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CN102477931A - 微型抽水储能系统 - Google Patents

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CN102477931A CN2010105644721A CN201010564472A CN102477931A CN 102477931 A CN102477931 A CN 102477931A CN 2010105644721 A CN2010105644721 A CN 2010105644721A CN 201010564472 A CN201010564472 A CN 201010564472A CN 102477931 A CN102477931 A CN 102477931A
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陈海生
谭春青
孟爱红
王英杰
程明
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Abstract

一种微型抽水储能系统，包括微型抽水储能机组、阀门、蓄水池及输水管线；微型抽水储能机组为四机式抽水储能机组、三机式抽水储能机组或可逆式抽水储能机组；在地面或地下安装有低位蓄水池，建筑物顶层安装有高位蓄水池；低位蓄水池与抽水储能机组相通连，抽水储能机组经管线与高位蓄水池相通连。本发明利用城市中建筑物特别是高层建筑物的落差，解决大型抽水储能系统对大型水库和高落差地形的依赖问题。适用于各种类型电源、对环境友好等优点，具有广阔的应用前景。

Description

微型抽水储能系统
技术领域
本发明属于电力储存技术领域，特别是涉及一种适用于建筑物用的微型抽水储能系统。
背景技术
长期以来，为了满足电力负荷的要求，电力部门不得不根据最大负荷要求建设发电能力。这一方面造成了大量发电能力的过剩和浪费，另一方面，电力部门又不得不常常在用电高峰时段限制用电。因此迫切需要经济、可靠、高效的电力储能系统与之相配套。更为重要的是，电力储能系统是目前制约可再生能源大规模利用的最重要瓶颈之一。目前主要的可再生能源，如风能、太阳能、潮汐能等，均是间歇式能源，如何利用储能技术将这些间歇式能源“拼接”起来，是提高可再生能源比例必须解决的问题。同时，电力储能系统还是分布式能源系统的关键技术。分布式能源系统采用大量小型分布式电力系统代替常规大型集中式电力系统，具有能源综合利用、热效率高、低污染等优点。但同时由于线路、运行等原因造成的系统故障率会高于常规大型集中式电力系统。并且，由于系统的容量较小，系统负荷的波动也将大幅增加。因此，采用电力储能系统作为负荷平衡装置和备用电源是分布式能源系统必须考虑的措施。
目前已有电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容等。但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，目前已在大型商业系统中运行的只有抽水储能和压缩空气储能两种。抽水储能系统在用电低谷通过水泵将水从低位水库送到高位水库，从而将电能转化为水的势能存储起来，在用电高峰，水从高位水库排放至低位水库驱动水轮机发电。抽水储能系统具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点，是目前广泛使用的电力储能系统，其装机容量是世界电力储能系统总装机容量的99％。但是，大型抽水储能系统需要特殊的地理条件建造上下两个水库，建设周期很长(一般约7～15年)，初期投资巨大。更为棘手的是，建造大型水库会大面积淹没植被甚至城市，造成生态和移民问题，因此建造大型抽水储能系统受到了越来越大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型抽水储能系统，以解决大型抽水储能系统面临的主要问题，即对特殊地理条件(包括大型水库和高落差地形)的依赖问题。
为实现上述目的，本发明提供的微型抽水储能系统，利用城市中建筑物特别是高层建筑物的落差，并使抽水储能系统微型化。
具体地说，本发明的微型抽水储能系统，包括微型抽水储能机组、阀门、蓄水池及输水管线；其中：
微型抽水储能机组为四机式抽水储能机组、三机式抽水储能机组或可逆式抽水储能机组；其中：
四机式抽水储能机组包括电动机、水泵、水轮机和发电机；电动机与水泵的传动轴固接，发电机与水轮机的传动轴固接。
三机式抽水储能机组包括水泵、水轮机和可逆式电动-发电机；水泵和水轮机均与可逆式电动-发电机的传动轴固接。
可逆式抽水储能机组包括可逆式水泵-水轮机和可逆式电动-发电机；可逆式水泵-水轮机与可逆式电动-发电机的传动轴固接。
在地面或地下安装有低位蓄水池，建筑物顶层安装有高位蓄水池；低位蓄水池与抽水储能机组相通连，抽水储能机组经管线与高位蓄水池相通连。
所述的微型抽水储能系统，其中驱动电源是常规电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电其中的一种或多种。
所述的微型抽水储能系统，其中低位蓄水池安装在地面的地基上或地下的地下室中。
所述的微型抽水储能系统，其中建筑物为居住建筑、公共建筑、工业建筑和农业建筑。
所述的微型抽水储能系统，其中建筑物为住宅楼、宿舍楼、办公楼、商店、旅馆、影剧院、体育馆、展览馆、医院、厂房、仓库、牲畜用房、水塔、电视塔和纪念性建筑物。
所述的微型抽水储能系统，其中微型抽水储能机组，总扬程或落差在6米到1000米之间。
所述的微型抽水储能系统，其中微型抽水储能机组为多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机时，多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机为串联形式或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。
所述的微型抽水储能系统，其中水泵或可逆式水泵-水轮机，水泵是叶轮式泵包括轴流式、混流式和离心式，或容积式泵包括齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵和滑片泵。
所述的微型抽水储能系统，其中水轮机或可逆式水泵-水轮机，水轮机是反击式水轮机包括轴流式、混流式、斜流式和贯流式，或冲击式水轮机包括水斗式、斜击式和双击式。
本发明的优点在于：利用城市中建筑物特别是高层建筑物的落差，并使抽水储能系统微型化，从而解决大型抽水储能系统对大型水库和高落差地形的依赖问题。而且具有造价低、储能周期不受限制、适用于各种类型电源、对环境友好等优点，具有广阔的使用前景。
附图说明
图1为本发明微型抽水储能系统的实施例1结构示意图；
图2为本发明微型抽水储能系统的实施例2结构示意图；
图3为本发明微型抽水储能系统的实施例3结构示意图；
图4为本发明微型抽水储能系统的实施例4结构示意图。
具体实施方式
本发明在储能时通过水泵将水从地面或地下蓄水池(低位蓄水池)送到建筑物顶层蓄水池(高位蓄水池)，从而将电能转化为水的势能存储起来。在耗能时，水从高位蓄水池排放至低位蓄水池驱动水轮机发电。利用城市中建筑物特别是高层建筑物的落差，并使抽水储能系统微型化，从而解决大型抽水储能系统对大型水库和高落差地形的依赖问题。
本发明的技术解决方案是：
一种微型抽水储能系统，包括微型抽水储能机组、阀门、蓄水池及输水管线；其中：
微型抽水储能机组为四机式抽水储能机组、三机式抽水储能机组或可逆式抽水储能机组。
四机式抽水储能机组包括电动机、水泵、水轮机和发电机；电动机与水泵的传动轴固接，发电机与水轮机的传动轴固接。
三机式抽水储能机组包括水泵、水轮机和可逆式电动-发电机；水泵和水轮机均与可逆式电动-发电机的传动轴固接。
可逆式抽水储能机组包括可逆式水泵-水轮机和可逆式电动-发电机；可逆式水泵-水轮机与可逆式电动-发电机的传动轴固接。
微型抽水储能机组可以包括一台或多台水泵、一台或多台水轮机、或一台或多台可逆式水泵-水轮机。
在地面(或地下)和建筑物顶层安装有两个蓄水池。
微型抽水储能机组经输水管线与蓄水池相通连。
在管线中设有阀门，阀门用于控制水流方向和系统的工作方式。
其流程为：
储能时，利用电动机驱动水泵将水从低位蓄水池经输水管线输送至建筑物顶端的高位蓄水池存储；释能时，水从高位蓄水池经输水管线流向低位蓄水池，驱动水轮机并带动发电机发电。
所述的微型抽水储能系统，其驱动电源是常规电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电其中的一种或多种。
所述的微型抽水储能系统，其储能过程在电力低谷(低价)、可再生能源发电冗余时启用；释能过程在用电高峰(高价)、电力事故、可再生能源发电不符合要求时启用。
所述的微型抽水储能系统，其所述的建筑物为居住建筑、公共建筑、工业建筑和农业建筑。包括住宅楼、宿舍楼、办公楼、商店、旅馆、影剧院、体育馆、展览馆、医院、厂房、仓库、牲畜用房、水塔、电视塔和纪念性建筑物。
所述的微型抽水储能系统，其低位蓄水池安装在地面或建筑物地下；其高位蓄水池安装在建筑物顶层。
所述的微型抽水储能系统，其所述的微型抽水储能机组，总扬程或落差在6米到1000米之间；当为多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机时，多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机为串联形式或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。
所述的微型抽水储能系统，其所述水泵或可逆式水泵-水轮机，水泵是叶轮式泵包括轴流式、混流式和离心式，或容积式泵包括齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵和滑片泵。
所述的微型抽水储能系统，其所述水轮机或可逆式水泵-水轮机，水轮机是反击式水轮机包括轴流式、混流式、斜流式和贯流式，或冲击式水轮机包括水斗式、斜击式和双击式。
所述的微型抽水储能系统，其储能时，通过控制水泵的流量、关停部分水泵来调节储能能力。
所述的微型抽水储能系统，其释能时，通过控制水轮机的流量、关停部分水轮机来调节储能能力。
本发明的微型抽水储能系统，采用低谷(低价)电能通过水泵将水从地面或地下蓄水池(低位蓄水池)送到建筑物顶层蓄水池(高位蓄水池)，从而将电能转化为水的势能存储起来(储能)，在用电高峰，水从高位蓄水池排放至低位蓄水池驱动水轮机发电(释能)。它利用城市中建筑物特别是高层建筑物的落差，并使抽水储能系统微型化，从而解决大型抽水储能系统对大型水库和高落差地形的依赖问题。同时具有造价低、储能周期不受限制、适用于各种类型电源、对环境友好等优点。
下面结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
图1为本发明实施例1的四机式抽水储能机组。其中，低位蓄水池1安装在地基8上，高位蓄水池6安装在建筑物7顶层上。低位蓄水池1与四机式抽水储能机组2经管线相通连，四机式抽水储能机组2经阀门3、4和管线5与高位蓄水池6相通连。
其中四机式抽水储能机组2包括：一水泵21和一水轮机22的一端口分别连接低位蓄水池1上，水泵21和一水轮机22的另一端口连接管线；一电动机23与水泵21的传动轴固接，发电机24与水轮机22的传动轴固接。
储能时，阀门3打开，阀门4关闭，低谷(低价)电驱动四机式抽水储能机组2的电动机23启动水泵21，由水泵21将水通过管线5输送至高位蓄水池6。储能过程结束，阀门3关闭。释能时，阀门4打开，阀门3关闭，水从高位蓄水池6经管线5排放至低位蓄水池1并驱动四机式抽水储能机组2中的发电机24发电。释能过程结束，阀门4关闭。
一般情况下，储能与释能过程不同时运行，储能时，四机式抽水储能机组2的水泵21和电动机23工作，水轮机22和发电机24关闭。释能时则相反，四机式抽水储能机组2的水泵21和电动机23关闭，水轮机22和发电机24工作。
实施例2
图2是本发明实施例2的三机式抽水储能机组。本发明的三机式抽水储能系统，其主体结构与实施例1相同，但采用三机式抽水储能机组代替实施例1中的四机式抽水储能机组。三机式抽水储能机组包括水泵21、水轮机22和可逆式电动-发电机25(可逆式电动-发电机为公知技术，本发明不作详细描述)。水泵21和水轮机22均与可逆式电动-发电机25的传动轴固接。低位蓄水池1与三机式抽水储能机组2经管线相通连、三机式抽水储能机组2经阀门3、4和管线5与高位蓄水池6相通连。低位蓄水池1安装在地基7上，高位蓄水池6安装在建筑物7顶层上。储能时，阀门3打开，阀门4关闭，低谷(低价)电驱动三机式抽水储能机组2中的可逆式电动-发电机将水通过管线5输送至高位蓄水池6。储能过程结束，阀门3关闭。释能时，阀门4打开，阀门3关闭，水从高位蓄水池6经管线5排放至低位蓄水池1并驱动三机式抽水储能机组2发电。释能过程结束，阀门4关闭。一般情况下，储能与释能过程不同时运行，储能时，三机式抽水储能机组2的水泵21和可逆式电动-发电机25工作，水轮机22关闭。释能时则相反，三机式抽水储能机组2的水泵21关闭，水轮机23和可逆式电动-发电机25工作。
实施例3
图3是本发明实施例3的可逆式抽水储能机组。本发明的可逆式抽水储能系统，其主体结构与实施例1相同，只是采用可逆式抽水储能机组代替实施例1中的四机式抽水储能机组。可逆式抽水储能机组2包括可逆式水泵-水轮机26和可逆式电动-发电机25(可逆式水泵-水轮机和可逆式电动-发电机均为公知技术，本发明不作详细描述)。可逆式水泵-水轮机26与可逆式电动-发电机25的传动轴固接。低位蓄水池1与可逆式抽水储能机组2经管线相通连，可逆式抽水储能机组2经阀门3和管线4与高位蓄水池5相通连。低位蓄水池1安装在地基7上，高位蓄水池5安装在建筑物6顶层上。储能时，阀门3打开，低谷(低价)电驱动可逆式抽水储能机组2中的可逆式水泵-水轮机26，将水通过管线4输送至高位蓄水池5。储能过程结束，阀门3关闭。释能时，阀门3打开，水从高位蓄水池5经管线4排放至低位蓄水池1并驱动可逆式抽水储能机组2中的可逆式电动-发电机25发电。释能过程结束，阀门3关闭。一般情况下，储能与释能过程不同时运行，储能时，可逆式抽水储能机组2的工作在水泵-电动机模式。释能时则相反，可逆式抽水储能机组2的工作在水轮机-发电机模式。
实施例4
图4是本发明实施例4的地下低位蓄水池。本发明的地下低位蓄水池的储能系统，其主体结构与前述三个实施例相同，只是采用地下低位蓄水池代替上述三个实施例中的地上低位蓄水池，以节省地面占地并增大高低位蓄水池间的落差。
其中的微型抽水储能系统可采用上述三个实施例中的任何一种，即可以采用四机式抽水储能机组、三机式抽水储能机组，以及可逆式抽水储能机组，其工作流程和原理也与上述三个实施例完全相同。图4是以可逆式抽水储能机组为例。

Claims (9)

1.一种微型抽水储能系统，包括微型抽水储能机组、阀门、蓄水池及输水管线；其特征在于：
微型抽水储能机组为四机式抽水储能机组、三机式抽水储能机组或可逆式抽水储能机组；其中：
四机式抽水储能机组包括电动机、水泵、水轮机和发电机；电动机与水泵的传动轴固接，发电机与水轮机的传动轴固接；
三机式抽水储能机组包括水泵、水轮机和可逆式电动-发电机；水泵和水轮机均与可逆式电动-发电机的传动轴固接；
可逆式抽水储能机组包括可逆式水泵-水轮机和可逆式电动-发电机；可逆式水泵水轮机与可逆式电动-发电机的传动轴固接；
在地面或地下安装有低位蓄水池，建筑物顶层安装有高位蓄水池；低位蓄水池与抽水储能机组相通连，抽水储能机组经管线与高位蓄水池相通连。
2.根据权利要求1所述的微型抽水储能系统，其特征在于：驱动电源是常规电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或潮汐发电其中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的微型抽水储能系统，其特征在于：低位蓄水池安装在地面的地基上或地下的地下室中。
4.根据权利要求1所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述的建筑物为居住建筑、公共建筑、工业建筑和农业建筑。
5.根据权利要求1或4所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述的建筑物为住宅楼、宿舍楼、办公楼、商店、旅馆、影剧院、体育馆、展览馆、医院、厂房、仓库、牲畜用房、水塔、电视塔和纪念性建筑物。
6.根据权利要求1所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述的微型抽水储能机组，总扬程或落差在6米到1000米之间。
7.根据权利要求1或6所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述的微型抽水储能机组为多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机时，多台水泵、水轮机或可逆式水泵-水轮机为串联形式或并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。
8.根据权利要求7所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述水泵或可逆式水泵-水轮机，水泵是叶轮式泵包括轴流式、混流式和离心式，或容积式泵包括齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵和滑片泵。
9.根据权利要求7所述的微型抽水储能系统，其特征在于：所述水轮机或可逆式水泵-水轮机，水轮机是反击式水轮机包括轴流式、混流式、斜流式和贯流式，或冲击式水轮机包括水斗式、斜击式和双击式。
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