式液壓泵-馬達；可逆式電動-發(fā)電機與可逆式液壓泵-馬達的傳動軸固接。閥門15是普通旋擰閥或持壓閥；氣瓶17是高壓氣瓶或中壓氣瓶。儲液器I與可逆式液壓泵-馬達儲能機組5經(jīng)管道11、13及閥門12相通連，液壓泵-馬達儲能機組5與活塞式儲能器9經(jīng)管道8、10及閥門7相通連，活塞式儲能器9與氣瓶17經(jīng)管道14、16及閥門15相通連。儲能時，閥門12、7、15打開，低谷(低價)電驅(qū)動可逆式液壓泵-馬達儲能機組5，將液體通過管道13、11、10、8及閥門12、7送入活塞式儲能器9，并使罐內(nèi)氣體經(jīng)管道14、16及閥門15壓入氣瓶17中。儲能過程結(jié)束，閥門12、7、15關(guān)閉。釋能時，閥門15、7、12打開，氣瓶17中的氣體經(jīng)管道16、14及閥門15將活塞式儲能器9中的液體壓出，并經(jīng)管道8、10、
11、13及閥門7、12送到儲液器1，并驅(qū)動可逆式液壓泵-馬達儲能機組5發(fā)電。釋能過程結(jié)束，閥門15、7、12關(guān)閉。系統(tǒng)中的可逆液壓泵-馬達儲能機組的工作模式與實施例3相同?？赡媸揭簤罕?馬達儲能機組也可為四機式液壓泵-馬達儲能機組或者三機式液壓泵-馬達儲能機組，其主體結(jié)構(gòu)分別與實施例1、 2相同。
權(quán)利要求
1.一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，包括液壓泵-馬達儲能機組、活塞式儲能器、儲液器、閥門及管道；其特征在于儲能時，利用電動機驅(qū)動液壓泵將液體從儲液器經(jīng)管道壓入活塞式儲能器存儲；釋能時，活塞式儲能器中的高壓氣體膨脹將液體壓出，經(jīng)管道驅(qū)動液壓馬達并帶動發(fā)電機發(fā)電；包括兩種構(gòu)建形式 a)液壓泵-馬達儲能機組為可逆式液壓泵-馬達儲能機組，包括至少一臺可逆式液壓泵-馬達； 可逆式液壓泵-馬達儲能機組經(jīng)兩管道分別與儲液器、活塞式蓄能器相通連，兩管道中各設(shè)有閥門； b)液壓泵-馬達儲能機組為四機式或三機式液壓泵-馬達儲能機組，包括至少一臺液壓泵、一臺液壓馬達； 液壓泵-馬達儲能機組的左右端分別經(jīng)兩管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，兩管道中各設(shè)有閥門； 液壓泵-馬達儲能機組左右端的一管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，構(gòu)成儲能回路，左右端的另一管道與儲液器、活塞式蓄能器相通連，構(gòu)成釋能回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述形式a)，當(dāng)有多臺可逆式液壓泵-馬達時，多臺可逆式液壓泵-馬達為串聯(lián)形式或并聯(lián)形式；在并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接，多條管道相互并聯(lián)，各條管道中設(shè)有閥門，或分別匯于兩個總閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述形式b)，當(dāng)有多臺液壓泵、液壓馬達時，多臺液壓泵、液壓馬達為串聯(lián)形式或并聯(lián)形式；在并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動軸動連接，多條管道相互并聯(lián)，構(gòu)成多條儲能回路或釋能回路，各條管道中設(shè)有閥門，或分別匯于兩個總閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于儲能時，通過控制液壓泵的流量、轉(zhuǎn)速、關(guān)停部分液壓泵來調(diào)節(jié)儲能能力；釋能時，通過控制液壓馬達的流量、轉(zhuǎn)速、關(guān)停部分液壓馬達來調(diào)節(jié)發(fā)電能力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述液壓泵-馬達儲能機組的驅(qū)動電源，為常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述活塞式蓄能器，為全置換式或非全置換式，其工作壓力范圍為O至138MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述全置換式活塞式蓄能器，經(jīng)管道與高壓氣瓶或中壓氣瓶相通連，管道中設(shè)有閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述儲液器，安裝在地上或地下；儲液器中的液體，為礦物油、水、甘油三酯、聚乙二醇、合成酯、聚烯烴、水包油型乳化液、油包水型乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯無水合成液中的一種或多種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述活塞式蓄能器中的氣體，是空氣、氮氣、気氣、氦氣中的一種或多種的混合；活塞式蓄能器安裝在地上或地下。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述液壓泵或可逆式液壓泵-馬達，是定量液壓泵或變量液壓泵中的齒輪式、葉片式、柱塞式、螺桿式或羅茨式中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，其特征在于所述液壓馬達或可逆式液壓泵-馬達，是高速液壓馬達或低速液壓馬達中的齒輪式、葉片式、柱塞式、螺桿式或羅茨式中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓-氣壓結(jié)合的活塞式儲能系統(tǒng)，涉及電力存儲技術(shù)，在用電低谷通過液壓泵將液體從儲液器壓入活塞式儲能器，使罐內(nèi)氣體受到壓縮，從而將電能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，活塞式儲能器中的高壓氣體膨脹將液體壓出，經(jīng)管道驅(qū)動液壓馬達并帶動發(fā)電機發(fā)電。本發(fā)明的系統(tǒng)利用活塞式儲能器的工作特點，使壓縮空氣儲能系統(tǒng)微型化，從而解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對地理條件的依賴問題。同時具有造價低、效率高、不受儲能周期限制、適用于各種類型電源、對環(huán)境友好等特點，有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號F15B1/04GK102954050SQ201110241170
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者陳海生, 嚴(yán)曉輝, 張雪輝, 孟愛紅, 譚春青 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所