一种海上压缩空气储能系统及电力系统的制作方法

1.本实用新型涉及压缩空气储能技术领域，具体涉及一种海上压缩空气储能系统及电力系统。


背景技术：

2.压缩空气储能技术是解决风能、太阳能等可再生能源发电间歇、不稳定性的重要技术手段。由于海上风况多变，包括稳定风况、阵风风况以及渐变风况等，而海上风力发电机组发电量受风况影响，导致风电存在间歇性、波动性和不可控性，风电并网波动会对电网造成冲击。因此，现有技术中，采用压缩空气储能装置来调节电网不稳定性和削峰填谷。具体为，利用地下洞穴空间形成的天然密封储存介质或于其内壁上敷设柔性气密高分子薄膜以存储高压空气，或直接利用地面储气装置来存储高压空气。当电网供大于求时，利用压缩空气子系统将电能转化为机械能，再转化为压力势能和热能分别存储于储气装置和储热装置中，当电网供小于求时，利用空气膨胀子系统将储气装置和储热装置的压力势能和热能转化为机械能对外输出。
3.然而，既有方案中，地下洞穴包括盐穴、地下含水层、硬岩层洞穴、天然盐岩洞、废弃天然气或石油储气室，地面储气包括金属储罐/管道、热塑性管，而这些储气装置受地理条件限制或成本昂贵，另一方面，需要敷设较长的气体输送管路，建设成本高，而且目前应用的压缩空气储能项目均是调节电网侧的不稳定电源，压缩空气储能系统和风光等源侧电源并网均需敷设较长的输配电线路，成本高昂。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中地下洞穴受地理条件限制，地面储气装置建设成本高，输气管路和输电线路成本高昂的缺陷，从而提供一种不占用沿海昂贵陆地空间，直接利用海上风机塔筒和水下储气装置作为联合储气装置的海上压缩空气储能系统及电力系统，其中，风机塔筒包括固定式风机塔筒和漂浮式风机塔筒。
5.为了解决上述问题，本实用新型一方面提供了一种海上压缩空气储能系统，包括空气压缩系统、海上联合储气装置和空气膨胀系统；空气压缩系统的输出端和海上联合储气装置的输入端连接，海上联合储气装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接；其中，海上联合储气装置包括塔筒和水下储气装置，塔筒包括第一储气空腔；水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，水下储气装置包括第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通。
6.可选的，塔筒包括沿轴向分体设置的多个塔筒节；第一储气空腔设于一个或多个塔筒节内。
7.可选的，塔筒包括沿径向套设的外筒体和内筒体；外筒体和内筒体之间的环形间隙构成第一储气空腔。
8.可选的，水下储气装置包括固定设于海底的储罐，储罐的内腔构成第二储气空腔，
储罐设于塔筒的下方，塔筒的底部与储罐贯穿连通，或，第一储气空腔通过管路和第二储气空腔连通。
9.可选的，塔筒节内设有一个储气单元；或，塔筒节内设有多个储气单元，多个储气单元围绕塔筒节的内周间隔设置，多个储气单元之间通过管路连通。
10.可选的，储罐采用混凝土或防腐钢制成，储罐与塔筒的底部一体化设置。
11.可选的，塔筒设有多个，储罐设有多个，多个储罐一一对应地设于塔筒的底部，多个第一储气空腔和多个第二储气空腔一一对应地连通。
12.可选的，塔筒设有多个，储罐设有一个，多个塔筒的第一储气空腔通过管路和储罐的第二储气空腔连通。
13.可选的，水下储气装置包括悬浮于水中的气囊，气囊的内腔构成第二储气空腔，塔筒设有接口，气囊的气嘴和塔筒的接口之间通过管路连接，以将第一储气空腔和第二储气空腔连通。
14.可选的，气囊设有多个，多个气囊围绕塔筒外周间隔分布，多个气囊的第二储气空腔通过管路和塔筒的第一储气空腔连通。
15.可选的，气囊设有多个，塔筒设有多个，多个塔筒的第一储气空腔和多个气囊的第二储气空腔连通。
16.可选的，气囊设有一个，塔筒设有多个，多个塔筒的第一储气空腔通过管路和气囊的第二储气空腔连通。
17.可选的，空气压缩系统包括依次串联的多级压缩机，相邻的压缩机之间连接有冷却器；空气膨胀系统包括依次串联的多级气体膨胀机，相邻的气体膨胀机之间连接有再热器；压缩机和海上联合储气装置之间连接有蓄冷换热器，海上联合储气装置的输入端和蓄冷换热器的输出端连接，海上联合储气装置的输出端和蓄冷换热器的输入端连接。
18.可选的，空气压缩系统和海上联合储气装置之间设有降压装置；空气压缩系统的输出端和降压装置的输入端连接，降压装置的输出端和海上联合储气装置的输入端连接；海上联合储气装置和空气膨胀系统之间设有加压装置，加压装置的输入端和海上联合储气装置的输出端连接，加压装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接。
19.本实用新型另一方面提供了一种电力系统，包括电网、海上风力发电机组以及以上技术方案中任一项的海上压缩空气储能系统，空气压缩系统和电网电连接，或空气压缩系统和海上风力发电机组电连接，空气膨胀系统和电网电连接。
20.本实用新型具有以下优点：
21.1.利用本实用新型的海上压缩空气储能系统，储能时，通过空气压缩系统将空气压缩并存储于海上联合储气装置中，释能时，释放海上联合储气装置中的压缩空气，输出至空气膨胀系统，通过膨胀做功发电；
22.通过设置海上联合储气装置，其中，塔筒设置第一储气空腔，能够利用塔筒自身的空间作为一部分的储能空间，且设置水下储气装置，水下储气装置设置第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通，实现水下储气装置和塔筒联合储气，能够扩大海上压缩空气的储能空间，相比于建设地下空间，无需占用沿海昂贵的陆地空间，且缩短了输送管路的长度，缩减了建设成本，且塔筒和水下储气装置联合，扩充了海上压缩空气储能空间；
23.可根据选址风场、深海条件等实际储能需求，灵活分配第一储气空腔和第二储气
空腔的储能容量；
24.由于水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，利用水的静压维持海上压缩空气储能系统定压运行，避免因压力变化而使空气压缩系统和空气膨胀系统偏离设计工况低效率运行，提高系统能量转化效率。
25.2.塔筒沿轴向设置一个或多个塔筒节，第一储气空腔设于一个或多个塔筒节内，或者塔筒设置外筒体和内筒体，两者之间的环形间隙构成第一储气空腔，能够根据塔筒的实际情况，灵活选择第一储气空腔的设置方式，由于塔筒本身是类管线钢储罐结构，可通过对塔筒内部空间结构进行优化和利用，代替现有的地下储气空间，减少了地下或地面储气空间的建设成本。
26.3.空气压缩系统设置多级压缩机串联，且每级压缩机后连接冷却器，在储能时，能够对空气进行多级压缩和冷却，将压力势能和温度热能分别存储于海上联合储气装置和集热装置中；空气膨胀系统设置多级气体膨胀机串联，且每级气体膨胀机后连接再热器，在释能时，海上联合储气装置中的高压空气经集热装置增温，变为高压高温空气，再注入气体膨胀机内膨胀做功。空气压缩系统和空气膨胀系统能够将空气压缩至超临界状态，可显著提高系统效率且减少储气占用空间，也可以将空气压缩至非超临界状态，能够根据海上风电场或电网低谷电所需存储电能的功率和时长，来灵活选择海上压缩空气储能系统的具体储气状态。
27.4.利用本实用新型的电力系统，将海上压缩空气储能系统和风速相对较高且稳定的海上风电场进行耦合，能够实现分布式储能和区域性微电网，靠近沿海负荷中心，降低输配电成本。
28.5.电力系统中，除了海上联合储气装置布置于海上，其余部分可布置于海上，能够缩短输气管路，也可以分布于陆上，用远距离输电取代远距离输气，可充分利用压缩热，减少能量的浪费，提高系统效率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1示出了本实用新型实施例提供的海上压缩空气储能系统的结构示意图；
31.图2示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中塔筒的第一种实施例的结构示意图；
32.图3示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中塔筒的第二种实施例的结构示意图；
33.图4示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中塔筒的第三种实施例的结构示意图；
34.图5示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第一种实施例的结构示意图；
35.图6示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第二
种实施例的结构示意图；
36.图7示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第三种实施例的结构示意图；
37.图8示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第四种实施例的结构示意图；
38.图9示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第五种实施例的结构示意图；
39.图10示出了本实用新型提供的海上压缩空气储能系统中海上联合储气装置的第六种实施例的结构示意图；
40.图11示出了本实用新型提供的电力系统的第一种实施例的结构示意图；
41.图12示出了本实用新型提供的电力系统的第二种实施例的结构示意图；
42.图13示出了本实用新型实施例提供的海上压缩空气储能系统中多个塔筒和多个储罐连接的结构示意图；
43.图14示出了本实用新型实施例提供的海上压缩空气储能系统中多个塔筒和一个储罐连接的结构示意图；
44.图15示出了本实用新型实施例提供的海上压缩空气储能系统中多个塔筒和多个气囊连接的结构示意图；
45.图16示出了本实用新型实施例提供的海上压缩空气储能系统中多个塔筒和一个气囊连接的结构示意图。
46.附图标记说明：
47.1、空气压缩系统；11、压缩机；12、冷却器；2、海上联合储气装置；21、塔筒；211、塔筒节；212、外筒体；213、内筒体；214、第一储气空腔；215、人孔；216、连接管；22、水下储气装置；221、储罐；222、气囊；223、第二储气空腔；3、空气膨胀系统；31、气体膨胀机；32、再热器；4、降压装置；41、液体膨胀机；5、加压装置；51、低温泵；6、蓄冷换热器；7、过滤器；8、缓存装置；9、控制阀；10、集热装置；20、蓄冷装置；100、海上压缩空气储能系统；200、电网；300、海上风力发电机组。
具体实施方式
48.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
49.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
50.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
52.为了便于介绍本实用新型的技术方案，以下结合附图以及具体的实施例来详细说明，但实施例不应看作是对本实用新型的限制。
53.实施例1
54.一种海上压缩空气储能系统100，参照图1-图10，包括空气压缩系统1、海上联合储气装置2和空气膨胀系统3；空气压缩系统1的输出端和海上联合储气装置2的输入端连接，海上联合储气装置2的输出端和空气膨胀系统3的输入端连接；其中，海上联合储气装置2包括塔筒21和水下储气装置22，塔筒21包括第一储气空腔214；水下储气装置22固定设于水下或悬浮于水中，水下储气装置22包括第二储气空腔223，第一储气空腔214和第二储气空腔223连通。
55.利用本实用新型的海上压缩空气储能系统100，储能时，通过空气压缩系统1将空气压缩并存储于海上联合储气装置2中，释能时，释放海上联合储气装置2中的压缩空气，输出至空气膨胀系统3，通过膨胀做功发电。
56.通过设置海上联合储气装置2，其中，塔筒21设置第一储气空腔214，能够利用塔筒21自身的空间作为一部分的储能空间，且设置水下储气装置22，水下储气装置22设置第二储气空腔223，第一储气空腔214和第二储气空腔223连通，实现水下储气装置22和塔筒21联合储气，能够扩大海上压缩空气的储能空间，相比于建设地下空间，无需占用沿海昂贵的陆地空间，且缩短了输送管路的长度，缩减了建设成本，且塔筒21和水下储气装置22联合，扩充了海上压缩空气储能空间。
57.可根据选址风场、深海条件等实际储能需求，灵活分配第一储气空腔214和第二储气空腔223的储能容量；具体的，当塔筒21的第一储气空腔214的容积较大，且实际储能需求较低时，则可适当缩减水下储气装置22的容积，减小水下储气装置22的建设成本；当塔筒21第一储气空腔214的容积较小，且实际储能需求较大时，则可适当扩大水下储气装置22的容积，以满足海上压缩空气储能需求。设计人员可根据实际情况灵活分配第一储气空腔214和第二储气空腔223的储能容量。
58.由于水下储气装置22固定设于水下或悬浮于水中，利用水的静压维持海上压缩空气储能系统100定压运行，避免因压力变化而使空气压缩系统1和空气膨胀系统3偏离设计工况低效率运行，提高系统能量转化效率。
59.具体的，空气压缩系统1的输出端是指空气压缩系统1输出气体的端口，也可以说是出气端。海上联合储气装置2的输入端，是指海上联合储气装置2输入压缩空气的端口，也可以说是进气端。海上联合储气装置2的输出端是指输出压缩空气的端口，也可以说是出气端。空气膨胀系统3的输入端是指向空气膨胀系统3内输入压缩空气的端口，也可以说是进气端。
60.可选的，图2提供了塔筒21的第一种实施例的结构示意图，塔筒21包括沿轴向分体设置的多个塔筒节211；第一储气空腔214设于一个或多个塔筒节211内。具体的，沿塔筒21
的轴向，塔筒节211的连接端设置法兰盘，相邻的两个塔筒节211之间通过螺栓连接。自下而上，塔筒节211的内径逐渐减小，因此，多个塔筒节211内的第一储气空腔214的容量也自下而上地递减。可选的，在塔筒节211内设置储气桶，储气桶的内腔构成第一储气空腔214。
61.可选的，塔筒节211内设有一个储气单元；或，塔筒节211内设有多个储气单元，多个储气单元围绕塔筒节211的内周间隔设置，多个储气单元之间通过管路连通。在内径较大的塔筒节211内，储气单元设置多个，且围绕塔筒节211的内周间隔布置。可选的，多个储气单元围绕塔筒节211的内周均匀分布。相邻的塔筒节211之间的储气单元通过管路相互连通。具体的，储气单元可以是储气桶，即，塔筒节211内设置一个或多个储气桶。设计人员可根据实际情况选择储气单元的形状、数量、容积等，此处不做限制。
62.可选的，在塔筒节211上设有人孔215，便于进入塔筒21内进行检修。
63.可选的，参照图3和图4，塔筒21包括沿径向套设的外筒体212和内筒体213；外筒体212和内筒体213之间的环形间隙构成第一储气空腔214。作为塔筒21的第二种实施例，参照图3，内筒体213的长度小于外筒体212的长度，内筒体213的外壁和外筒体212的内壁之间围成的空间构成第一储气空腔214。作为塔筒21的第三种实施例，参照图4，内筒体213的长度等于外筒体212的长度，内筒体213和外筒体212之间的环形间隙构成第一储气空腔214。
64.以上两种第一储气空腔214的设置方式，设计人员可根据塔筒21的实际情况以及储能需求灵活选择，从而对塔筒21的内部空间进行充分利用。
65.可选的，参照图5-图7，水下储气装置22包括固定设于海底的储罐221，储罐221的内腔构成第二储气空腔223，储罐221设于塔筒21的下方，塔筒21的底部与储罐221贯穿连通，即储罐221可作为塔筒21底部的基础，塔筒21的底部与储罐221贯通，则，塔筒21的内腔和储罐221的内腔直接连通。
66.海上联合储气装置2的第一种实施例，如图5所示，由上述的第一种实施例的塔筒21和储罐221通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和储罐221的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径小于塔筒21的直径。
67.海上联合储气装置2的第二种实施例，如图6所示，由上述的第二种实施例的塔筒21和储罐221通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和储罐221的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径小于塔筒21的直径。
68.海上联合储气装置2的第三种实施例，如图7所示，由上述的第三种实施例的塔筒21和储罐221通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和储罐221的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径等于塔筒21的直径。
69.当然，作为一种可替换的连接方式，塔筒21的底部和储罐221连接，但不贯通，第一储气空腔214通过管路和第二储气空腔223连通。具体的，塔筒21设有与第一储气空腔214连通的第一接口，储罐221上设有与第二储气空腔223连通的第二接口，第一接口和第二接口之间通过管路连接，从而将第一储气空腔214和第二储气空腔223连通。
70.可选的，储罐221采用混凝土或防腐钢制成，储罐221与塔筒21的底部一体化设置。一方面，由于储罐221采用混凝土或防腐钢制成，储罐221为刚性，设于海水下，无需设置额外的压载，另一方面，储罐221和塔筒21的底部一体化设置，储罐221能够作为塔筒21的基础，从而，在建设塔筒21时一并建设储罐221，能够进一步减少海上联合储气装置2的建设成本。
71.可选的，参照图13，塔筒21设有多个，储罐221设有多个，多个储罐221一一对应地设于塔筒21的底部，多个第一储气空腔214和多个第二储气空腔223一一对应地连通。由于海上通常阵列式地设置多个风机，因此，海上设有多个塔筒21，相应地，储罐221也设置多个，多个塔筒21和多个储罐221一一对应连接，即多个第一储气空腔214和多个第二储气空腔223一一对应连通。
72.可选的，在一些其他的实施例中，参照图14，塔筒21设有多个，储罐221设有一个，多个塔筒21的第一储气空腔214通过管路和储罐221的第二储气空腔223连通。
73.可选的，参照图8-10，水下储气装置22包括悬浮于水中的气囊222，气囊222的内腔构成第二储气空腔223，塔筒21设有接口，气囊222的气嘴和塔筒21的接口之间通过管路连接，以将第一储气空腔214和第二储气空腔223连通。
74.可选的，参照图15，塔筒21设有多个，气囊222设有多个，多个气囊222和多个塔筒21一一对应地连接，即，多个第一储气空腔214和多个第二储气空腔223一一对应地连通。
75.可选的，参照图16，塔筒21设有多个，气囊222设有一个，多个塔筒21通过管路和气囊222连接，即，多个第一储气空腔214和一个第二储气空腔223连通。
76.海上联合储气装置2的第四种实施例，如图8所示，由上述的第一种实施例的塔筒21和气囊222通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和气囊222的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径小于塔筒21的直径。
77.海上联合储气装置2的第五种实施例，如图9所示，由上述的第二种实施例的塔筒21和气囊222通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和气囊222的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径小于塔筒21的直径。
78.海上联合储气装置2的第六种实施例，如图10所示，由上述的第三种实施例的塔筒21和气囊222通过连接管216连接构成，塔筒21的第一储气空腔214和气囊222的第二储气空腔223通过连接管216连通，连接管216的直径等于塔筒21的直径。
79.可选的，气囊222设有多个，多个气囊222围绕一个塔筒21的外周间隔分布，多个气囊222的第二储气空腔223通过管路和塔筒21的第一储气空腔214连通。
80.采用气囊222，能够实现漂浮式的海上压缩空气储能系统100，能够突破近海限制，避免多功能干扰，适用于大型漂浮式风电机组，满足海上风电机组单机容量持续增大的发展需求。
81.压缩空气的存储状态包括气态和非气态，非气态包括液态和超临界状态。
82.作为海上压缩空气储能系统100的第一种实施例，参照图1，空气压缩系统1包括依次串联的多级压缩机11，每级压缩机11后连接有冷却器12；具体的，冷却器12包括设于两个压缩机11之间的间冷器以及设于末端的压缩机11的下游的后冷器。空气膨胀系统3包括依次串联的多级气体膨胀机31，每级气体膨胀机31后连接有再热器32；空气压缩系统1和海上联合储气装置2之间、空气膨胀系统3和海上联合储气装置2之间连接有蓄冷换热器6，空气压缩系统1的输出端和蓄冷换热器6的第一输入端连接，蓄冷换热器6的第一输出端和海上联合储气装置2的输入端连接；海上联合储气装置2的输出端和蓄冷换热器6的第二输入端连接，蓄冷换热器6的第二输出端和空气膨胀系统3连接。
83.工作原理：在储能时，多级压缩机11和级间冷却器12能够对空气进行多级压缩和冷却，将空气压缩，并存储于海上联合储气装置2中，压缩空气的存储状态为气态；在释能
时，压缩空气注入气体膨胀机31内，经过多级膨胀和加热，膨胀做功输出。
84.作为海上压缩空气储能系统100的第二种实施例，空气压缩系统1和海上联合储气装置2之间设有蓄冷换热器6，空气压缩系统1包括设于蓄冷换热器6和海上联合储气装置2之间的降压装置4。蓄冷换热器6具有第一进口、第一出口、第二进口和第二出口。压缩机11的输出端和蓄冷换热器6的第一进口连接，蓄冷换热器6的第一出口和降压装置4的输入端连接，降压装置4的输出端和海上联合储气装置2的输入端连接。储能时，高压气体经过多级压缩机11和级间冷却器12进行压缩和冷却，经过蓄冷换热器6进行换热，再次冷却，经过降压装置4降压后常压存储于海上联合储气装置2中，压缩空气的存储状态为非气态。可选的，降压装置4包括液体膨胀机41或节流阀。
85.可选的，空气膨胀系统3包括加压装置5，加压装置5的输入端和海上联合储气装置2的输出端连接，加压装置5的输出端和蓄冷换热器6的第二进口连接，蓄冷换热器6的第二出口和气体膨胀机31的输入端连接。在释能时，海上联合储气装置2内的压缩空气经加压装置5加压，再经蓄冷换热器6加热至常温，后经多级气体膨胀机31和级间再热器32进行膨胀和加热，最终输出。可选的，加压装置5包括低温泵51。
86.工作原理：
87.在储能时，多级压缩机11和冷却器12能够对空气进行多级压缩和冷却，将高压空气换热降压后，以超临界状态或液态存储；在释能时，超临界状态或液态空气经增压换热后，进行多级加热和膨胀，对外做功输出。空气压缩系统1和空气膨胀系统3能够将空气压缩至超临界状态，可显著提高系统效率，也可以将空气压缩至液态，根据海上风电场或电网低谷电所需存储电能的功率和时长，来灵活选择储能系统的具体储气状态。比如，在用电高峰或风力较小等其他因素导致储能低于需求时，因超临界状态的空气比非超临界状态的空气占用空间小，因此，可将空气压缩至超临界状态，以提高现有的海上联合储气装置2的容积满足实际的储能需求。
88.可选的，海上联合储气装置2和空气压缩系统1之间，以及海上联合储气装置2和空气膨胀系统3之间均设置缓存装置8。具体的，在储能回路中，降压装置4、缓存装置8和海上联合储气装置2依次连接；在释能回路中，海上联合储气装置2、缓存装置8和加压装置5依次连接。压缩空气在进出海上联合储气装置2时，均先通过缓存装置8缓存。可选的，缓存装置8包括缓存罐。
89.可选的，在储能回路中的缓存装置8和在释能回路中的缓存装置8合二为一，共用一个缓存装置8。
90.可选的，海上联合储气装置2的输入端和输出端共用一个端口，并通过输气管路和缓存装置8连接，在输气管路上设置控制阀9，实现海上联合储气装置2和缓存装置8之间的双向连通，即，储能过程中，由缓存装置8向海上联合储气装置2连通，在释能过程中，由海上联合储气装置2向缓存装置8连通。
91.可选的，海上压缩空气储能系统100还包括集热装置10。空气压缩系统1中的各冷却器12的放热端通过多个管路并联至集热装置10的热进口，空气膨胀系统3中的各再热器32的吸热端通过多个管路并联至集热装置10的热出口。这样设置，使得空气在压缩过程中产生的热量能够被回收至集热装置10中，集热装置10中的热量又能在空气膨胀过程中用于加热空气，提高系统的换热效率，减少能量损失。可选的，集热装置10包括热罐。
92.作为其中一种压缩方式，将低压空气压缩至超临界状态，并经多级间冷器和后冷器冷却至常温后，利用蓄冷换热器6中存储冷能将其等压冷却液化，经节流阀或液体膨胀机41降压后常压存储于海上联合储气装置2中，同时空气压缩热被回收存储于热罐中。
93.可选的，海上压缩空气储能系统100还包括蓄冷装置20。空气膨胀系统3中的各再热器32的放冷端通过多个管路并联至蓄冷装置20的冷进口，空气压缩系统1中的各冷却器12的吸冷端通过多个管路并联至蓄冷装置20的冷出口。这样设置，使得空气在膨胀过程中释放的冷能被回收至蓄冷装置20中，并在空气压缩过程中用于冷却空气，从而，提高系统的换热效率，减少能量损失。可选的蓄冷装置20包括冷罐。
94.可选的，空气压缩系统1还包括设于前端的过滤器7，设置过滤器7能够将空气中的沙砾、颗粒物、固形物、杂质等过滤掉，保证进入压缩机11内的空气较为纯净，保证海上压缩空气储能系统的使用寿命。
95.实施例2
96.一种电力系统，参照图11和图12，包括电网200、海上风力发电机组300以及实施例1中的海上压缩空气储能系统100，空气压缩系统1和电网200电连接，或空气压缩系统1和海上风力发电机组300电连接，空气膨胀系统3和电网200电连接。将海上压缩空气储能系统100和电网200、海上风力发电机组300耦合，海上压缩空气储能系统100中的驱动电力可由电网200提供，也可以由海上风力发电机组300提供。
97.利用本实用新型的电力系统，将海上压缩空气储能系统100直接就近耦合源侧海上风电场电源，能够实现分布式储能和区域性微电网200，靠近沿海负荷中心，降低输配电成本。
98.电力系统中，除了海上联合储气装置2布置于海上，其余部分可布置于海上，能够缩短输气管路，也可以分布于陆上，用远距离输电取代远距离输气，可充分利用压缩热，减少能量的浪费，提高系统效率。
99.工作原理：
100.由于空气储存状态可根据存储电能的功率和时长选择，以下以超临界状态进行储存为例来说明。
101.储能时，利用海上风力发电机组300或电网200负荷低谷多余的电能驱动多级压缩机11，将低压空气压缩至超临界状态，并经多级冷器冷却至常温后，利用蓄冷换热器6中存储的冷能将其等压冷却液化，经降压装置4降压后，常压存储于海上联合储气装置2中，同时空气压缩热被回收存储于集热装置10中；
102.释能时，海上联合储气装置2中的超临界状态的空气经加压装置5加压后，经蓄冷换热器6加热至常温，通过多级再热器32，并吸收集热装置10中的压缩热，最后经多级气体膨胀机31膨胀做功对外输出，同时空气膨胀冷被回收存储于蓄冷装置20中。
103.本实施例提供的电力系统，由于系统利用水的静压维持系统定压运行，避免空气压缩系统1和空气膨胀系统3因压力变化而偏离设计工况低效率运行，提高系统能量转化效率。
104.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种海上压缩空气储能系统，其特征在于，包括空气压缩系统(1)、海上联合储气装置(2)和空气膨胀系统(3)；所述空气压缩系统(1)的输出端和所述海上联合储气装置(2)的输入端连接，所述海上联合储气装置(2)的输出端和所述空气膨胀系统(3)的输入端连接；其中，所述海上联合储气装置(2)包括：塔筒(21)，包括第一储气空腔(214)；水下储气装置(22)，所述水下储气装置(22)固定设于水下或悬浮于水中，所述水下储气装置(22)包括第二储气空腔(223)，所述第一储气空腔(214)和所述第二储气空腔(223)连通。2.根据权利要求1所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒(21)包括沿轴向分体设置的多个塔筒节(211)；所述第一储气空腔(214)设于一个或多个所述塔筒节(211)内；或，所述塔筒(21)包括沿径向套设的外筒体(212)和内筒体(213)；所述外筒体(212)和所述内筒体(213)之间的环形间隙构成所述第一储气空腔(214)。3.根据权利要求2所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒节(211)内设有一个储气单元；或，所述塔筒节(211)内设有多个储气单元，多个所述储气单元围绕所述塔筒节(211)的内周间隔设置，多个所述储气单元之间通过管路连通。4.根据权利要求2或3所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述水下储气装置(22)包括固定设于海底的储罐(221)，所述储罐(221)的内腔构成所述第二储气空腔(223)，所述储罐(221)设于所述塔筒(21)的下方，所述塔筒(21)的底部与所述储罐(221)贯穿连通，或，所述第一储气空腔(214)通过管路和所述第二储气空腔(223)连通。5.根据权利要求4所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述储罐(221)采用混凝土或防腐钢制成，所述储罐(221)与所述塔筒(21)的底部一体化设置。6.根据权利要求4所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述塔筒(21)设有多个，所述储罐(221)设有多个，多个所述储罐(221)一一对应地设于所述塔筒(21)的底部，多个所述第一储气空腔(214)和多个所述第二储气空腔(223)一一对应地连通；或，所述塔筒(21)设有多个，所述储罐(221)设有一个，多个所述塔筒(21)的第一储气空腔(214)通过管路和所述储罐(221)的第二储气空腔(223)连通。7.根据权利要求1所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，水下储气装置(22)包括悬浮于水中的气囊(222)，所述气囊(222)的内腔构成所述第二储气空腔(223)，所述塔筒(21)设有接口，所述气囊(222)的气嘴和所述塔筒(21)的接口之间通过管路连接，以将所述第一储气空腔(214)和所述第二储气空腔(223)连通。8.根据权利要求7所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述气囊(222)设有多个，多个所述气囊(222)围绕所述塔筒(21)外周间隔分布，多个所述气囊(222)的第二储气空腔(223)通过管路和所述塔筒(21)的第一储气空腔(214)连通；或，所述气囊(222)设有多个，所述塔筒(21)设有多个，多个所述塔筒(21)的第一储气空腔(214)和多个所述气囊(222)的第二储气空腔(223)连通；或，所述气囊(222)设有一个，所述塔筒(21)设有多个，多个所述塔筒(21)的第一储气空腔(214)通过管路和所述气囊(222)的第二储气空腔(223)连通。9.根据权利要求1-3中任一项所述的海上压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压
缩系统(1)和所述海上联合储气装置(2)之间设有降压装置(4)；所述空气压缩系统(1)的输出端和所述降压装置(4)的输入端连接，所述降压装置(4)的输出端和所述海上联合储气装置(2)的输入端连接；所述海上联合储气装置(2)和所述空气膨胀系统(3)之间设有加压装置(5)，所述加压装置(5)的输入端和所述海上联合储气装置(2)的输出端连接，所述加压装置(5)的输出端和所述空气膨胀系统(3)的输入端连接。10.一种电力系统，其特征在于，包括电网(200)、海上风力发电机组(300)以及权利要求1-9中任一项所述的海上压缩空气储能系统，所述空气压缩系统(1)和所述电网(200)电连接，或所述空气压缩系统(1)和所述海上风力发电机组(300)电连接，所述空气膨胀系统(3)和所述电网(200)电连接。

技术总结
本实用新型提供了一种海上压缩空气储能系统及电力系统，涉及压缩空气储能技术领域。海上压缩空气储能系统包括空气压缩系统、海上联合储气装置和空气膨胀系统；空气压缩系统的输出端和海上联合储气装置的输入端连接，海上联合储气装置的输出端和空气膨胀系统的输入端连接；海上联合储气装置包括塔筒和水下储气装置，塔筒包括第一储气空腔；水下储气装置固定设于水下或悬浮于水中，水下储气装置包括第二储气空腔，第一储气空腔和第二储气空腔连通。本实用新型能够解决现有的压缩空气储能技术受地下洞穴的地理条件限制、地面储气装置建设成本高的问题，具有不受地理条件限制、缩减储气装置建设成本、扩充储气空间、直接就近耦合源侧海上风电的效果。合源侧海上风电的效果。合源侧海上风电的效果。


技术研发人员：林志华 谢宁宁 蔺新星 丁若晨 钟舸宇
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/6/27