一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)兩部分，兩部分儲(chǔ)能系統(tǒng)由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制協(xié)同工作；所述的智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含有相互獨(dú)立且兩者之間又互相臨近的第一水庫及第二水庫；所述的第一水庫的水位高于所述的第二水庫，第二水庫的底部低于第一水庫的水位以保證有足夠的發(fā)電落差；所述的第一水庫與所述第二水庫之間有輸水管道相連；第一水泵；第一發(fā)電機(jī)位于第二水庫的輸水管道末端實(shí)現(xiàn)在用電高峰期的水力發(fā)電；所述的重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)包含有多個(gè)重力塊及控制重力塊上下運(yùn)動(dòng)的起重設(shè)備、軌道系統(tǒng)、第二發(fā)電機(jī)；所述的控制系統(tǒng)對(duì)智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)兩部分系統(tǒng)的儲(chǔ)能及發(fā)電。實(shí)現(xiàn)兩部分系統(tǒng)的儲(chǔ)能及發(fā)電。實(shí)現(xiàn)兩部分系統(tǒng)的儲(chǔ)能及發(fā)電。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法


[0001]本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)中的物理儲(chǔ)能領(lǐng)域，涉及一種基于自然環(huán)境的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的特征，然而風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電技術(shù)存在具有不穩(wěn)定性、隨機(jī)性、間歇性的缺點(diǎn)，極易產(chǎn)生供需錯(cuò)配問題。具體來說，風(fēng)電、光電站分別在凌晨、中午發(fā)電最大，而用電高峰在早晨10點(diǎn)和晚上8點(diǎn)，而這些發(fā)電站的發(fā)電高峰時(shí)段分布與用電負(fù)荷高峰時(shí)段存在較大的錯(cuò)位矛盾。發(fā)電高峰與用電高峰不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)電高峰期用不掉的多余電能被白白浪費(fèi)掉，而用電高峰期恰恰又不是發(fā)電高峰期，又會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷大供應(yīng)不足的問題。此外，季節(jié)、天氣等因素也將加大系能源發(fā)電的不穩(wěn)定性。隨著波動(dòng)性和間歇性可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中占的比持續(xù)增長(zhǎng)，供應(yīng)側(cè)也將出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)的特性，電網(wǎng)頻率控制愈發(fā)重要，調(diào)峰調(diào)頻需求日益迫切，解決這一問題的有效方法是采用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，將發(fā)電高峰期大量富裕的低價(jià)電力儲(chǔ)存起來，利用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑電力系統(tǒng)發(fā)電的輸出和削峰填谷，均衡電網(wǎng)的負(fù)荷。
[0003]電力儲(chǔ)能包括機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等多種方式。電化學(xué)儲(chǔ)能最常見的就是使用大量的蓄電池進(jìn)行充放電，機(jī)械儲(chǔ)能則有較為常見的抽水儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能及壓縮空氣儲(chǔ)能等。當(dāng)然，抽水儲(chǔ)能也是重力儲(chǔ)能的一種，利用發(fā)電高峰期電網(wǎng)上富裕的低價(jià)電能將水抽到更高位置的水庫（例如山頂水庫），用電高峰時(shí)再將水庫的水引下來至發(fā)電機(jī)組進(jìn)行水力發(fā)電，利用的是水的勢(shì)能。重力儲(chǔ)能常見的一種是利用起重系統(tǒng)在發(fā)電高峰期將巨大的配重塊吊到百米甚至更高的位置，在用電高峰期時(shí)再將配重放下，利用配重塊的下降過程的勢(shì)能轉(zhuǎn)換，通過減速齒輪箱控制下降速度，連接發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)富余電能的轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)化釋放?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能電站存在較多缺陷；一是現(xiàn)有的儲(chǔ)能電站大多采用單一的方式儲(chǔ)能，儲(chǔ)能的效率不高，二是現(xiàn)有的儲(chǔ)能電站建設(shè)在基礎(chǔ)設(shè)施、儲(chǔ)能和發(fā)電設(shè)施的投入巨大，儲(chǔ)能的效益不夠理想，投資回報(bào)周期過長(zhǎng)；三是有的儲(chǔ)能電站需要占用大量的土地資源，對(duì)環(huán)境的影響很大。
[0004]因此，需要一種新型的大容量、高效率、低成本的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，克服上述儲(chǔ)能技術(shù)的不足，有效保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡，平滑電力系統(tǒng)發(fā)電的輸出和削峰填谷，減少電力資源的浪費(fèi)，降低電力能源的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于提供一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，將抽水儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能兩者結(jié)合起來，可獨(dú)立可協(xié)同，系統(tǒng)運(yùn)行更加節(jié)能高效。
[0006]為解決上述問題，本專利技術(shù)所述的一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含：所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包含智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)兩部分，兩部分儲(chǔ)能系統(tǒng)
由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制協(xié)同工作；其中：所述的智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含有相互獨(dú)立且兩者之間又互相臨近的第一水庫及第二水庫；所述的第一水庫的水位高于所述的第二水庫，第二水庫的底部低于第一水庫的水位以保證有足夠的發(fā)電落差；所述的第一水庫與所述第二水庫之間有輸水管道相連；第一水泵，所述第一水泵在用電波谷期將第二水庫的水輸出至第一水庫，以清理出所述第二水庫的庫容；第一發(fā)電機(jī)，所述第一發(fā)電機(jī)位于第二水庫的輸水管道末端，利用第一水庫與第二水庫之間的水位落差實(shí)現(xiàn)在用電高峰期的水力發(fā)電；所述的重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)，位于所述第二水庫的區(qū)域內(nèi)，包含有多個(gè)重力塊及控制重力塊上下運(yùn)動(dòng)的軌道系統(tǒng)，以及第二發(fā)電機(jī)；所述重力塊在用電高峰期，此時(shí)所述第二水庫的水位處于低水位，所述的重力塊在重力作用下沿軌道系統(tǒng)緩慢下降，釋放重力勢(shì)能；且所述重力塊通過鋼纜連接減速系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)，利用所述重力塊下降的重力勢(shì)能推動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；所述的控制系統(tǒng)對(duì)智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)兩部分系統(tǒng)的儲(chǔ)能及發(fā)電；所述的用電高峰期及用電波谷期是指外部社會(huì)公共電網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)；用電高峰期為所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電階段，用電波谷期為所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能階段。
[0007]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的第一水庫為自然河道、河流、湖泊或其他自然的其庫容量可視為無限的水資源，水位落差變化對(duì)所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響可忽略不計(jì)。
[0008]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的第二水庫為礦坑、湖泊或者是其他的具有一定庫容量的儲(chǔ)水地貌；所述第二水庫作為智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)水設(shè)施。
[0009]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的第一水庫與所述第二水庫之間的輸水管道還設(shè)有第一電動(dòng)閘閥，由所述控制系統(tǒng)控制其開關(guān)。
[0010]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的第一發(fā)電機(jī)的葉輪安裝于一可伸縮的垂直傳動(dòng)軸上，所述的垂直傳動(dòng)軸安裝于可伸縮的伸縮管內(nèi)；所述的伸縮管接于所述輸水管道的末端，將輸水管道的水流引至第一發(fā)電機(jī)的葉輪上，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)發(fā)電；所述的可伸縮的垂直傳動(dòng)軸與伸縮管由升降裝置同步控制伸縮，以保證所述葉輪與所述伸縮管之間的相對(duì)位置固定以及整體的升降，實(shí)現(xiàn)最高的水流利用率。
[0011]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的伸縮管末端安裝有測(cè)距裝置，所述測(cè)距裝置測(cè)量葉輪與所述第二水庫的水面之間的相對(duì)距離，當(dāng)?shù)诙畮斓乃话l(fā)生變化時(shí)，使葉輪始終保持位于最高效的水流利用率的位置。
[0012]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的重力塊為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成一具有一定容量的空腔，其內(nèi)部空腔能進(jìn)行充水及利用空氣壓力排水。
[0013]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的重力塊為混凝土或者金屬形成的空心箱體，或者是實(shí)心箱體。
[0014]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的重力塊為空心箱體時(shí)，內(nèi)部空腔與外界通過第二電動(dòng)閘閥控制連通，實(shí)現(xiàn)空氣或者水的進(jìn)出；所述第二電動(dòng)閘閥由所述控制系統(tǒng)控制。
[0015]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的第二水庫上方還包括有桁架系統(tǒng)，所述的桁架系統(tǒng)行具有起重設(shè)備；所述的起重設(shè)備下通過所述軌道系統(tǒng)連接所述重力塊，實(shí)現(xiàn)所述重力塊的上
升與下降；所述的桁架系統(tǒng)橫跨于所述第二水庫上方及其岸邊；所述起重設(shè)備能懸吊所述重力塊沿桁架系統(tǒng)移動(dòng)，將所述重力塊移動(dòng)所述第二水庫的上空及第二水庫岸邊的重力塊存放區(qū)域，且在用電高峰期將所述重力塊移動(dòng)至第二水庫的上方并釋放，實(shí)現(xiàn)重力發(fā)電。
[0016]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述的重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)還包含有空壓機(jī)及管道，所述管道將空壓機(jī)與所述的重力塊的空腔連接；空壓機(jī)能產(chǎn)生高壓空氣經(jīng)管道將所述重力塊的空腔內(nèi)的水排出，實(shí)現(xiàn)所述重力塊在水中的浮力改變。
[0017]本專利技術(shù)公開的利用上述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)能的控制方法，包含：所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包含智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)兩部分，且兩部分儲(chǔ)能系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合控制；第一水庫的水位及底部高于與其臨近的第二水庫；在用電高峰期時(shí)，即所述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)；所述智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，控制系統(tǒng)打開連接第一水庫及第二水庫之間的輸水管道的電動(dòng)閘閥，所述第一水庫的水經(jīng)輸水管道進(jìn)入伸縮管，推動(dòng)第一發(fā)電機(jī)發(fā)電后流入所述第二水庫，所述第一發(fā)電機(jī)在發(fā)電過程中所述第二水庫的水位逐漸升高；所述第一發(fā)電機(jī)的葉輪通過可伸縮的垂直本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包含智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)兩部分，兩部分儲(chǔ)能系統(tǒng)由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制協(xié)同工作；其中：所述的智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含有相互獨(dú)立且兩者之間又互相臨近的第一水庫及第二水庫；所述的第一水庫的水位高于所述的第二水庫，第二水庫的底部低于第一水庫的水位以保證有足夠的發(fā)電落差；所述的第一水庫與所述第二水庫之間有輸水管道相連；第一水泵，所述第一水泵在用電波谷期將第二水庫的水輸出至第一水庫，以清理出所述第二水庫的庫容；第一發(fā)電機(jī)，所述第一發(fā)電機(jī)位于第二水庫的輸水管道末端，利用第一水庫與第二水庫之間的水位落差實(shí)現(xiàn)在用電高峰期的水力發(fā)電；所述的重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)，位于所述第二水庫的區(qū)域內(nèi)，包含有多個(gè)重力塊及控制重力塊上下運(yùn)動(dòng)的起重設(shè)備、軌道系統(tǒng)，以及第二發(fā)電機(jī)；所述重力塊在用電高峰期，此時(shí)所述第二水庫的水位處于低水位，所述的重力塊在重力作用下沿軌道系統(tǒng)緩慢下降，釋放重力勢(shì)能；且所述重力塊通過鋼纜連接減速系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)，利用所述重力塊下降的重力勢(shì)能推動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；所述的控制系統(tǒng)對(duì)智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)兩部分系統(tǒng)的儲(chǔ)能及發(fā)電；所述的用電高峰期及用電波谷期是指外部社會(huì)公共電網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)；用電高峰期為所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電階段，用電波谷期為所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能階段。2.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一水庫為自然河道、河流、湖泊或其他自然的其庫容量可視為無限的水資源，水位落差變化對(duì)所述的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響可忽略不計(jì)。3.如權(quán)利要求2所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第二水庫為礦坑、湖泊或者是其他的具有一定庫容量的儲(chǔ)水地貌；所述第二水庫作為智能抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)水設(shè)施。4.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一水庫與所述第二水庫之間的輸水管道還設(shè)有第一電動(dòng)閘閥，由所述控制系統(tǒng)控制其開關(guān)。5.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一發(fā)電機(jī)的葉輪安裝于一可伸縮的垂直傳動(dòng)軸上，所述的垂直傳動(dòng)軸安裝于可伸縮的伸縮管內(nèi)；所述的伸縮管接于所述輸水管道的末端，將輸水管道的水流引至第一發(fā)電機(jī)的葉輪上，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)發(fā)電；所述的可伸縮的垂直傳動(dòng)軸與伸縮管由升降裝置同步控制伸縮，以保證所述葉輪與所述伸縮管之間的相對(duì)位置固定以及整體的升降，實(shí)現(xiàn)最高的水流利用率。6.如權(quán)利要求5所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的伸縮管末端安裝有測(cè)距裝置，所述測(cè)距裝置測(cè)量葉輪與所述第二水庫的水面之間的相對(duì)距離，當(dāng)?shù)诙畮斓乃话l(fā)生變化時(shí)，使葉輪始終保持位于最高效的水流利用率的位置。7.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的重力塊為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成一具有一定容量的空腔，其內(nèi)部空腔能進(jìn)行充水及利用空氣壓力排水。
8.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的重力塊為混凝土或者金屬形成的空心箱體，或者是實(shí)心箱體。9.如權(quán)利要求8所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的重力塊為空心箱體時(shí)，內(nèi)部空腔與外界通過第二電動(dòng)閘閥控制連通，實(shí)現(xiàn)空氣或者水的進(jìn)出；所述第二電動(dòng)閘閥由所述控制系統(tǒng)控制。10.如權(quán)利要求1所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第二水庫上方還包括有桁架系統(tǒng)，所述的桁架系統(tǒng)行具有起重設(shè)備；所述的起重設(shè)備下通過所述軌道系統(tǒng)連接所述重力塊，實(shí)現(xiàn)所述重力塊的上升與下降；所述的桁架系統(tǒng)橫跨于所述第二水庫上方及其岸邊；所述起重設(shè)備能懸吊所述重力塊沿桁架系統(tǒng)移動(dòng)，將所述重力塊移動(dòng)所述第二水庫的上空及第二水庫岸邊的重力塊存放區(qū)域，且在用電高峰期將所述重力塊移動(dòng)至第二水庫的上方并釋放，實(shí)現(xiàn)重力發(fā)電。11.如權(quán)利要求10所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法：其特征在于：所述的軌道系統(tǒng)，為門架或者是垂直樹立的鋼軌，或者直接為連接所述起重設(shè)備卷揚(yáng)系統(tǒng)的鋼纜。12.如權(quán)利要求7所述的智能抽水和重力發(fā)電的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的重力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)還包含有空壓機(jī)及管道，所述管道將空壓機(jī)與所述的重力塊的空腔連接；空壓機(jī)能產(chǎn)生高壓空氣經(jīng)管道將所述重力塊的空腔內(nèi)的水排出，實(shí)現(xiàn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯曉明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海輕杰重工設(shè)備工程有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：