專(zhuān)利名稱(chēng)：液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，屬于蓄能電站領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
術(shù)語(yǔ)定義-零勢(shì)能平面在重力勢(shì)能的表示式E = mgh中，由于高度h是相對(duì)的，因此重力勢(shì)能的數(shù)值也是相対的。某個(gè)物體具有重力勢(shì)能mgh，這是相對(duì)于某ー個(gè)水平面來(lái)說(shuō)的，即把這個(gè)水平面的高度取作零，物體位于這個(gè)參考平面上吋，重力勢(shì)能為零，因此稱(chēng)為零勢(shì)能平面。隨著我國(guó)エ業(yè)化水平的發(fā)展和人民生活用電的增加，電網(wǎng)用電負(fù)荷的峰谷差愈來(lái)愈大，而且隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等具有固有波動(dòng)性和間歇性的新能源大規(guī)模并網(wǎng)，如何確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成為了ー個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。我國(guó)以煤為主的能源格局決定了未來(lái)的電カ裝機(jī)構(gòu)成中仍將以燃煤火電為主，但我國(guó)現(xiàn)有的火電機(jī)組不僅調(diào)整能力有限，而且調(diào)整出力也會(huì)對(duì)設(shè)備的安全和壽命造成不利影響；常規(guī)水電雖然具有一定的調(diào)峰能力，但受季節(jié)和氣候條件影響較大。與其它技術(shù)相比，液體重力勢(shì)能蓄能電站不僅具有良好的調(diào)峰能力，還能夠在低谷期作為負(fù)荷消耗電能，具有填谷功能，同時(shí)液體重力勢(shì)能蓄能電站還具有調(diào)頻、調(diào)相、緊急備用等功能，因此成為世界各國(guó)廣泛采用的調(diào)節(jié)工具。液體重力蓄能電站的基本原理是在電力負(fù)荷低谷期用泵將液體從下庫(kù)抽到上庫(kù)，通過(guò)液體這一能量載體將電能轉(zhuǎn)化為液體的重力勢(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，釋放上庫(kù)中的液體，液體沖擊葉輪使其旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。由于水具有來(lái)源廣泛、成本低廉、相關(guān)技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，因此抽水蓄能成為廣泛使用的ー種液體重力蓄能技木。自1882年瑞士第一座抽水蓄能電站建立開(kāi)始，此項(xiàng)技術(shù)不斷得到發(fā)展，抽水蓄能電站通常由上庫(kù)、下庫(kù)、可逆式水泵水輪機(jī)組與管道、廠(chǎng)房等部分組成。雖然抽水蓄能電站歷經(jīng)百余年的發(fā)展，但在實(shí)際實(shí)施時(shí)仍存在著各種問(wèn)題，尤其是上庫(kù)的選址和施工對(duì)抽水蓄能電站的推廣造成很大阻礙a)地形條件要求高。通常抽水蓄能電站的上庫(kù)由人工圍建，下庫(kù)則利用天然河道、湖泊、海灣或利用已經(jīng)建成的水庫(kù)。為形成一定庫(kù)容，上庫(kù)所在高地必須具有足夠的面積；為獲取高水頭，上庫(kù)所在的海拔要盡可能高；為控制工程造價(jià)，上庫(kù)與下庫(kù)之間的水平距離要盡可能小。這些條件使得電站選址難度増大，限制了抽水蓄能容量的増加。b)地質(zhì)條件要求高。由于現(xiàn)有抽水蓄能電站的管道和廠(chǎng)房多設(shè)置在地下，并且管道受高水壓和水流沖擊及滲透影響，因此要求地質(zhì)條件要適于隧道施工，同時(shí)為減少蓄能損耗，還要求上庫(kù)要具有良好的防滲能力。這就使得電站的選址難度進(jìn)ー步増大，限制了抽水蓄能電站的推廣。c)施工難度大?，F(xiàn)有抽水蓄能電站的管道和廠(chǎng)房均位于地下，復(fù)雜的地質(zhì)條件對(duì) 施工人員和設(shè)備都提出了很高的要求；在運(yùn)行時(shí)，上庫(kù)水位變化劇烈，因此上庫(kù)的水エ建筑所受應(yīng)カ也隨之劇烈變化，對(duì)上庫(kù)的邊坡和防滲工程的設(shè)計(jì)和施工都是巨大的考驗(yàn)；隨著抽水蓄能電站水頭的不斷提高，高壓管路的耐壓和防滲也對(duì)施工単位提出了很高的要求。[0009]選址困難、施工難度高、エ期長(zhǎng)等客觀存在的問(wèn)題限制了抽水蓄能電站在我國(guó)的推廣應(yīng)用，影響了電網(wǎng)削峰填谷策略的實(shí)施。因此急需尋找ー種有效的技術(shù)方案，降低大規(guī)模蓄能的工程難度，為提高整個(gè)電カ系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性提供技術(shù)基礎(chǔ)。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述，本實(shí)用新型g在提供一種儲(chǔ)能規(guī)模大、對(duì)地形及地質(zhì)條件要求低的液體重カ勢(shì)能存儲(chǔ)裝置。本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)ー種液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于上蓄液系統(tǒng)由多個(gè)立于山上的蓄液容器組成；多個(gè)蓄液容器之間由管道連接，用于液體的流通。在本實(shí)用新型的具體實(shí)施措施中 多個(gè)蓄液容器布置在同一山體上或布置在不同山體上。上蓄液系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)控制裝置，用于控制液體進(jìn)出以及各蓄液容器內(nèi)的液面高度。上蓄液系統(tǒng)具有防凍及除冰設(shè)施，用于防止和消除低溫條件下液體發(fā)生相變。蓄液容器為頂部封閉結(jié)構(gòu)。蓄液容器的底部直接坐落在地基上，或者蓄液容器由支柱支撐，底部懸于地面上方。蓄液容器為頂部封閉結(jié)構(gòu)。蓄液容器的底部直接坐落在地基上，或者蓄液容器由支柱支撐，底部懸于地面上方。上蓄液系統(tǒng)位于高于零勢(shì)能平面的一座或幾座山體上。根據(jù)山體的地形特點(diǎn)，當(dāng)?shù)孛嬉子谄秸麉迹钜喝萜骺蔀樽溆诘鼗系姆忾]或半封閉罐體，當(dāng)?shù)孛嫫閸绮灰滋幚韰?，蓄液容器可采用由支柱支撐起?lái)懸于地面上方的封閉或半封閉罐體結(jié)構(gòu)，容器上設(shè)有液位監(jiān)測(cè)裝置，容器之間通過(guò)管道進(jìn)行連接，管道上設(shè)有閥門(mén)。監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)通過(guò)控制各閥門(mén)的開(kāi)閉控制液體的流入流出以及各容器內(nèi)的液位。上蓄液系統(tǒng)設(shè)有防凍及除冰設(shè)施，當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，防止或消除因液體在低溫下出現(xiàn)相變而損壞設(shè)備或影響流動(dòng)特性等問(wèn)題。在電カ負(fù)荷低谷期，用電能驅(qū)動(dòng)泵將下蓄液裝置中的液體向高處進(jìn)行提升，上蓄液系統(tǒng)的檢測(cè)控制裝置通過(guò)控制閥門(mén)的開(kāi)閉使液體合理的進(jìn)入各獨(dú)立容器，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。在電カ負(fù)荷高峰期，液體在上蓄液系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，經(jīng)由管道從各獨(dú)立容器中有序流出，驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置，將液體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。本實(shí)用新型技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果如下首先，本實(shí)用新型利用若干容器組成的上蓄液系統(tǒng)進(jìn)行液體重力勢(shì)能存儲(chǔ)，降低了地形、地質(zhì)條件要求和施工難度?，F(xiàn)有技術(shù)需要進(jìn)行大量的土方作業(yè)來(lái)建設(shè)上庫(kù)，而且上庫(kù)容積受到地形的限制，而采用若干容器進(jìn)行分布式液體存儲(chǔ)則無(wú)需進(jìn)行大量的土方作業(yè)，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求也大大降低，可有效擴(kuò)展液體重力勢(shì)能蓄能電站選址的范圍。同時(shí)常壓大容量?jī)?chǔ)罐的設(shè)計(jì)和加工簡(jiǎn)單，例如5000m3的常壓水儲(chǔ)罐エ期僅為15天左右，且施工技術(shù)要求低、設(shè)備簡(jiǎn)単。更進(jìn)ー步來(lái)講，本實(shí)用新型采用容器進(jìn)行液體重力勢(shì)能存儲(chǔ)，可有效解決液體蒸發(fā)、滲漏導(dǎo)致的能量損失，并易于控制砂石等對(duì)設(shè)備的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備壽命?，F(xiàn)有的上庫(kù)由于是在山體上開(kāi)挖的敞ロ盆狀空間，因此無(wú)法避免由于水分的蒸發(fā)而造成能量的損失，同時(shí)由于上庫(kù)內(nèi)大量水體的壓力，庫(kù)內(nèi)水分向周?chē)鷰r層的滲透也較為嚴(yán)重，根據(jù)北京十三陵液體重力勢(shì)能蓄能電站的監(jiān)測(cè)，采用鋼筋混凝土面板防滲的上池水庫(kù)正常運(yùn)行以后，冬季實(shí)測(cè)最大滲漏量1998年為713L/s、1999年為694L/s、2000年為563L/s、2001年為433L/s，水分的損失必然帶來(lái)能量的損失。本實(shí)用新型利用容器進(jìn)行液體存儲(chǔ)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇即可有效解決液體的蒸發(fā)和滲漏問(wèn)題，同時(shí)也避免了庫(kù)體內(nèi)砂石被水流帶動(dòng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的磨損問(wèn)題。最后，本實(shí)用新型采用的分布式蓄液方案減少了對(duì)山體環(huán)境的破壞，并可兼作荒 山緑化的灌溉水源，具有一舉多得的優(yōu)點(diǎn)。

圖I為液體重力勢(shì)能蓄能系統(tǒng)示意圖；圖2為ー種罐體結(jié)構(gòu)圖；圖3為另ー種罐體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及ー種液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，包括蓄液容器、管道、閥門(mén)、監(jiān)測(cè)控制裝置、防凍及除冰設(shè)施、山體。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，上蓄液系統(tǒng)由下蓄液裝置I、泵2、液體中轉(zhuǎn)容器3、山體4、封閉式蓄液罐5、液體配給管路6、發(fā)電機(jī)組7等組成。圖I中僅給出基本結(jié)構(gòu)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)運(yùn)行效率及安全備份的需要，設(shè)置多條線(xiàn)路并行運(yùn)行。下蓄液裝置利用現(xiàn)有庫(kù)體、湖泊實(shí)現(xiàn)，以減少施工量、降低工程投資。在電カ負(fù)荷低谷期，下蓄液裝置中的液體經(jīng)由泵和液體中轉(zhuǎn)容器提升到位于山體高處的封閉式蓄液罐中，此時(shí)系統(tǒng)耗費(fèi)電能獲得液體重力勢(shì)能。本實(shí)施例所選用的是中等揚(yáng)程高流量的泵，通過(guò)多級(jí)抽提解決揚(yáng)程不足的問(wèn)題。蓄液容器為頂部封閉結(jié)構(gòu)。封閉式蓄液罐采用目前技術(shù)成熟的拱頂儲(chǔ)罐，采用普通碳鋼薄板焊接而成，內(nèi)外刷涂環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂層以提高設(shè)備使用壽命，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，罐體及管道等可設(shè)置保溫層、除冰設(shè)備等輔助設(shè)施。罐體上設(shè)有遠(yuǎn)傳式液位計(jì)，為監(jiān)測(cè)控制裝置提供實(shí)時(shí)的液面高度數(shù)據(jù)。根據(jù)山體的陡峭情況以及地面情況，若為土層較厚、坡度較緩的條件，可采用圖2所示的夯土地基形式。在山體102上選取合適的位置，平整地面并夯實(shí)形成夯土區(qū)域103，然后將罐體101放置于夯土上，這種結(jié)構(gòu)的承重由地基直接承受，因此可以降低儲(chǔ)罐底部材料和加工エ藝要求，利于節(jié)省成本，降低施工難度。若山體坡度陡峭或多石少土，則可以采用圖3所示的支柱式結(jié)構(gòu)。支柱202 —端牢固的固定在山體203中，另一端與儲(chǔ)罐201連接，這種結(jié)構(gòu)的承重由支柱承擔(dān)，材料強(qiáng)度有一定要求，但是對(duì)地形的適應(yīng)性非常高，儲(chǔ)罐之間的管道敷設(shè)空間較大，便于施工。封閉式蓄液罐之間通過(guò)液體配給管路進(jìn)行連接，通過(guò)閥門(mén)的切換實(shí)現(xiàn)液體流向和流量的控制。通過(guò)制定合理的閥門(mén)管理策略，使蓄液時(shí)從高度較低處的罐體開(kāi)始灌注，放液時(shí)從高度較高處的罐體開(kāi)ニ始排放，避免罐體控制閥門(mén)兩側(cè)產(chǎn)生過(guò)大壓力差而導(dǎo)致設(shè)備エ況惡劣，有效延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壽命。以單個(gè)儲(chǔ) 罐直徑23m，高度23m計(jì)算，單個(gè)儲(chǔ)罐的容積為9551m3，按照有效容積9000m3計(jì)算，100個(gè)儲(chǔ)罐可蓄液90萬(wàn)m3，若儲(chǔ)罐與下儲(chǔ)水裝置間的高度差為400m，使用水作為蓄能液體則可存儲(chǔ)約90萬(wàn)kWh的電能。在電カ負(fù)荷高峰期，儲(chǔ)罐內(nèi)的液體經(jīng)由管路排出，流經(jīng)發(fā)電機(jī)組，將液體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，為兼顧出力幅度和發(fā)電機(jī)組效率區(qū)間，采用單級(jí)和多級(jí)發(fā)電機(jī)組并行發(fā)電的模式，當(dāng)處理幅度要求低時(shí)，主要通過(guò)多級(jí)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，當(dāng)電網(wǎng)需要大量供電時(shí)，各機(jī)組均全力輸出。做功后的液體流回下儲(chǔ)液裝置，等待進(jìn)入下一次蓄能循環(huán)。需要申明的是，上述實(shí)施例僅用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明而非對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，因此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下對(duì)它進(jìn)行各種顯而易見(jiàn)的改變，都應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于上蓄液系統(tǒng)由多個(gè)立于山上的蓄液容器組成；多個(gè)蓄液容器之間由管道連接，用于液體的流通。
2.如權(quán)利要求I所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)蓄液容器布置在同一山體上或布置在不同山體上。
3.如權(quán)利要求1-2之一所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于上蓄液系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)控制裝置，用于控制液體進(jìn)出以及各蓄液容器內(nèi)的液面高度。
4.如權(quán)利要求1-2之一所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于上蓄液系統(tǒng)具有防凍及除冰設(shè)施，用于防止和消除低溫條件下液體發(fā)生相變。
5.如權(quán)利要求3所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于蓄液容器為頂部封閉結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于蓄液容器的底部直接坐落在地基上，或者蓄液容器由支柱支撐，底部懸于地面上方。
7.如權(quán)利要求4所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于蓄液容器為頂部封閉結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，其特征在于蓄液容器的底部直接坐落在地基上，或者蓄液容器由支柱支撐，底部懸于地面上方。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及液體重力勢(shì)能蓄能電站的上蓄液系統(tǒng)，包括蓄液容器、管道、閥門(mén)、監(jiān)測(cè)控制裝置、防凍及除冰設(shè)施、山體。上蓄液系統(tǒng)位于山體上。蓄液容器為坐落于地基上的封閉或半封閉罐體，當(dāng)?shù)孛嫫閸绮黄綍r(shí)，蓄液容器還可采用由支柱支撐起來(lái)懸于地面上方的封閉或半封閉罐體結(jié)構(gòu)，容器上設(shè)有液位監(jiān)測(cè)裝置，容器之間通過(guò)管道連接，管道上設(shè)有閥門(mén)。監(jiān)測(cè)控制裝置通過(guò)控制各閥門(mén)的開(kāi)閉控制液體的流入流出以及各容器內(nèi)的液位。上蓄液系統(tǒng)設(shè)有防凍及除冰設(shè)施。在電力負(fù)荷低谷期，將下蓄液裝置中的液體提升至蓄液容器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。在電力負(fù)荷高峰期，液體在監(jiān)測(cè)控制裝置的協(xié)調(diào)下，經(jīng)由管道從各蓄液容器中有序流出，驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置，將液體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。本實(shí)用新型儲(chǔ)能規(guī)模大、對(duì)地形及地質(zhì)條件要求低。
文檔編號(hào)F03B13/06GK202417800SQ20112032501
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者南寅, 王立昌 申請(qǐng)人:首瑞(北京)投資管理集團(tuán)有限公司