內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的制作方法

本發(fā)明涉及地下儲氣領域，尤其涉及一種內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置及其穩(wěn)壓控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

儲能系統(tǒng)是維持電網(wǎng)穩(wěn)定，保證供電可靠性的重要環(huán)節(jié)，并為解決可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)提供了有效途徑。壓縮空氣儲能技術(shù)由于具有受地理條件限制小、容量大、工作時間長、經(jīng)濟性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點，是有效解決大規(guī)模儲能問題的重要途徑。

壓縮空氣儲能系統(tǒng)作為大規(guī)模電力儲能技術(shù)研發(fā)的熱點，儲氣裝置是其重要部件之一。地下儲氣裝置是應用較早并且廣泛的儲氣裝置，通常選擇地下的天然洞穴或者廢棄的礦洞進行存儲,建設成本較低而且不占空間。其中應用較多的一種地下儲氣方式為鹽穴儲氣，通過向鹽巖層注入淡水，將鹽巖層溶解，再將鹽水排出，形成溶洞進行儲氣。這種儲氣庫密閉性能好，儲氣壓力高。

由于很多地下儲氣系統(tǒng)都采用可溶性鹽層儲氣，長期在儲氣工作狀態(tài)的高溫高壓環(huán)境和排氣工作狀態(tài)的低溫低壓環(huán)境來回切換，易引起鹽巖層坍塌和安全問題。在儲氣裝置中增加水，控制和調(diào)節(jié)液體的流入和流出量使儲氣容器壓強穩(wěn)定，然而可溶性鹽層壁不允許長期與水接觸，因此，現(xiàn)有技術(shù)中的鹽穴儲氣裝置如何避免內(nèi)壁與水接觸成為本技術(shù)領域亟待解決的一個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置及其穩(wěn)壓控制技術(shù)來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

本發(fā)明提供一種內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置，通過內(nèi)置蓄水容器，采用隔離裝置或除水單元，防止儲氣容器內(nèi)壁與水接觸引起內(nèi)壁腐蝕，采用液體驅(qū)動設備控制和調(diào)節(jié)液體的流入和流出量維持儲氣裝置壓強穩(wěn)定，確保儲氣裝置在儲氣和排氣兩種工作狀態(tài)中始終在恒定壓力附近工作。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。

所述內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置包括：蓄水容器A、儲氣容器B、液體管道C、氣體管道D、液體驅(qū)動設備E；蓄水容器A通過一定支撐結(jié)構(gòu)置于地下儲氣容器B內(nèi)部，下部封閉，上部與儲氣容器B相通，液體管道C一端穿越儲氣容器B器壁，連接到蓄水容器A底部，另一端連接到液體驅(qū)動設備E一端，液體驅(qū)動設備E另一端與外部蓄水設備相連，氣體管道D一端連接儲氣容器B，與儲氣容器B連接的位置可任意，另一端連接外部氣動設備，外部氣動設備向儲氣容器B內(nèi)注入或?qū)С鰤嚎s空氣；通過液體驅(qū)動設備E控制和調(diào)節(jié)液體流入和流出量實現(xiàn)穩(wěn)壓控制方案。

所述穩(wěn)壓控制方案包括控制目標和控制措施，控制目標有以下兩種：儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強，液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差；控制措施為：當控制目標的測量值低于設定值時，控制和調(diào)節(jié)液體驅(qū)動設備E增大液體流入量或減少液體流出量，當控制目標的測量值等于設定值時，控制和調(diào)節(jié)液體驅(qū)動設備E維持當前的液體流入量或流出量，當控制目標的測量值高于設定值時，控制和調(diào)節(jié)液體驅(qū)動設備E減少液體流入量或增大液體流出量。

所述蓄水容器A可為一個或多個，每個通過獨立的液體管道C與液體驅(qū)動設備E相連。

所述內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置，在蓄水容器A與儲氣容器B連通處可增加隔離裝置或除水單元，避免水進入儲氣容器B,隔離裝置或除水單元可以是硼體聚四氟乙烯ePTEE防水透氣膜等。

所述液體驅(qū)動設備E可采用可逆式水輪發(fā)電機組，或者同時采用水輪發(fā)電機組和水泵，或者采用液壓馬達；蓄水容器A為不銹鋼、混凝土、塑料等耐水材料；儲氣容器B為地下洞穴、或位于地面的金屬耐壓容器或管道；外部氣動設備為空壓機、膨脹機、燃氣輪機及各種氣體活塞設備；外部蓄水設備為低壓水池或高壓緩沖池等。

本發(fā)明的有益效果包括以下幾個方面。

（1）所述內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置將蓄水容器與儲氣容器分離，避免水腐蝕儲氣容器內(nèi)壁，為可溶性鹽穴儲氣和易被水腐蝕的金屬容器儲氣提供了一種實現(xiàn)方式，充分利用自然資源，節(jié)約了建設成本。

（2）所述內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置實現(xiàn)了氣液混合存儲，并控制和調(diào)節(jié)液體的流入和流出量使高壓儲氣容器內(nèi)氣體壓強恒定，實現(xiàn)了壓縮空氣的穩(wěn)壓存儲，避免了儲氣容器內(nèi)壓強的反復波動，有利于鹽穴儲氣裝置安全穩(wěn)定運行。

（3）所述內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的穩(wěn)壓控制目標為液體驅(qū)動設備兩端液體壓強差時，控制和調(diào)節(jié)液體的流入和流出量使設備兩端液體壓強差穩(wěn)定，有利于液體驅(qū)動設備穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的一種運行方案圖。

圖3為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的一種實施方案圖。

圖中標記：

蓄水容器A、儲氣容器B、液體管道C、氣體管道D、液體驅(qū)動設備E。

具體實施方案

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖1-3，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。

圖1為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。蓄水容器A通過一定支撐結(jié)構(gòu)置于地下儲氣容器B內(nèi)部，下部封閉，上部與儲氣容器B相通，液體管道C一端穿越儲氣容器B器壁，連接到蓄水容器A底部，另一端連接到液體驅(qū)動設備E一端，液體驅(qū)動設備E另一端與外部蓄水設備相連，氣體管道D一端連接儲氣容器B，與儲氣容器B連接的位置可任意，另一端連接外部氣動設備，外部氣動設備向儲氣容器B內(nèi)注入或?qū)С鰤嚎s空氣；在蓄水容器A與儲氣容器B連通處可增加隔離裝置或除水單元，避免水進入儲氣容器B。穩(wěn)壓儲氣裝置在工作過程中，水始終在蓄水容器A和液體管道C中流通，不與儲氣容器B內(nèi)壁接觸。

圖2為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的一種運行方案圖。氣體管道D與儲氣容器B連接的位置可任意，圖中氣體管道D與儲氣容器B底部相連。實現(xiàn)穩(wěn)壓控制可以通過液體驅(qū)動設備E控制和調(diào)節(jié)液體流入和流出量，也可通過外部氣動設備控制和調(diào)節(jié)氣體流入和流出量實現(xiàn)穩(wěn)壓控制，這里流入和流出量指液體或氣體的流入和流出速度。穩(wěn)壓控制方案的控制目標有兩種，以儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強為目標時，有利于外部氣動設備穩(wěn)定運行；以液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差為目標時，有利于液體驅(qū)動設備E穩(wěn)定運行。

以儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強為控制目標：儲氣時，液體驅(qū)動設備E或外部氣動設備控制單位時間內(nèi)流出的液體量與流入的高壓氣體量相等以保持穩(wěn)壓儲氣裝置內(nèi)壓強穩(wěn)定，當儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強的測量值低于設定值時，減少液體的流出量或增大氣體的流入量，當儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強的測量值高于設定值時，增大液體流出量或減少氣體流入量；排氣時，液體驅(qū)動設備E或外部氣動設備控制單位時間內(nèi)流入的液體量與流出的高壓氣體量相等以保持穩(wěn)壓儲氣裝置內(nèi)壓強穩(wěn)定，當儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強的測量值低于設定值時，增大液體流入量或減少氣體流出量，當儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強的測量值高于設定值時，減少液體流入量或增大氣體流出量。

以液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差控制為目標：液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差由儲氣裝置內(nèi)氣體的壓強和液體高度差產(chǎn)生的壓強共同決定。穩(wěn)壓儲氣方案在儲氣和排氣的過程中，液體驅(qū)動設備E高壓端液體壓強為，其中為儲氣裝置中高壓氣體壓強，為水的密度，為重力加速度，為儲氣裝置內(nèi)液體液面與液體驅(qū)動設備E高壓端的高度差。以儲氣容器B內(nèi)部氣體壓強為目標時，保持儲氣容器B內(nèi)部壓強穩(wěn)定，即不變，由于在儲氣和排氣的過程中一直變化，所以液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差不斷變化，不利于液體驅(qū)動設備E穩(wěn)定運行。以液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差為目標，儲氣時，逐漸增加，液體驅(qū)動設備E或外部氣動設備控制單位時間流出的液體量小于流入的高壓氣體量，使液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差穩(wěn)定，當液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差的測量值低于設定值時，減少液體的流出量或增大氣體的流入量，當液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差的測量值高于設定值時，增大液體流出量或減少氣體流入量；排氣時，逐漸減小，液體驅(qū)動設備E或外部氣動設備控制單位時間流入的液體量小于流出的高壓氣體量，使液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差穩(wěn)定，當液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差的測量值低于設定值時，增大液體流入量或減少氣體流出量，當液體驅(qū)動設備E兩端液體壓強差的測量值高于設定值時，減少液體流入量或增大氣體流出量。

圖3為本發(fā)明內(nèi)置蓄水容器的地下穩(wěn)壓儲氣裝置的一種實施方案圖。圖中蓄水容器A有多個，每個通過獨立的液體管道C與液體驅(qū)動設備E相連。在儲氣和排氣的過程中，通過閥門切換，一個蓄水容器A及其液體管道C和液體驅(qū)動設備E單獨作用，作用完畢后再切換下一個。蓄水容器A也可相互連通，形成一個大型蓄水容器，通過一個液體管道C與液體驅(qū)動設備E相連。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。