本發(fā)明屬于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于液體溫度控制的等溫壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電力發(fā)展迅猛，儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的重要組成部分。在各類儲(chǔ)能技術(shù)中，現(xiàn)階段可行的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)只有抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能兩種。其中，抽水蓄能儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)地理?xiàng)l件要求苛刻，且對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重等等，抽水蓄能的發(fā)展和應(yīng)用受到限制。而壓縮空氣儲(chǔ)能沒(méi)有諸如此類的問(wèn)題，有很大的發(fā)展前景。但是傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能需要和燃?xì)廨啓C(jī)配合，需要消耗燃料，產(chǎn)生污染。近年來(lái)，已有研究將液體活塞應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能中，解決了壓縮空氣儲(chǔ)能所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，但空氣縮放多為絕熱和自由膨脹過(guò)程，效率較低。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在有液體活塞中，每個(gè)活塞腔中由一個(gè)單一高壓容器組成，無(wú)其他控溫設(shè)計(jì)。其弊端在于氣體縮放過(guò)程多為絕熱、自由膨脹過(guò)程，使得壓縮空氣釋放能量效率低；并且溫度控制能力低，工作模式單一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電效率和溫度控制能力，本發(fā)明提出了一種基于液體溫度控制的等溫壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)及其方法，系統(tǒng)包括：內(nèi)控溫液體活塞、水力發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)氣罐、低壓水池、控溫液體源及相配套的外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施、液體驅(qū)動(dòng)裝置和閥門，內(nèi)控溫液體活塞分別與高壓氣體管道及低壓氣體管道相連，高壓氣體管道與儲(chǔ)氣罐相連，控溫液體源通過(guò)第二液體驅(qū)動(dòng)裝置與內(nèi)控溫液體活塞相連，水力發(fā)電設(shè)備連接內(nèi)控溫液體活塞、低壓水池和電網(wǎng)，低壓水池通過(guò)第一液體驅(qū)動(dòng)裝置與控溫液體源相連。

一種基于液體溫度控制的等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)電方法包括：

儲(chǔ)能時(shí)，水力發(fā)電設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為液體勢(shì)能，進(jìn)一步在內(nèi)控溫液體活塞中將氣體壓縮，產(chǎn)生熱量被液體儲(chǔ)存，使液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換為氣體勢(shì)能，將高壓氣體送入儲(chǔ)氣罐中；

發(fā)電時(shí)，在內(nèi)控溫液體活塞中高壓氣體膨脹做功，從液體中吸收熱量，將氣體勢(shì)能轉(zhuǎn)換成液體勢(shì)能進(jìn)而推動(dòng)水力發(fā)電設(shè)備發(fā)電；在儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程中內(nèi)控溫液體活塞利用液體比熱容大的特點(diǎn)控制氣體在縮放時(shí)的溫度變化；通過(guò)液體更換協(xié)調(diào)方法將控溫液體源內(nèi)液體替換內(nèi)控溫液體活塞原有液體，控制液體活塞內(nèi)氣體溫度；通過(guò)配套的外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施實(shí)現(xiàn)控溫液體源的液體溫度控制方法，有四種工作模式：開(kāi)放式直供運(yùn)行模式、密閉式直供運(yùn)行模式、余熱利用模式、高效發(fā)電模式。

所述液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程有并行工作和串行工作兩種協(xié)調(diào)運(yùn)行方式；并行工作是指液體更換與儲(chǔ)能發(fā)電同時(shí)進(jìn)行，串行工作是指液體更換與儲(chǔ)能發(fā)電依次分時(shí)進(jìn)行；當(dāng)內(nèi)控溫液體活塞由單個(gè)液體活塞獨(dú)立構(gòu)成時(shí)，其液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程只有串行工作運(yùn)行方式，具體過(guò)程如下：

儲(chǔ)能時(shí)，液體活塞內(nèi)充滿氣體，在水力發(fā)電設(shè)備的作用下將低壓水池中的液體送入液體活塞中壓縮氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道送入儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存起來(lái)，儲(chǔ)能過(guò)程結(jié)束后，將液體活塞內(nèi)液體在第三液體驅(qū)動(dòng)裝置作用下送出到外部液體源，再將通過(guò)外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施調(diào)溫至所需溫度的控溫液體源中液體送入低壓水池，或直接將控溫液體源作為低壓水池運(yùn)行，進(jìn)行下一次儲(chǔ)能過(guò)程；

發(fā)電時(shí)，液體活塞內(nèi)充滿液體，打開(kāi)閥門，儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道進(jìn)入液體活塞中膨脹做功，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備流出發(fā)電，發(fā)電過(guò)程結(jié)束后，在第二液體驅(qū)動(dòng)裝置作用下將控溫液體源中液體送入液體活塞中，液體活塞內(nèi)又充滿液體，進(jìn)行下一次發(fā)電過(guò)程。

所述內(nèi)控溫液體活塞由兩個(gè)液體活塞成對(duì)或多個(gè)液體活塞兩兩成對(duì)組成，其液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程有串行工作和并行工作兩種運(yùn)行方式，具體過(guò)程分別如下：

1)液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程串行工作運(yùn)行方式為：

儲(chǔ)能時(shí)，第一液體活塞內(nèi)充滿氣體，第二液體活塞充滿液體，根據(jù)溫度需要第二液體活塞中的液體經(jīng)過(guò)換液過(guò)程更換為所需溫度液體，液體更換過(guò)程結(jié)束后在水力發(fā)電設(shè)備的作用下將第二液體活塞中的液體送入第一液體活塞中壓縮氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道送入儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存起來(lái)，此時(shí)第二液體活塞內(nèi)充滿氣體，第一液體活塞內(nèi)充滿液體，如此反復(fù)上述儲(chǔ)能過(guò)程可將電能源源不斷轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)；

發(fā)電時(shí)，第一液體活塞內(nèi)充滿液體，第二液體活塞充滿氣體，打開(kāi)閥門，儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道進(jìn)入第一液體活塞中膨脹，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備流出發(fā)電，發(fā)電過(guò)程結(jié)束后，根據(jù)溫度需要經(jīng)過(guò)換液過(guò)程使第二液體活塞中更換為所需溫度液體，此時(shí)第一液體活塞內(nèi)充滿氣體，第二液體活塞充滿液體，如此反復(fù)上述發(fā)電過(guò)程可將壓縮空氣的勢(shì)能完全釋放用于發(fā)電；

2)液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程并行工作運(yùn)行方式為：

儲(chǔ)能時(shí)，第一液體活塞內(nèi)充滿氣體，第二液體活塞內(nèi)充滿液體，在水力發(fā)電設(shè)備的作用下將控溫液體源中的液體送入第一液體活塞中，壓縮第一液體活塞中的氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道送入儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存起來(lái)，同時(shí)在第三液體驅(qū)動(dòng)裝置的作用下將第二液體活塞中的液體排出，此時(shí)第一液體活塞內(nèi)充滿液體，第二液體活塞內(nèi)充滿氣體，如此反復(fù)上述儲(chǔ)能過(guò)程可將電能源源不斷轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)。

發(fā)電時(shí)，第一液體活塞內(nèi)充滿液體，第二液體活塞內(nèi)充滿氣體，打開(kāi)閥門，儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道進(jìn)入第一液體活塞中膨脹，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備流出發(fā)電，同時(shí)在第二液體驅(qū)動(dòng)裝置的作用下將控溫液體源中的液體送入第二液體活塞中，此時(shí)第一液體活塞內(nèi)充滿氣體，第二液體活塞內(nèi)充滿液體，如此反復(fù)上述發(fā)電過(guò)程可將壓縮空氣的勢(shì)能完全釋放用于發(fā)電。

所述多個(gè)液體活塞中兩兩成對(duì)的液體活塞的運(yùn)行方式與上述第一液體活塞和第二液體活塞的一致，并且多個(gè)液體活塞可以在液體更換過(guò)程中提高運(yùn)行效率。

所述液體溫度控制方法是指通過(guò)配套的外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施，對(duì)控溫液體源的液體進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)控制；實(shí)現(xiàn)四種工作模式分別為：

開(kāi)放式直供運(yùn)行模式，用于工作的液體溫度近似不變，控溫液體源為唯一的液體來(lái)源且為開(kāi)放式，水源足夠大，包括：海洋、水庫(kù)、河流、湖泊；

密閉式直供運(yùn)行模式，控溫液體源為唯一的液體來(lái)源且為保溫密閉式，儲(chǔ)能時(shí)，液體送入內(nèi)控溫液體活塞腔中，氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量傳遞給液體，這部分液體在升溫后被絕熱儲(chǔ)存起來(lái)；發(fā)電時(shí)，這部分液體送入內(nèi)控溫液體活塞在氣體膨脹過(guò)程中提供熱量，發(fā)電結(jié)束后，該部分液體又被絕熱儲(chǔ)存起來(lái)；如此反復(fù)循環(huán)利用；

余熱利用模式，控溫液體源分成兩種溫度差異明顯的液體源，儲(chǔ)能時(shí)選擇溫度較高的液體源，往內(nèi)控溫液體活塞腔中送入溫度較高的液體，氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量傳遞給液體，使液體溫度進(jìn)一步升高，利用高溫液體實(shí)現(xiàn)供熱供暖；發(fā)電時(shí)選擇溫度較低的液體源，往內(nèi)控溫液體活塞腔中送入溫度較低的液體，壓縮空氣膨脹從液體中吸熱，實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)熱量利用，在此過(guò)程中氣體和液體溫度都會(huì)降低，可用于制冷；為提高供暖效果，儲(chǔ)能時(shí)換熱器工作在升溫模式下升高液體溫度，為提高制冷效果，發(fā)電時(shí)換熱器工作在降溫模式下降低液體溫度；

高效發(fā)電模式，控溫液體源分成兩種溫度差異明顯的液體源，儲(chǔ)能時(shí)選擇溫度較低的液體源，低溫液體被送入內(nèi)控溫液體活塞中，氣體的熱量被低溫液體吸收，使氣體溫度和氣體壓強(qiáng)降低，減少氣體壓縮所用的能量；發(fā)電時(shí)選擇溫度較高的液體源，高溫液體被送入內(nèi)控溫液體活塞中，氣體吸收高溫液體的熱量，使氣體溫度和氣體壓強(qiáng)升高，以實(shí)現(xiàn)更高的能量輸出；為提高儲(chǔ)能發(fā)電效率，儲(chǔ)能時(shí)換熱器工作在降溫模式下降低液體溫度，發(fā)電時(shí)換熱器工作在升溫模式下升高液體溫度；

在上述所提到的儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程中，低壓水池可以和控溫液體源合二為一。

所述內(nèi)控溫液體活塞是指通過(guò)液體活塞內(nèi)部液體控制氣體壓縮或膨脹時(shí)溫度的變化，腔內(nèi)采用蓄氣單元技術(shù)、蓄水單元技術(shù)、填料塔技術(shù)、平板塔技術(shù)、強(qiáng)制液體循環(huán)技術(shù)或換熱導(dǎo)管技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速的熱質(zhì)交換。

其中，蓄氣單元的結(jié)構(gòu)為上部封閉底部開(kāi)放的罩缸結(jié)構(gòu)或封閉管道形式的氣包結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)氣液熱質(zhì)交換或者導(dǎo)熱式這兩種控溫方式；蓄水單元以導(dǎo)熱材料構(gòu)造，用于存儲(chǔ)液體，增大與氣體的接觸面積，促進(jìn)液體和氣體的熱交換，基于液體比熱大的特點(diǎn)，利用穩(wěn)定的液體溫度控制氣體溫度，限制溫度變化在一定范圍內(nèi)；填料塔是由塔體、噴淋裝置、填料及進(jìn)出口等部件組成，液體自塔上進(jìn)入，通過(guò)液體噴淋裝置均勻淋灑在塔截面上，氣體由塔底進(jìn)入塔內(nèi)，通過(guò)填料縫隙中的自由空間上升，從塔上部排出，氣液在填料塔內(nèi)呈逆流，得到充分接觸，達(dá)到快速熱質(zhì)交換的目的，平板塔作用與填料塔相同；強(qiáng)制液體循環(huán)是指當(dāng)液面低于液體活塞腔內(nèi)的蓄水單元主體后，蓄水單元下部管道的一端或兩端接入水泵，驅(qū)動(dòng)液體活塞腔底部的液體和腔內(nèi)蓄水單元內(nèi)的液體循環(huán)；或采用額外的管道和水泵，將液體活塞腔底部的液體送入水槽結(jié)構(gòu)蓄水單元內(nèi)，形成液體循環(huán)增強(qiáng)液體和氣體熱交換。

所述系統(tǒng)在低壓水池和控溫液體源之間設(shè)置換熱器，即所述外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施，根據(jù)所需液體溫度在液體更換過(guò)程中將液體溫度調(diào)溫至所需要求，所述換熱器的工作模式有兩種：

一是通過(guò)蒸發(fā)、冷凝塔、水循環(huán)或地下冷卻的液體降溫方式降低液體溫度；二是通過(guò)外部熱源、火電廠余熱、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿囊后w升溫方式升高液體溫度。

所述液體驅(qū)動(dòng)裝置是水泵或液壓活塞，根據(jù)液體流動(dòng)需要為單向驅(qū)動(dòng)或雙向驅(qū)動(dòng)，將內(nèi)控溫液體活塞、控溫液體源、低壓水池的高低位置合理布局實(shí)現(xiàn)在重力作用下液體直接流動(dòng)，從而省去液體驅(qū)動(dòng)裝置。

所述水力發(fā)電設(shè)備為液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換裝置、抽蓄發(fā)電機(jī)組、水泵水輪發(fā)電機(jī)組、液壓馬達(dá)或者其他水力設(shè)備，液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換裝置包括液壓活塞機(jī)構(gòu)及連接的直線發(fā)電機(jī)、經(jīng)曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)或另一組外部勢(shì)能源和發(fā)電設(shè)備。

所述水力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方式有如下幾種：一是以液壓勢(shì)能傳遞方式發(fā)電，在由兩組活塞組成的液壓活塞組兩邊連接兩個(gè)液壓勢(shì)能源，通過(guò)液壓活塞組做功將一個(gè)液壓勢(shì)能源的液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成另外一個(gè)液壓勢(shì)能源的液壓勢(shì)能，再用于發(fā)電；二是液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能方式發(fā)電，將液壓勢(shì)能源連接至液壓活塞組上，通過(guò)液壓勢(shì)能源中的液體推動(dòng)液壓活塞組做功，將液壓勢(shì)能源的液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)直線發(fā)電機(jī)或者曲柄發(fā)電機(jī)發(fā)電；三是液壓勢(shì)能直接發(fā)電方式，將液壓勢(shì)能源通過(guò)換向閥連接到水輪發(fā)電機(jī)上發(fā)電。

所述勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能方式發(fā)電的情況下，水力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)如下：將液壓勢(shì)能源連接到液壓活塞組上，液壓活塞組的連桿與發(fā)電單元相連；其中發(fā)電單元的實(shí)現(xiàn)形式包括：直線發(fā)電機(jī)、曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。

所述直線發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式如下：液壓勢(shì)能源與液壓活塞組相連，液壓活塞組的活塞桿與直線發(fā)電機(jī)的動(dòng)子直連，液壓勢(shì)能源中的液體通過(guò)液壓活塞組將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，直接驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)發(fā)電。

所述曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式如下：液壓勢(shì)能源與液壓活塞組相連，液壓活塞組的活塞桿通過(guò)曲柄結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)連接，液壓勢(shì)能源中的液體通過(guò)液壓活塞組將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)曲柄結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)繼而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

本發(fā)明的有益效益包括以下幾個(gè)方面：

(1)本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行改良，以液體為介質(zhì)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮和釋放，減少了氣體壓縮膨脹時(shí)泄露和機(jī)械滑動(dòng)帶來(lái)的摩擦，能量釋放徹底，效率高；既集成了液體活塞的優(yōu)點(diǎn)，又兼顧了控溫能力，提高了壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電的效率，具有很好的節(jié)能效果；解決了氣體體積變化所帶了劇烈溫度變化對(duì)設(shè)備的潛在危害，保證了工作氣體在儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程中溫度基本穩(wěn)定。

(2)本發(fā)明基于內(nèi)控溫技術(shù)，并通過(guò)控制液體的溫度來(lái)控制氣體的溫度，實(shí)現(xiàn)了不同工作運(yùn)行模式及其不同的儲(chǔ)能發(fā)電效率。

(3)本發(fā)明將壓縮空氣中的勢(shì)能以液體為介質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)液體勢(shì)能和其他形式的能的轉(zhuǎn)換。整套裝置提高了壓縮空氣儲(chǔ)能的能量利用效率，并且保留了液體活塞應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能所具有少污染、少泄露、少摩擦的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了綠色高效的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

(4)本發(fā)明將內(nèi)控溫液體活塞與液體源相連，可增加換熱器以進(jìn)一步調(diào)節(jié)要進(jìn)入液體活塞腔的控溫液體源的液體溫度，從而實(shí)現(xiàn)不同儲(chǔ)能發(fā)電效率的工作運(yùn)行模式。

附圖說(shuō)明

圖1是基于單個(gè)內(nèi)控溫液體活塞的系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)方案；

圖2是基于內(nèi)控溫液體活塞對(duì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案之一(液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程串行工作)；

圖3是基于內(nèi)控溫液體活塞對(duì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案之二(液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程并行工作)；

圖4是水力發(fā)電設(shè)備的實(shí)現(xiàn)形式；

圖5是水力發(fā)電設(shè)備為液壓活塞機(jī)構(gòu)，且發(fā)電單元為直線發(fā)電機(jī)的實(shí)現(xiàn)形式；

圖6是水力發(fā)電設(shè)備為液壓活塞機(jī)構(gòu)，且發(fā)電單元為曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的實(shí)現(xiàn)形式；

圖7是水力發(fā)電設(shè)備為液壓活塞機(jī)構(gòu)，且發(fā)電單元為虛擬抽水蓄能發(fā)電單元的實(shí)現(xiàn)形式；

圖中標(biāo)號(hào)：

1-高壓氣體管道，2-低壓氣體管道，3～8-液體管道，9～14、34～35-閥門，15～17-液體驅(qū)動(dòng)裝置，18-換熱器，19-控溫液體源，20、31-低壓水池，21-水力發(fā)電設(shè)備，22、24-填料，23、25-內(nèi)控溫液體活塞，26-儲(chǔ)氣罐，27-直線發(fā)電機(jī)，28-曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，29-水力設(shè)備，30-高壓水池，32-液壓活塞，33-液壓活塞連桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是基于單個(gè)內(nèi)控溫液體活塞的系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)由若干管道1～8，若干閥門9、10、13，液體驅(qū)動(dòng)裝置16～17，換熱器18，控溫液體源19，低壓水池20，水力發(fā)電設(shè)備21，內(nèi)控溫液體活塞23，儲(chǔ)氣罐26組成；其中內(nèi)控溫液體活塞23分別與高壓氣體管道1及低壓氣體管道2相連，高壓氣體管道1與儲(chǔ)氣罐26相連，控溫液體源19與內(nèi)控溫液體活塞23相連，水力發(fā)電設(shè)備21連接內(nèi)控溫液體活塞23、低壓水池20和電網(wǎng)。

系統(tǒng)的液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程是串行工作運(yùn)行方式，其具體過(guò)程為：

儲(chǔ)能時(shí)，液體活塞23內(nèi)充滿氣體，在水力發(fā)電設(shè)備21的作用下將低壓水池20中的液體送入液體活塞23中壓縮氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道1中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門10，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道1送入儲(chǔ)氣罐26中儲(chǔ)存起來(lái)；儲(chǔ)能過(guò)程結(jié)束后，將液體活塞23內(nèi)液體在液體驅(qū)動(dòng)裝置2作用下送出到外部液體源，再將通過(guò)外部溫度調(diào)節(jié)設(shè)施或換熱器18調(diào)溫至所需溫度的控溫液體源19中液體，送入低壓水池20，或直接將控溫液體源19作為低壓水池運(yùn)行，進(jìn)行下一次儲(chǔ)能過(guò)程；

發(fā)電時(shí)，液體活塞23內(nèi)充滿液體，打開(kāi)閥門10，儲(chǔ)氣罐26中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道1進(jìn)入液體活塞23中膨脹做功，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備21流出發(fā)電；發(fā)電過(guò)程結(jié)束后，在液體驅(qū)動(dòng)裝置2作用下將控溫液體源19中液體送入液體活塞23中，液體活塞23內(nèi)又充滿液體，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次發(fā)電過(guò)程。

圖2～3是基于內(nèi)控溫液體活塞對(duì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的兩種方案，其中圖2是方案之一，其液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程串行工作，圖3是方案之二，其液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程并行工作。

圖2系統(tǒng)由若干管道1～8，若干閥門9～14，液體驅(qū)動(dòng)裝置15～17，換熱器18，控溫液體源19，低壓水池20，水力發(fā)電設(shè)備21，內(nèi)控溫液體活塞23、25，儲(chǔ)氣罐26組成；其中內(nèi)控溫液體活塞23、25分別與高壓氣體管道1及低壓氣體管道2相連，高壓氣體管道1與儲(chǔ)氣罐26相連，控溫液體源19與內(nèi)控溫液體活塞23相連，低壓水池20通過(guò)液體驅(qū)動(dòng)裝置15與液體活塞23相連，水力發(fā)電設(shè)備21通過(guò)管道7、8連接兩個(gè)內(nèi)控溫液體活塞23、25以及電網(wǎng)。

系統(tǒng)的液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程是串行工作運(yùn)行方式，其具體過(guò)程為：

儲(chǔ)能時(shí)，液體活塞25內(nèi)充滿氣體，液體活塞23充滿液體，根據(jù)溫度需要液體活塞23中的液體經(jīng)過(guò)換液過(guò)程更換為所需溫度液體，液體更換過(guò)程結(jié)束，然后在水力發(fā)電設(shè)備21的作用下將液體活塞23中的液體送入液體活塞25中壓縮氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道1中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門12，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道1送入儲(chǔ)氣罐26中儲(chǔ)存起來(lái)，此時(shí)液體活塞23內(nèi)充滿氣體，液體活塞25內(nèi)充滿液體，如此反復(fù)上述儲(chǔ)能過(guò)程可將電能源源不斷轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)。

發(fā)電時(shí)，液體活塞25內(nèi)充滿液體，液體活塞23充滿氣體，打開(kāi)閥門12，儲(chǔ)氣罐26中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道1進(jìn)入液體活塞25中膨脹，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備21流出發(fā)電，發(fā)電過(guò)程結(jié)束后，根據(jù)溫度需要經(jīng)過(guò)換液過(guò)程使液體活塞23中更換為所需溫度液體，此時(shí)液體活塞25內(nèi)充滿氣體，液體活塞23充滿液體，如此反復(fù)上述發(fā)電過(guò)程可將壓縮空氣的勢(shì)能完全釋放用于發(fā)電。

圖3系統(tǒng)由若干管道1～8(包括管道3-1、3-2、7-1、7-2)，若干閥門9～14、34～35，液體驅(qū)動(dòng)裝置16～17，換熱器18，控溫液體源19，低壓水池20，水力發(fā)電設(shè)備21，內(nèi)控溫液體活塞23、25，儲(chǔ)氣罐26組成；其中內(nèi)控溫液體活塞23、25分別與高壓氣體管道1及低壓氣體管道2相連，高壓氣體管道1與儲(chǔ)氣罐26相連，控溫液體源19通過(guò)管道3-1、3-2、4與內(nèi)控溫液體活塞23、25相連，水力發(fā)電設(shè)備21通過(guò)管道7-1、7-2與液體活塞23、25連接，通過(guò)管道8與低壓水池20以及電網(wǎng)連接。

系統(tǒng)的液體更換協(xié)調(diào)方法與儲(chǔ)能發(fā)電過(guò)程是并行工作運(yùn)行方式，其具體過(guò)程為：

儲(chǔ)能時(shí)，液體活塞25內(nèi)充滿氣體，液體活塞23內(nèi)充滿液體，在水力發(fā)電設(shè)備21的作用下將控溫液體源19中的液體送入液體活塞25中，壓縮液體活塞25中的氣體使其氣壓升高，當(dāng)達(dá)到高壓氣體管道1中的氣體氣壓時(shí)打開(kāi)閥門12，將壓縮氣體通過(guò)高壓氣體管道1送入儲(chǔ)氣罐26中儲(chǔ)存起來(lái)，同時(shí)在液體驅(qū)動(dòng)裝置2的作用下將液體活塞23中的液體排出，此時(shí)液體活塞25內(nèi)充滿液體，液體活塞23內(nèi)充滿氣體，如此反復(fù)上述儲(chǔ)能過(guò)程可將電能源源不斷轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)。

發(fā)電時(shí)，液體活塞25內(nèi)充滿液體，液體活塞23內(nèi)充滿氣體，打開(kāi)閥門12，儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體通過(guò)高壓氣體管道1進(jìn)入液體活塞25中膨脹，推動(dòng)液體通過(guò)水力發(fā)電設(shè)備21流出發(fā)電，同時(shí)在液體驅(qū)動(dòng)裝置2的作用下將控溫液體源19中的液體送入液體活塞23中，此時(shí)液體活塞25內(nèi)充滿氣體，液體活塞23內(nèi)充滿液體，如此反復(fù)上述發(fā)電過(guò)程可將壓縮空氣的勢(shì)能完全釋放用于發(fā)電。

圖4是水力發(fā)電設(shè)備的實(shí)現(xiàn)形式。當(dāng)內(nèi)控溫液體活塞由單個(gè)液體活塞獨(dú)立構(gòu)成時(shí)，水力發(fā)電設(shè)備21通過(guò)管道7、8連接液體活塞23、低壓水池20和電網(wǎng)，當(dāng)內(nèi)控溫液體活塞由兩個(gè)液體活塞成對(duì)或多個(gè)液體活塞成組組成時(shí)，在串行工作的情況下，水力發(fā)電設(shè)備21通過(guò)管道7、8連接兩個(gè)內(nèi)控溫液體活塞23和25以及電網(wǎng)，在并行工作的情況下，水力發(fā)電設(shè)備21通過(guò)管道7(7-1、7-2)、8連接兩個(gè)內(nèi)控溫液體活塞23和25、低壓水池20以及電網(wǎng)。

圖5～7是發(fā)電單元的三種實(shí)現(xiàn)形式。圖5是直線發(fā)電機(jī)的形式，該形式包括液壓活塞32、連桿33和直線發(fā)電機(jī)27，連桿33與直線發(fā)電機(jī)27之間進(jìn)行能量傳遞。圖6曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的形式，該形式包括液壓活塞32、連桿33和曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)28，連桿33與曲柄連接的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)28之間進(jìn)行能量傳遞。圖7是抽蓄發(fā)電單元的形式，該形式包括液壓活塞組32、連桿33、水力設(shè)備29、高壓水池30和低壓水池31。儲(chǔ)能時(shí)，水力設(shè)備29消耗電能，將低壓水池31中的液體抽到高壓水池30中，并利用高低壓水池的勢(shì)能差驅(qū)動(dòng)液壓活塞組32，將能量轉(zhuǎn)化成連桿33的機(jī)械能；發(fā)電時(shí)將連桿33上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓勢(shì)能，將低壓水池31的液體抽到高壓水池30，然后利用高低壓水池的勢(shì)能差驅(qū)動(dòng)水力設(shè)備29發(fā)電。

液體驅(qū)動(dòng)裝置17根據(jù)不同的運(yùn)行模式，將對(duì)應(yīng)溫度的控溫液體源的液體送入內(nèi)控溫液體活塞23或25中。其中工作運(yùn)行模式有以下四種模式：

第一種為開(kāi)放式直供運(yùn)行模式，用于工作的液體溫度近似不變，控溫液體源為唯一的液體來(lái)源且為開(kāi)放式，水源足夠大，如海洋、水庫(kù)等；

第二種為密閉式直供運(yùn)行模式，控溫液體源為唯一的液體來(lái)源且為保溫密閉式，儲(chǔ)能時(shí)，液體送入內(nèi)控溫液體活塞腔中，氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量傳遞給液體，這部分液體在升溫后被絕熱儲(chǔ)存起來(lái)；發(fā)電時(shí)，這部分液體送入內(nèi)控溫液體活塞在氣體膨脹過(guò)程中提供熱量，發(fā)電結(jié)束后，該部分液體又被絕熱儲(chǔ)存起來(lái)；如此反復(fù)循環(huán)利用；

第三種為余熱利用模式，控溫液體源分成兩種溫度差異明顯的液體源，儲(chǔ)能時(shí)選擇溫度較高的液體源，往內(nèi)控溫液體活塞腔中送入溫度較高的液體，氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量傳遞給液體，使液體溫度進(jìn)一步升高，利用高溫液體實(shí)現(xiàn)供熱供暖；發(fā)電時(shí)選擇溫度較低的液體源，往內(nèi)控溫液體活塞腔中送入溫度較低的液體，壓縮空氣膨脹從液體中吸熱，實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)熱量利用，在此過(guò)程中氣體和液體溫度都會(huì)降低，可用于制冷；

第四種為高效發(fā)電模式，控溫液體源分成兩種溫度差異明顯的液體源，儲(chǔ)能時(shí)選擇溫度較低的液體源，低溫液體被送入內(nèi)控溫液體活塞中，氣體的熱量被低溫液體吸收，使氣體溫度和氣體壓強(qiáng)降低，減少氣體壓縮所用的能量；發(fā)電時(shí)選擇溫度較高的液體源，高溫液體被送入內(nèi)控溫液體活塞中，氣體吸收高溫液體的熱量，使氣體溫度和氣體壓強(qiáng)升高，以實(shí)現(xiàn)更高的能量輸出。

此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。