本發(fā)明屬于儲能，涉及一種開放式水力壓縮空氣儲能系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、由于新能源的波動性、隨機性和不確定性，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了嚴重挑戰(zhàn)，電網(wǎng)峰谷差逐漸擴大的趨勢使得該問題進一步惡化，電力系統(tǒng)對靈活性調(diào)節(jié)資源的需求大幅增加，電力系統(tǒng)迫切需要先進的大規(guī)模儲能技術(shù)來解決可再生能源接入問題，以提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)的效率、安全性及經(jīng)濟性。

2、現(xiàn)有的非補燃式壓縮空氣儲能做功介質(zhì)和儲能介質(zhì)均為空氣，啟停過程長達10多分鐘，功率增減速率緩慢；水力壓縮空氣儲能做功介質(zhì)為水、儲能介質(zhì)為空氣，但是存在著汽水混合容器中循環(huán)水體積在系統(tǒng)總體積中占比高、汽水混合容器體積大、蓄水池土建施工量大、蓄水池和汽水混合容器體積占地面積大、系統(tǒng)建設周期長等問題，導致該系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性亟需提升，難以應用于大規(guī)模長時儲能。

3、綜上所述，現(xiàn)有非補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)和水力壓縮空氣儲能系統(tǒng)存在以下問題：

4、儲能容器和做功容器不能分離；

5、做功介質(zhì)體積與儲能介質(zhì)體積強耦合，做功介質(zhì)體積占比高、做功介質(zhì)占地面積大、蓄水池體積大，導致系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性差、難以實現(xiàn)長時大功率儲能等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種開放式水力壓縮空氣儲能系統(tǒng)及方法，本發(fā)明能實現(xiàn)水力壓縮空氣儲能，儲能容器和做功容器分離相互解耦，做功介質(zhì)交替循環(huán)利用，顯著減小了做功容器的體積、蓄水池的體積，有利于大規(guī)模長時儲能。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、參見圖1，本發(fā)明公開了一種開放式水力壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括第一汽水混合容器和第二汽水混合容器，第一汽水混合容器和第二汽水混合容器均通過排氣管道連接高壓儲氣容器，第一汽水混合容器與排氣管道的接口處設有第二閥門，第二汽水混合容器與排氣管道的接口處設有第三閥門，第一汽水混合容器上設有第五閥門，第二汽水混合容器上設有第四閥門；

4、第一汽水混合容器和第二汽水混合容器均連接給水管道，給水管道上依次設有第八閥門、第九閥門、第十閥門和第十一閥門，第八閥門和第九閥門之間連接第一汽水混合容器，第九閥門和第十閥門之間連接第二汽水混合容器，第九閥門和第十閥門之間連接水輪機，水輪機輸出軸通過傳動裝置連接發(fā)電機，第八閥門位于第一水泵的出口，第十一閥門位于第二水泵的出口。

5、進一步的，第一汽水混合容器與排氣管道的接口和第一汽水混合容器與第五閥門的接口均位于第一汽水混合容器的頂部。

6、進一步的，第一汽水混合容器與給水管道的接口處設有第六閥門，第六閥門分別連接第八閥門和第九閥門。

7、進一步的，第二汽水混合容器與排氣管道的接口和第二汽水混合容器與第四閥門的接口均位于第二汽水混合容器的頂部。

8、進一步的，第二汽水混合容器與給水管道的接口處設有第七閥門，第七閥門分別連接第十閥門和第十一閥門。

9、進一步的，第一水泵連接第一電動機，第二水泵連接第二電動機。

10、進一步的，第一水泵的入口和第二水泵的入口均連接蓄水池，接蓄水池連接水輪機的出口。

11、進一步的，第九閥門和第十閥門之間連接排水管道，排水管道連接蓄水池，排水管道上設有第十二閥門。

12、進一步的，高壓儲氣容器與排氣管道接口處設有第一閥門，第一閥門分別連接第二閥門和第三閥門。

13、基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還公開了一種開放式水力壓縮空氣儲能系統(tǒng)的運行方法，包括以下步驟：

14、儲能過程：儲能過程分為若干個壓程，1個壓程由第一汽水混合容器壓縮儲能和第二汽水混合容器壓縮儲能構(gòu)成，第一汽水混合容器壓縮儲能和第二汽水混合容器壓縮儲能交替運行，提高高壓儲氣容器中的壓力，具體步驟如下：

15、第一汽水混合容器壓縮儲能：打開第二閥門、第四閥門、第八閥門和第十閥門，關(guān)閉第三閥門、第五閥門、第九閥門和第十一閥門，啟動第一水泵，第一水泵將水排入第一汽水混合容器并將空氣壓縮排入高壓儲氣容器，同時，第二汽水混合容器內(nèi)的水通過水輪機排出，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，直至第一汽水混合容器達到預設最高水位，第二汽水混合容器達到預設最低水位，開啟第二汽水混合容器壓縮儲能；

16、第二汽水混合容器壓縮儲能：打開第三閥門、第五閥門、第九閥門和第十一閥門，關(guān)閉第二閥門、第四閥門、第八閥門和第十閥門，啟動第二水泵，第二水泵將水排入第二汽水混合容器并將空氣壓縮排入高壓儲氣容器，同時，第一汽水混合容器內(nèi)的水通過水輪機排出，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，直至第二汽水混合容器達到預設最高水位，第一汽水混合容器達到預設最低水位，開啟第一汽水混合容器壓縮儲能；

17、發(fā)電過程：發(fā)電過程分為若干個沖程，1個沖程由第一汽水混合容器膨脹發(fā)電和第二汽水混合容器膨脹發(fā)電構(gòu)成，第一汽水混合容器膨脹發(fā)電和第二汽水混合容器膨脹發(fā)電交替運行，具體步驟如下：

18、第一汽水混合容器膨脹發(fā)電：

19、打開第二閥門、第四閥門、第九閥門、第十一閥門，關(guān)閉第三閥門、第五閥門、第八閥門和第十閥門，啟動第二水泵，第二水泵將水排入第二汽水混合容器，用于第二汽水混合容器膨脹發(fā)電，高壓儲氣容器與第一汽水混合容器連通，高壓儲氣容器內(nèi)的高壓氣體推動第一汽水混合容器內(nèi)的水通過水輪機排出，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；

20、當?shù)谝黄旌先萜魇Ｓ嗨窟_到預設閾值時，關(guān)閉第二閥門，第一汽水混合容器內(nèi)的高壓氣體繼續(xù)膨脹，排擠第一汽水混合容器內(nèi)的水流推動水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，直至第一汽水混合容器內(nèi)的液位下降到預設最低值，第二汽水混合容器內(nèi)的液位上升到預設最高值，開啟第二汽水混合容器膨脹發(fā)電；

21、第二汽水混合容器膨脹發(fā)電：

22、打開第三閥門、第五閥門、第八閥門和第十閥門，關(guān)閉第二閥門、第四閥門、第九閥門、第十一閥門，啟動第一水泵，第一水泵將水排入第一汽水混合容器，用于第一汽水混合容器膨脹發(fā)電，高壓儲氣容器與第二汽水混合容器連通，高壓儲氣容器內(nèi)的高壓氣體推動第二汽水混合容器內(nèi)的水通過水輪機排出，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；

23、當?shù)诙旌先萜魇Ｓ嗨窟_到預設閾值時，關(guān)閉第三閥門，第二汽水混合容器內(nèi)的高壓氣體繼續(xù)膨脹，排擠第二汽水混合容器內(nèi)的水流推動水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，直至第二汽水混合容器內(nèi)的液位下降到預設最低值，第一汽水混合容器內(nèi)的液位上升到預設最高值，開啟第一汽水混合容器膨脹發(fā)電。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、1、本發(fā)明儲能時，通過第一汽水混合容器和第二汽水混合容器與高壓儲氣容器交替連接實現(xiàn)高壓儲氣容器的交替空氣壓縮儲能，發(fā)電時，高壓儲氣容器交替連接第一汽水混合容器和第二汽水混合容器，將高壓儲氣容器內(nèi)的高壓空氣交替排入第一汽水混合容器和第二汽水混合容器進行排水發(fā)電，做功介質(zhì)交替循環(huán)利用，顯著減小了做功容器的體積、蓄水池的體積。第一汽水混合容器和第二汽水混合容器均通過排氣管道連接高壓儲氣容器，實現(xiàn)了儲能容器和做功容器分離相互解耦，第二閥門用于控制第一汽水混合容器與高壓儲氣容器的通斷，第三閥門用于控制第二汽水混合容器與高壓儲氣容器的通斷，第五閥門用于控制第一汽水混合容器與大氣的連通與中斷，第四閥門用于控制第二汽水混合容器與大氣的連通與中斷，水輪機輸出軸通過傳動裝置連接發(fā)電機，水輪機通過傳動裝置帶動發(fā)電機發(fā)電。第八閥門用于控制第一水泵與第一汽水混合容器的通斷，第九閥門用于控制水輪機與第一汽水混合容器的通斷，第十閥門用于控制水輪機與第二汽水混合容器的通斷，第十一閥門用于控制第二水泵與第二汽水混合容器的通斷。本發(fā)明能實現(xiàn)水力壓縮空氣儲能，儲能容器和做功容器分離相互解耦，做功介質(zhì)交替循環(huán)利用，顯著減小了做功容器的體積、蓄水池的體積，有利于大規(guī)模長時儲能。

26、2、本發(fā)明第一汽水混合容器與排氣管道的接口和第一汽水混合容器與第五閥門的接口均位于第一汽水混合容器的頂部，第二汽水混合容器與排氣管道的接口和第二汽水混合容器與第四閥門的接口均位于第二汽水混合容器的頂部，由于壓縮空氣位于第一汽水混合容器和第二汽水混合容器的頂部，便于壓縮空氣進入高壓儲氣容器。

27、3、本發(fā)明第九閥門和第十閥門之間連接排水管道，排水管道連接蓄水池，排水管道上設有第十二閥門，在裝置不需要儲能和發(fā)電時，用于直接通過排水管道將第一汽水混合容器和第二汽水混合容器內(nèi)部的水排出。

28、4、本發(fā)明高壓儲氣容器與排氣管道接口處設有第一閥門，第一閥門分別連接第二閥門和第三閥門。第一汽水混合容器壓縮儲能階段，當?shù)谝黄旌先萜鲀?nèi)液位達到最高值時，斷開第一閥門，關(guān)閉第四閥門、第十閥門，打開第三閥門，將第一汽水混合容器與第二汽水混合容器連通，將第一汽水混合容器中殘余高壓氣體注入到第二汽水混合容器內(nèi)，再關(guān)閉第二閥門，進入第二汽水混合容器壓縮儲能。同樣，當?shù)诙旌先萜鲏嚎s儲能即將結(jié)束時，當?shù)诙旌先萜鲀?nèi)液位達到最高值時，將第二汽水混合容器中殘余高壓氣體注入到第一汽水混合容器內(nèi)，有利于減少第一汽水混合容器與第二汽水混合容器切換儲能時減少能量損失。