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申请/专利权人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司

摘要：本发明公开一种抽水蓄能与压缩空气储能结合的恒压式储能系统及方法，属于电能物理储能系统技术领域，该恒压式储能系统包括抽水蓄能子系统、透平膨胀发电子系统、空气压缩子系统以及水气共容舱恒压子系统。本发明有效的将抽水蓄能技术和压缩空气储能技术两者结合，利用施工支洞或者废弃矿洞改造为恒压式水气共容舱，起到下水库的作用，减少建设投资、征地移民成本，降低了对环境的影响和选址要求，同时恒压式水气共容舱降低了机组运行的水头变幅，提升了水泵水轮机的综合效率和抽蓄机组安全稳定性。

主权项：1.一种抽水蓄能与压缩空气储能结合的恒压式储能系统的控制方法，其特征在于：所述恒压式储能系统包括抽水蓄能子系统、透平膨胀发电子系统、空气压缩子系统以及水气共容舱恒压子系统；所述水气共容舱恒压子系统包括水气共容舱（4），所述水气共容舱（4）上层用于储存高压空气，其下层用于储存水体；所述水气共容舱（4）外侧设置有一层混凝土衬砌（9），所述水气共容舱（4）与所述混凝土衬砌（9）之间形成水幕（8），所述水幕（8）通过球阀（27）和输水管道（26）与引水系统（22）相连，所述水幕（8）上方设置有第二压力传感器（19b）；所述抽水蓄能子系统与电网系统相连，所述抽水蓄能子系统包括高于所述水气共容舱（4）的上水库（1）和与所述上水库（1）相连的引水系统（22），所述引水系统（22）与所述输水管道（26）相连；所述抽水蓄能子系统被设置为：发电时，所述抽水蓄能子系统能够利用所述上水库（1）与所述水气共容舱（4）的液位差进行发电，储能时，所述抽水蓄能子系统能够利用所述电网系统的电能将所述水气共容舱恒压子系统中的水体泵入所述上水库（1）；所述抽水蓄能子系统还包括水锤消除罐（11）、进水球阀（12）、水泵水轮机（2）、发电电动机（3）和尾水蝶阀（13），所述上水库（1）中安装有第二液位传感器（20b），所述上水库（1）与所述水泵水轮机（2）通过引水系统（22）相连，所述水锤消除罐（11）与所述进水球阀（12）依次安装在所述水泵水轮机（2）前的引水系统（22）上，所述水泵水轮机（2）通过尾水系统（23）与所述水气共容舱（4）底部相连，所述水泵水轮机（2）与所述发电电动机（3）相连并通过出口母线、变压器、高压电缆与电网系统相连，所述尾水蝶阀（13）安装在所述水泵水轮机（2）后的尾水系统（23）上；所述透平膨胀发电子系统与电网系统相连，所述透平膨胀发电子系统与所述水气共容舱（4）上层相连，所述透平膨胀发电子系统被设置为：发电时，所述透平膨胀发电子系统被所述水气共容舱（4）上层中高压空气驱动将机械能转化为电能输送至电网系统；所述透平膨胀发电子系统包括透平（5）、储气罐（7）和第一热交换器（24a），所述水气共容舱（4）上层通过第一输气管道（25a）与所述透平（5）和所述储气罐（7）相连，所述第一热交换器（24a）与第一输气管道球阀（14a）安装在所述透平（5）与所述水气共容舱（4）之间的第一输气管道（25a）上，第二输气管道球阀（14b）安装在所述透平（5）与所述储气罐（7）之间的第一输气管道（25a）上，所述透平（5）与发电机（15）相连并通过出口母线、变压器、高压电缆与电网系统相连，所述储气罐（7）用于给电站的低压用气对象提供恒定气源；所述空气压缩子系统与电网系统相连，所述空气压缩子系统与所述水气共容舱（4）上层相连，所述空气压缩子系统被设置为：储能时，所述空气压缩子系统能够利用所述电网系统的电能将室外空气转化为高压空气进入水气共容舱（4）；所述空气压缩子系统包括空气压缩机（6）、储热罐（16）和第二热交换器（24b），所述空气压缩机（6）通过低压电缆、变压器、高压电缆与电网系统相连，所述空气压缩机（6）通过第二输气管道（25b）与所述水气共容舱（4）上层相连，所述第二热交换器（24b）与第三输气管道球阀（14c）安装在所述空气压缩机（6）与所述水气共容舱（4）之间的第二输气管道（25b）上，所述空气压缩机（6）通过第二热交换器（24b）和第二热介质输送管道（28b）将热量储存在储热罐（16）中，所述空气压缩机（6）可同时用于给电站的中压用气对象提供气源；所述的抽水蓄能与压缩空气储能结合的恒压式储能系统的控制方法，包括如下步骤：在开始储存能量前，关闭第一、第二、第三输气管道球阀，打开进水球阀（12）、尾水蝶阀（13）、球阀（27），向水气共容舱（4）以及水幕（8）充水，同时打开第三输气管道球阀（14c），通过空气压缩机（6）将气体压缩至水气共容舱（4）内，使其内部气体压力与上水库（1）与水气共容舱（4）因高度差所形成的压力相等，此时水气共容舱（4）初始恒压系统构建完成，空气压缩机（6）停止工作，关闭进水球阀（12）、球阀（27）和第三输气管道球阀（14c）；当可再生能源发电量锐减或者用电负荷增加导致电网系统电能不足时，需要以发电方式运行时，关闭第三输气管道球阀（14c），打开进水球阀（12）、第一输气管道球阀（14a）和第二输气管道球阀（14b），水泵水轮机（2）作发电工况运行，将上水库（1）的势能转化为机械能，并通过发电电动机（3）转化为电能经由变压器输送至电网系统；同时经由水泵水轮机（2）流出的水体经尾水系统（23）进入水气共容舱（4）中，水气共容舱（4）的水位逐渐上升，同时进一步压缩水气共容舱（4）的上层空气，驱动透平（5）旋转，透平（5）旋转产生的机械能通过发电机（15）转化为电能经由变压器输送至电网系统；当水气共容舱（4）水位升至正常蓄水位或者电力系统不需要以发电方式运行时，系统停止发电，水泵水轮机（2）和透平（5）停止工作，关闭进水球阀（12）、第一输气管道球阀（14a）和第二输气管道球阀（14b）；当可再生能源发电量锐增或者用电负荷减少导致电网系统电能富裕时，需要以储能方式运行时，关闭第一输气管道球阀（14a）和第二输气管道球阀（14b），打开第三输气管道球阀（14c）、进水球阀（12），电网系统经由变压器将电能输送至空气压缩机（6），空气压缩机（6）启动，将室外空气转化为高压空气进入水气共容舱（4），水气共容舱（4）的水位逐渐下降，水体经过尾水系统（23）到水泵水轮机（2），此时水泵水轮机（2）作抽水工况运行，电网系统经由变压器将电能输送至发电电动机（3）转化为机械能，并通过水泵水轮机（2）转化为水体势能，将水体泵入上游水库；当水气共容舱（4）水位降至死水位或者电力系统不需要以储能方式运行时，系统停止储能，水泵水轮机（2）和空气压缩机（6）停止工作，关闭第三输气管道球阀（14c）和进水球阀（12）。

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百度查询： 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 抽水蓄能与压缩空气储能结合的恒压式储能系统及方法