一種利用海底壓力能的儲水發電系統的制作方法

本實用新型屬于電力儲能技術領域，特別涉及一種利用海底壓力能的儲水發電系統。

背景技術：

電力儲能是指通過介質或設備把多余的電力存儲起來，在需要時再釋放出來的過程。近年來，為適應風電、光伏發電等新能源、可再生能源大規模開發利用的需要；提高常規電力系統及能源系統綜合利用效率的需要；保障電力和能源供應安全性的需要，電力儲能技術競相涌現，發展迅猛。

根據能量轉換形式，電力儲能技術總體上可分為物理儲能、化學儲能和電磁儲能。物理儲能方式主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和冰蓄冷；化學儲能主要有鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池等；電磁儲電主要有超級電容和超導儲能等。目前，已在大規模商業系統中運行的電力儲能系統只有抽水蓄能和壓縮空氣兩種，其中，抽水蓄能因其具有技術成熟、效率高、容量大、蓄能周期長等優點，成為目前廣泛使用的電力儲能系統。

抽水蓄能是在電力系統用電負荷低谷時段，通過水泵將水從低位水庫送到高位水庫，將電能轉化為水的勢能存儲起來，在用電高峰時，水從高位水庫排放到低位水庫驅動水輪機做功發電。抽水蓄能電站的全壽命周期可達40年以上，其綜合效率一般為70-80％。但是，傳統的抽水蓄能系統需要特殊的地理條件建造上下兩個蓄水池，初期投資巨大，建設周期長(一般約5-15年)。此外，傳統的抽水蓄能系統利用淡水作為運行工質，系統對淡水資源的依賴較大，這對于一些淡水資源匱乏的島國、城市等適用性較小。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種利用海底壓力儲能釋能的抽水蓄能系統，以解決以上所述的至少一項技術問題。

為實現上述目的，本實用新型提供的抽水蓄能系統，利用海底壓力能進行電力儲存。

具體的說，本實用新型為實現其技術目的所采用的技術方案為：

一種利用海底壓力能的儲水發電系統，包括存儲容器、海水抽水蓄能機組和壓力管道，其特征在于：

所述存儲容器設置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，所述壓力管道上設置有閥門；

所述海水抽水蓄能機組設置于海底且連接至所述壓力管道上，所述海水抽水蓄能機組包括與壓力管道連接的流體機械以及與所述流體機械傳動連接的電動/發電機。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其存儲容器還包括一第二開口端，第二開口端經通氣管道與海平面上方的大氣連通。

根據本實用新型的一具體實施方案，所通氣管道上設置有調壓閥門。

根據本實用新型的一具體實施方案，對于利用海底壓力能的儲水發電系統，其海水抽水蓄能機組中設置有與電動/發電機連接的變速調節系統。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其壓力管道連通海水的入口處設置有攔污柵。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其存儲容其形狀為球形或圓柱形；優選的，所述存儲容器為一個或多個，相互平行排列。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其存儲容器和海水抽水蓄能機組用樁、注漿、吸力錨或壓載物直接壓制固定在海底。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其電動/發電機按照電動機模式工作時，其驅動電源為火力發電、核電、風電、太陽能發電、水電或潮汐發電等其中的一種或多種。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其海水抽水蓄能機組為四機分置式海水抽水蓄能機組、三機串聯式海水抽水蓄能機組或二機可逆式海水抽水蓄能機組；優選的，所述海水抽水蓄能機組至少為1個。

根據本實用新型的一具體實施方案，所述的利用海底壓力能的儲水發電系統，其流體機械包括多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機，所述多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機為串聯或并聯形式；并聯形式中，各分軸與主驅動軸動連接。

通過上述技術方案可以看出，本實用新型的有益效果在于：

(1)通過將整個系統置于海底，利用海底的壓力能來進行電力儲存，與傳統的抽水蓄能系統相比，可有效的克服其選址困難、水位變幅大、對淡水資源依賴大、對環境影響大、成本較高等問題，適用于臨近海邊淡水資源匱乏的島國和城市；

(2)同時，電動/發電機按照電動機模式工作時，適用于各種類型的電源，具有廣闊的應用前景；

(3)通過該發電系統，在蓄能時通過電纜將多余的電能輸送到海水抽水蓄能機組，通過水泵或可逆式水泵水輪機將存儲容器中的海水排空，從而將電能轉化為水的勢能存儲起來；

(4)通過在儲能容器上設置經通氣管道與海平面上方的大氣連通的第二開口端，并且通氣管道上設置有調壓閥門，經調整調壓閥門可以調節容器內的壓力。

附圖說明

圖1為本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統的實施例1結構示意圖。

圖2為本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統的實施例2結構示意圖。

圖中各標號為：

1、壓力管道；2、壓力管道入口閥門；10、調壓閥門；3、可逆式水泵水輪機；4、海水抽水蓄能機組；5、可逆式電動發電機；6、閥門；7、存儲容器；8、通氣管道；9、海平面；11、海底。

具體實施方式

本實用新型的基本構思在于，提供一種利用海底壓力能的儲水發電系統，包括存儲容器、海水抽水蓄能機組和壓力管道，所述存儲容器設置于海底，包括第一開口端，第一開口端連接至壓力管道，壓力管道上設置有閥門；所述海水抽水蓄能機組也設置于海底且連接至壓力管道上，包括流體機械以及與所述流體機械傳動連接的電動/發電機。通過將整個系統置于海底，利用海底的壓力能來進行電力蓄能和釋能。

蓄能時，所述電動/發電機按照電動機模式工作，所述電動/發電機帶動流體機械旋轉，所述流體機械將存儲容器中的海水經閥門、壓力管道輸運至所述海洋中；釋能時，所述電動/發電機按照發電機模式工作，海水在海底和存儲容器內壓力差的驅動下帶動流體機械旋轉，所述流體機械帶動電動/發電機發電，海水經流體機械、壓力管道、閥門回流至存儲容器。

其中，對于存儲容器，其還可以包括一第二開口端，第二開口端經通氣管道與海平面上方的大氣連通。在通氣管道上設置有調壓閥門，便于調節所述存儲容器內的壓力。

優選的，存儲容器其形狀為球形、圓柱形等形狀；還優選的，存儲容器為一個或多個，相互平行排列。

優選的，存儲容器可以由預制混凝土和高強度鋼板中的一種或多種制成。

其中，對于海水抽水蓄能機組，其還可以設置有變速調節系統，所述變速調節系統通過改變所述電動/發電機的轉速，使流體機械在負荷變化時仍能在高效工況下運行。

其海水抽水蓄能機組可以為四機分置式海水抽水蓄能機組、三機串聯式海水抽水蓄能機組或二機可逆式海水抽水蓄能機組。

流體機械可以設置多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機，所述多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機為串聯或并聯形式；并聯形式中，各分軸與主驅動軸動連接。

優選的，水泵是葉輪式泵或容積式泵，所述葉輪式泵為軸流式泵、混流式泵和離心式泵，所述容積式泵為齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵和滑片泵。

優選的，水輪機是沖擊式水輪機或反擊式水輪機，所述沖擊式水輪機為水斗式水輪機、斜擊式水輪機和雙擊式水輪機，所述反擊式水輪機為軸流式水輪機、混流式水輪機、斜流式水輪機和貫流式水輪機。

優選的，可逆式水泵水輪機，為混流式、斜流式和貫流式。

另外，海水抽水蓄能機組中，其電動/發電機按照電動機模式工作時，其驅動電源為火力發電、核電、風電、太陽能發電、水電或潮汐發電等其中的一種或多種。

優選的，海水抽水蓄能機組的個數為至少一個。

流體機械可以選取多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機，其中，所述多臺水泵、水輪機或可逆式水泵水輪機為串聯或并聯形式；并聯形式中，各分軸與主驅動軸動連接。

其中，對于壓力管道來說，管道上均設置有閥門，便于儲存容量的調整以及設備調試和維修。

優選的，壓力管道的入口處設置有攔污柵，防止海洋生物進入壓力管道，降低系統的運行效率。

優選的，存儲容器和海水抽水蓄能機組用樁、注漿、吸力錨或壓載物直接壓制固定在海底。

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本實用新型作詳細描述，由于以下所述僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護不限于此，任何本技術領域的技術人員所想到的變化或替代，都涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。

在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體實用新型構思進行解釋，而不應當理解為對本實用新型的一種限制。

具體實施例1：

圖1為本實用新型的實施例1的結構示意圖。其中，調壓閥門10打開，整個系統置于海底11，通氣管道8通向海平面9上空的大氣。存儲容器7固定在海底11，其一端通過閥門6、壓力管道1與海水抽水蓄能機組4相連，一端連接通氣管道8。其中海水抽水蓄能機組4包括可逆式水泵水輪機3和可逆式電動發電機5和變速調節系統，可逆式水泵水輪機3與可逆式電動發電機5的傳動軸固接。

本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統在蓄能時，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，低谷(低價)電驅動海水抽水蓄能機組4中的可逆式水泵水輪機3，將存儲容器7中的海水通過壓力管道1排放到海洋中。蓄能過程結束，閥門6關閉。

本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統在釋能時，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，海水因為壓力差進入存儲容器7并驅動海水抽水蓄能機組4中的可逆式水泵水輪機3對外做功，帶動可逆式電動發電機5發電。釋能過程結束，閥門6關閉。

一般情況下，蓄能與釋能過程不同時運行，蓄能時，海水抽水蓄能機組工作在水泵-電動機模式。釋能時則相反，海水抽水蓄能機組工作在水輪機-發電機模式。

具體實施例2：

圖2為本實用新型的實施例2的結構示意圖。其中，調壓閥門10關閉，整個系統置于海底11，存儲容器7固定在海底11，其一端通過閥門6、壓力管道1與海水抽水蓄能機組4相連。其中海水抽水蓄能機組4包括可逆式水泵水輪機3和可逆式電動發電機5，可逆式水泵水輪機3與可逆式電動發電機5的傳動軸固接。與實施例1相比，實施例2中存儲容器內氣壓低于大氣壓。

本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統在蓄能時，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，低谷(低價)電驅動海水抽水蓄能機組4中的可逆式水泵水輪機3，將存儲容器7中的海水通過壓力管道1排放到海洋中，使存儲容器7內氣體壓力低于大氣壓。儲能過程結束，閥門6關閉。

本實用新型的利用海底壓力能的儲水發電系統在釋能時，壓力管道入口閥門2和閥門6打開，海水因為壓力差進入存儲容器7并驅動海水抽水蓄能機組4中的可逆式水泵水輪機3對外做功，帶動可逆式電動發電機5發電。釋能過程結束，閥門6關閉。

一般情況下，蓄能與釋能過程不同時運行，儲能時，抽水蓄能機組工作在水泵-電動機模式。釋能時則相反，海水抽水蓄能機組工作在水輪機-發電機模式。

本實用新型利用海底壓力能的儲水發電系統中，海水抽水蓄能機組4既可采用二機可逆式海水抽水蓄能機組，也可以采用四機分置式海水抽水蓄能機組和三機串聯式海水抽水蓄能機組，其工作流程和原理也與上述實施方案相同。

本實用新型在蓄能時通過電纜將多余的電能輸送到海水抽水蓄能機組，通過水泵或可逆式水泵水輪機將存儲容器中的海水排空，從而將電能轉化為水的勢能存儲起來。在釋能時，由于存儲器中的壓力為大氣壓或者低于大氣壓，與海底存在一定的壓力差，海水受壓力差驅動進入存儲容器，同時驅動水輪機或可逆式水泵水輪機發電。系統利用海底的壓力能來進行電力儲存，將整個系統置于海底，有效的克服了傳統抽水蓄能系統選址困難、水位變幅大、對淡水資源依賴大、對環境影響大、成本較高等問題。

以上所述的具體實施案例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施案例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。