一种通过气泵提升水势能的水重力储能装置的制作方法

1.本实用新型属于重力储能技术领域，具体涉及一种气泵提升水势能的水重力储能装置。

背景技术：

2.目前的储能方式大致分为化学电池储能、物理储能及电转燃料储能三种主要形式。电化学储能的储能成本较低，但在大规模储能应用时其安全性和环保性仍是人们重点关注的问题；电转燃料储能发展迅猛，适合超长时间的能量转移；物理储能则适合电网调峰和实现电能昼夜转移。物理储能主要包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、电磁储能等。重力储能作为一种物理储能方式，其系统本质安全、选址灵活，同时具有零自放电率、储能容量大、放电深度高等优势，近年来受到了国内外越来越多的关注。
3.抽水蓄能是目前应用最广、技术最为成熟的大规模储能技术，具有储能容量大、功率大、成本低、效率高等优点。抽水蓄能系统的基本组成包括两处位于不同海拔高度的水库、水泵、水轮机以及输水系统等。当电力需求低时，利用电能将下水库的水抽至上水库，将电能转化成势能存储；当电力需求高时，可释放上水库的水，使之返回下水库以推动水轮机发电，进而实现势能与电能间的转换。
4.现有技术中普遍采用水泵实现水势能的提升，但这种模式存在以下问题：
5.一、由于水泵深处地下潮湿环境，不利于设备的维护和后期的维修；
6.二、百米量级的高度落差下要想保证出水流量，对水泵的性能要求较高，噪音大、系统稳定性不好。

技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种气泵提升水势能的水重力储能装置，不但能够平衡电网的高峰和低谷用电量，利用白天夜晚的电价差值提供更高的效益，而且能够解决上述背景技术中提出的问题。本发明采用相对技术更成熟、上水可控性更高的气泵通过先储气，再通过高压气体推动水流上升的方式进行储能。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种通过气泵提升水势能的水重力储能装置，包括蓄水池、落水管、发电机组、水轮机组、储水池、储水罐、气泵、储气罐和上水管。
10.所述蓄水池与所述储水池具有高度差，所述落水管设置于所述蓄水池与所述储水池之间，所述水力发电装置设置于所述落水管的底端；
11.所述储水池与储水罐相连通，且高于所述储水罐；
12.所述气泵的出气口与所述储气罐的进气口相连，用于利用用电谷时电能对所述储气罐增压储气；
13.所述上水管的一端与所述储水罐相连通，另一端延伸至所述蓄水池，所述储气罐的出气口与所述储水罐相连用于通过高压气体驱动所述储水罐内的水流入所述蓄水池。
14.进一步的，所述重力储能装置还包括管路控制装置，所述管路控制装置分别控制所述储气罐的出气口以及所述储水罐进水口，使得所述储气罐的出气口以及所述储水罐进水口以择一方式打开。
15.进一步的，所述管路控制装置包括设置于所述储气罐与所述储水罐之间的自控排气阀以及设置于所述储水池与所述储水罐之间的自控出水阀。
16.进一步的，所述水力发电装置包括水轮机组和发电机组，所述水轮机组设置于所述落水管底端，所述水轮机组与发电机组传动连接。
17.进一步的，所述落水管上靠近蓄水池的一端安装有自控落水阀，控制所述蓄水池中水下落到水力发电装置发电。
18.进一步的，所述上水管的下端伸入所述储水罐的下部，所述储气罐的出气口连通至所述储水罐的上端。
19.进一步的，所述蓄水池与所述储水池之间设置有地坑，所述落水管、水轮机组均安装于所述地坑中。
20.进一步的，所述蓄水池设置于地面上，所述储水池设置于地下，二者通过所述地坑相连通。
21.进一步的，所述储气罐还包括压力检测装置，所述压力检测装置设置于所述储气罐内，用于测量所述储气罐内的气压。
22.进一步的，当所述压力检测装置检测所述储气罐内压力降低，则启动所述气泵对所述储气罐进行补压。
23.优选的，所述气泵和储气罐安装在地面以上或浅地层。
24.本实用新型的储能装置使用时：峰时电价时段，打开落水管处的自控落水阀，蓄水池内部的水流通过落水管下落定向击打水轮机组，水轮机组转动带动发电机组发电，水流落入距蓄水池两百米下的储水池；谷时电价时段，打开储水池处的自控出水阀，储水池中的水流入储水罐，罐满则关闭自控出水阀，启动高压气泵，气压达到一定值之后，打开自控出气阀，高压气体进入储水罐，将水从储水罐经过上水管压回到蓄水池内，储水罐中上水结束，关闭自控出气阀，打开自控出水阀，重复进水上水过程。水阀和气阀的控制可以基于定时控制装置实现或者手动控制实现。
25.与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：
26.1、通过高压气体来提升水势能，可根据气体压力控制出水速度；
27.2、高压气泵和储气罐可安装在地面以上或浅地层，降低施工难度，方便安装和后期维护；
28.3、整套设备可以根据环境设计规模，可以设在城市或农村的任意合适场所，使用更加方便。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例1的结构示意图
30.图2为本实用新型实施例2的结构示意图
31.图中：1、蓄水池；2、自控落水阀；3、落水管；4、水轮机组；5、发电机组；6、储水池；7、自控出水阀；8、储水罐；9、自控出气阀；10、储气罐；11、高压气泵；12、上水管。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例1
34.请参阅图1，本实用新型提供的水重力储能装置包括：蓄水池1、自控落水阀2、落水管3、水轮机组4、发电机组5、储水池6、自控出水阀7、储水罐8、自控出气阀9、储气罐10、高压气泵11以及上水管12。
35.落水管3的顶端与蓄水池1连通，且落水管3的底端延伸至水轮机组4向其输送水流，带动水轮机组中的水轮转动。水轮机组4与发电机组5传动连接，向其输出动力。水轮机组4安装于储水池6的上方，储水池6底部与储水罐8上部连通，储水罐8整体低于储水池6，上水管12下端与储水罐8底部相连或者伸入到储水罐8底部，上水管12顶端与蓄水池1连通，储水罐8顶端与储气罐10相连，储气罐10还与高压气泵11连通。
36.本实施例中，蓄水池1与储水池6之间设置有地坑，落水管2、水轮机组4均安装与地坑内。高压气泵11与地坑连通，以便进气。
37.水轮机组4设置于所述落水管3底端，所述水轮机组4与发电机组5传动连接。
38.落水管3上靠近蓄水池1的一端安装有自控落水阀2。自控落水阀2可以用于控制蓄水池1与落水管3之间的连通，控制蓄水池1向地坑中放水，水下落到水轮机组4即开始发电。
39.储水池6与储水罐8之间的连通管道上设置有自控出水阀7。储水罐8蓄水过程中，开启自控出水阀7则储水池6可以对储水罐8蓄水，储水罐8中水满则自控出水阀7自动关闭；上水储能过程中，自控出水阀7关闭可以防止储水罐8中的高压气体从储水池6泄露。
40.储气罐10和高压气泵11相连，储气罐10中设置有压力检测装置，用于测量所述储气罐10内的气压，谷时电价时段，气压低于规定压力5％则高压气泵11启动，对储气罐10进行补压，超出标准气压5％则高压气泵11停止补压。
41.优选的，根据蓄水池1和储水罐8之间的落差确定储气罐10中标准气压值，可在1～20mpa。
42.储水罐8与储气罐10间的连接管道上设置有自控出气阀9。通过自控出气阀9，上水储能过程中，开启自控出气阀9可以控制储气罐10中高压气体进入储水罐8；完成一轮上水储能过程后，关闭自控出气阀9，切断储水罐8里气压补给。
43.蓄水池1和储水罐8间设置有上水管12，自控出气阀9打开时，储气罐10中高压气体进入储水罐8，高压气体将储水罐8中存水通过上水管12压回蓄水池1内。此外，上水管12还可在完成上水任务后释放储水罐8中的气压，上水管12排气降压后，打开自控出水阀7，储水池6能够自行为储水罐8补充水量，准备再次上水。
44.在第一种实施方式中，地坑规模深度可在50～300米，直径8～20米。
45.通过设置地坑，在落水阀2、落水管3及水轮机组4出现故障时，工作人员可以进入地坑对故障点维修，提供了较为宽敞的维修空间。
46.进一步的，水轮机组4、发电机组5、储气罐10、高压气泵11等设备安装在地下厂房内，总控制室位于地上，自控落水阀2、自控出水阀7、自控出气阀9和高压气泵11经总控制室
内部的电控件自动控制启闭。
47.优选的，所述储气罐10可以是一体罐，也可以是若干个高压气体储罐联合供气。
48.本实施例的使用流程包括发电过程和储能过程。
49.上述发电过程为：峰时电价时段，打开自控落水阀2，让蓄水池1内部存水通过落水管3下落定向击打水轮机组4，使水轮机组4转动带动发电机组5发电，击打过水轮机组4的水流落入距蓄水池一两百米下的储水池6中，当自控落水阀2关闭后，水轮机组4不受力停止转动，即此时发电机组5停止发电。
50.上述储能过程为：谷时电价时段，打开自控出水阀7，储水池6中的部分水通过打开的自控出水阀7流入储水罐8中，罐满则关闭自控出水阀7；利用谷时电价的电力启动高压气泵11，同时打开自控出气阀9，高压气体从储气罐10中进入储水罐8，将水从储水罐8经过上水管12压回到蓄水池1内，当储水罐中存水排空，本次上水储能结束，关闭自控出气阀，打开自控出水阀7，重复上述储能过程，直至谷时电价时段结束或储水池6中存水全部回到蓄水池1。
51.实施例2
52.参与图2，本实用新型的水重力储能装置包括：蓄水池1、自控落水阀2、落水管3、水轮机组4、发电机组5、储水池6、自控出水阀7、储水罐8、自控出气阀9、储气罐10、高压气泵11以及上水管12。
53.落水管3的顶端与蓄水池1连通，且落水管3的底端延伸至水轮机组4向其输送水流，带动水轮机组中的水轮转动。水轮机组4与发电机组5传动连接，向其输出动力。水轮机组4安装于储水池6的上方，储水池6底部与储水罐8上部连通，储水罐8整体低于储水池6，上水管12下端与储水罐8底部相连或者伸入到储水罐8底部，上水管12顶端与蓄水池1连通，储水罐8顶端与储气罐10相连，储气罐10还与高压气泵11连通。
54.本实施例中，高压气泵11安装在地上、储气罐10安装在地下浅层，可以降低施工难度，有利于后期设备维护，对于通气管路采用耐用型通气管路即可，由于设备故障主要出现在气泵等设备上，所以这种方式维修更加方便。
55.本实施例的储能装置的工作过程与实施例1类似，这里不再详述。
56.需要说明的是，本实用新型的附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除其与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本实用新型的原理进行说明，图中所示部件的具体细节并非对实用新型保护范围的限定。本领域技术人员也应该理解，上述实施例也仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。

技术特征：

1.一种通过气泵提升水势能的水重力储能装置，其特征在于，所述装置包括蓄水池、落水管、水力发电装置、储水池、储水罐、气泵、储气罐和上水管；所述蓄水池与所述储水池具有高度差，所述落水管设置于所述蓄水池与所述储水池之间，所述水力发电装置设置于所述落水管的底端；所述储水池与储水罐相连通，且高于所述储水罐；所述气泵的出气口与所述储气罐的进气口相连用于利用用电谷时电能对所述储气罐增压储气；所述上水管的一端与所述储水罐相连通，另一端延伸至所述蓄水池，所述储气罐的出气口与所述储水罐相连用于通过高压气体驱动所述储水罐内的水流入所述蓄水池。2.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：还包括管路控制装置，所述管路控制装置分别控制所述储气罐的出气口以及所述储水罐进水口，使得所述储气罐的出气口以及所述储水罐进水口以择一方式打开。3.根据权利要求2所述的水重力储能装置，其特征在于：所述管路控制装置包括设置于所述储气罐与所述储水罐之间的自控排气阀以及设置于所述储水池与所述储水罐之间的自控出水阀。4.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：所述水力发电装置包括水轮机组和发电机组，所述水轮机组设置于所述落水管底端，所述水轮机组与发电机组传动连接。5.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：所述落水管上靠近蓄水池的一端安装有自控落水阀，控制所述蓄水池中水下落到水力发电装置发电。6.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：所述上水管的下端伸入所述储水罐的下部，所述储气罐的出气口连通至所述储水罐的上端。7.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：所述蓄水池与所述储水池之间设置有地坑，所述落水管、水轮机组均安装于所述地坑中。8.根据权利要求7所述的水重力储能装置，其特征在于：所述蓄水池设置于地面上，所述储水池设置于地下，二者通过所述地坑相连通。9.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：还包括压力检测装置，所述压力检测装置设置于所述储气罐内，用于测量所述储气罐内的气压。10.根据权利要求1所述的水重力储能装置，其特征在于：所述气泵和储气罐安装在地面以上或浅地层。

技术总结

本实用新型公开了一种通过气泵提升水势能的水重力储能装置，属于重力储能技术领域，其包括蓄水池、落水管、发电机组、水轮机组、储水池、储水罐、高压气泵、储气罐和上水管。该装置发电时，地表蓄水池中的地表水下落击打水轮机组发电后，流入地下的储水池和储水泵。储能时，利用夜间低价电，驱动高压气泵对储气罐进行充气，当储气罐压力达到一定值之后，通过储气罐排出的高压气体，将储水罐内存水通过上水管压回到地表的蓄水池内。本实用新型利用压缩空气传压原理，在电价低谷时用气泵压缩空气进行蓄水储能，在电价峰值时用蓄水储能发电，不但能够实现平衡电网的高峰和低谷用电量，还可以利用白天夜晚的电价差值提供更高的效益。以利用白天夜晚的电价差值提供更高的效益。以利用白天夜晚的电价差值提供更高的效益。