一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法

1.本发明涉及一种混合储能系统及其运行方法，属于物理储能技术领域。


背景技术：

2.在全球范围内，化石能源不断消耗，其所导致的环境问题也日益严重，能源结构绿色低碳转型迫在眉睫。随着间歇性风、光能源的并网装机规模持续快速增加，电网调节能力受到挑战，储能技术在电网中承担着日益重要的作用。常见储能技术包括有物理储能技术、电池储能技术、电化学储能技术、电磁储能技术和超导储能技术，其中物理储能设备装机占比最大，技术成熟度最高。物理储能技术中的抽水蓄能和压缩空气较为常见。其中，抽水蓄能技术至今仍有近80％的占比；而压缩空气储能技术发展较早，技术成熟，处于蓬勃发展阶段。但上述两种储能技术也存在着一些不足，如传统抽水蓄能技术选址苛刻、储能密度低；而传统绝热压缩空气储能技术能量转换效率低、选址受限于洞穴。因此，为提升电网调节能力、促进风光能源消纳，新的高效、低碳、环保储能技术亟待形成。
3.近年来，国外以色列arothron公司、以色列augwind公司和美国sustainx公司、美国橡树林实验室和我国的西安交通大学等机构已针对抽水储能与压缩空气储能相结合的混合储能技术进行了相关研究，构建了相应的抽水压缩空气混合储能系统，分析了各系统的组成及运行原理，探究了各系统的能量性能，改善了传统压缩机与膨胀机运行效率低的问题，提升了系统的能量转化效率。但仍存在着水力机械运行水头变幅大、气液传热性能不足的缺陷。
4.因此，亟需提出一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.针对抽水压缩空气混合储能技术的不足，本发明提供一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
6.本发明的技术方案：
7.一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块，水力机械模块用于供能，近等温压缩模块用于储能，压缩膨胀机械模块用于实现能量转换。
8.优选的：所述水力机械模块包括水池、气囊式蓄能器、抽水蓄能机组、水泵、第三控制阀、第四控制阀和第五控制阀，所述水池通过第五控制阀与气囊式蓄能器连接，抽水蓄能机组、水泵的出口端分别设置有第三控制阀、第四控制阀，水池通过并联设置的抽水蓄能机组和水泵与近等温压缩模块建立连接。
9.优选的：所述近等温压缩模块包括水气共容罐、储气罐、第一控制阀、第二控制阀、
第六控制阀、第七控制阀、第一安全阀、第二安全阀、第三电磁阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、液位传感器、第一备用接头和第二备用接头，抽水蓄能机组、水泵分别通过第三控制阀、第四控制阀与水气共容罐连接，水气共容罐的底端安装有第六控制阀，水气共容罐的下部侧面安装有液位传感器，水气共容罐的上部侧面安装有第一压力传感器、第二压力传感器，水气共容罐上端一开口与第一安全阀、第一备用接头连接，水气共容罐上端另一开口通过并联设置的第一控制阀、第三电磁阀与储气罐的一开口连接，第三压力传感器通过第二控制阀设置在第三电磁阀的入口端，第三压力传感器与第三电磁阀电性连接，储气罐的另一开口与第二安全阀、第二备用接头连接，储气罐的上部侧面安装有第四压力传感器，储气罐的下端安装有第七控制阀，水气共容罐上端另一开口与压缩膨胀机械模块建立连接。
10.优选的：所述压缩膨胀机械模块包括有膨胀机、压缩机、第一电磁阀和第二电磁阀，膨胀机分别通过第一电磁阀与水气共容罐上端另一开口连接，压缩机分别通过第二电磁阀与水气共容罐上端另一开口连接，第一压力传感器与第一电磁阀电性连接，第二压力传感器与第二电磁阀电性连接。
11.优选的：还包括第八控制阀和第九控制阀，水泵、第四控制阀、储气罐的数量均为两个，两个水泵并联设置，两个储气罐的一开口处分别设置第八控制阀和第九控制阀。
12.优选的：水气共容罐和储气罐的中部各安装有一根不锈钢柱，不锈钢柱上加装有多个沿不锈钢柱轴向设置的，塑料盘盛满水。
13.一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，包括以下步骤：
14.步骤一：压力预制过程；
15.步骤二：储能过程；
16.步骤三：发电过程。
17.优选的：步骤一中：
18.步骤1.1：第二电磁阀和第一控制阀开启，其他阀门关闭；
19.步骤1.2：通过压缩机给水气共容罐和储气罐内同时预置压力空气；
20.步骤1.3：第二压力传感器测量水气共容罐内的空气压力，并传递到第二电磁阀处，当水气共容罐和储气罐内压力达到抽水蓄能机组p
1p
时，关闭第二电磁阀和第一控制阀，压力预置过程结束。
21.优选的：步骤二中，储能工况涉及到两台机组的连续抽水运行，分为储能一阶段、储能二阶段；
22.步骤2.1：储能一阶段
23.第一控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；抽水蓄能机组从电网吸收电能抽水运行，将水池中的水抽取到水气共同罐内，此时水气共容罐和储气罐通过第一控制阀连通，水气共容罐、储气罐内的空气一同被压缩，当第一压力传感器测得的空气压力达到抽水蓄能机组压力p
2p
时，储能一阶段结束；
24.步骤2.2：储能二阶段
25.第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；水泵从水池中抽水进入到水气共容罐内，压缩水气共容罐和储气罐内的空气，水气共容罐、储气罐内的空气压力同步上升，当压力达到水泵p3时，储能二阶段结束。
26.优选的：步骤三中：
27.步骤3.1：发电一阶段
28.电磁阀开启，其他阀门关闭；水气共容罐顶部的高压空气膨胀，推动膨胀机旋转做功发电，此过程中第一压力传感器一直工作，当测得水气共容罐内压力降至抽水蓄能机组p
2t
时，关闭电磁阀，发电一阶段结束；
29.步骤3.2：发电二阶段
30.第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；水气共容罐内空气膨胀发电，将水气共容罐底部水体排出到抽水蓄能机组处发电做功；此阶段内第三压力传感器一直工作，当其测得的压力小于抽水蓄能机组p
1t
时，开启第三电磁阀，储气罐内的高压空气膨胀，给水气共容罐内补气，当第三压力传感器处所测得的压力达到抽水蓄能机组p
2t
后，第三电磁阀关闭；整个补气的过程中，抽水蓄能机组一直在发电运行；补气操作之后，储气罐内的空气压力下降，当压力传感器测得的压力下降到抽水蓄能机组发电工况高效率区上限压力p
2t
后，发电二阶段结束；
31.步骤3.3：发电三阶段
32.第一控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，水气共同罐和储气罐内空气共同膨胀发电；当液位传感器测得的水气共容罐内水位下降至初始水位时，发电三阶段结束，发电过程完成。
33.本发明具有以下有益效果：
34.1.本发明实现了抽水蓄能机组和水泵的近额定工况运行，可稳定、高效储能；
35.2.本发明通过电磁阀控制管路通断的方式，减小了发电工况下水气共容罐内的压力变幅，抽水蓄能机组可高效稳定发电；
36.3.本发明在水气共容罐和至少一个的储气罐内加装了许多盛有水的塑料盘，可有效增强空气和水之间的换热性能，能实现空气近等温压缩和膨胀；
37.4.本发明所述储能系统所采用的各设备都较为成熟，充、放电运行时不消耗化石燃料，不会产生环境污染，系统选址不受地理条件限制。
附图说明
38.图1是一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统原理示意图；
39.图2是一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统结构示意图。
40.图中：1-水池，2-囊式蓄能器，3-抽水蓄能机组，4-水泵，5-膨胀机，6-压缩机，7-水气共容罐，8-储气罐，9-蓄能器，21-第一控制阀，22-第二控制阀，23-第三控制阀，24-第四控制阀，25-第五控制阀，26-第六控制阀，27-第七控制阀，28-第八控制阀，29-第九控制阀，31-第一安全阀，32-第二安全阀，41-第一电磁阀，42-第二电磁阀，43-第三电磁阀，51-第一压力传感器，52-第二压力传感器，53-第三压力传感器，54-第四压力传感器，55-液位传感器，61-第一备用接头，62-第二备用接头。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范
围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
42.具体实施方式一：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块，水力机械模块用于供能，近等温压缩模块用于储能，压缩膨胀机械模块用于实现能量转换。
43.具体实施方式二：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，所述水力机械模块包括水池1、气囊式蓄能器2、抽水蓄能机组3、至少一台的水泵4、第三控制阀23、第四控制阀24和第五控制阀25，所述水池1通过第五控制阀25与气囊式蓄能器2连接，抽水蓄能机组3、水泵4的出口端分别设置有第三控制阀23、第四控制阀24，水池1通过并联设置的抽水蓄能机组3和水泵4与近等温压缩模块建立连接；水池1、气囊式蓄能器2、抽水蓄能机组3和至少一台的水泵4之间通过管道相连，储能时，抽水蓄能机组3吸收电网电能，将水池1内的水抽取到近等温压缩模块中压缩空气储能；发电时，近等温压缩模块中的空气膨胀，将水气共容罐底部水体挤出到抽水蓄能机组3处发电。
44.具体实施方式三：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，所述近等温压缩模块包括水气共容罐7、至少一个的储气罐8、第一控制阀21、第二控制阀22、第六控制阀26、第七控制阀27、第一安全阀31、第二安全阀32、第三电磁阀43、第一压力传感器51、第二压力传感器52、第三压力传感器53、第四压力传感器54、液位传感器55、第一备用接头61和第二备用接头62，抽水蓄能机组3、水泵4分别通过第三控制阀23、第四控制阀24与水气共容罐7连接，水气共容罐7的底端安装有第六控制阀26，水气共容罐7的下部侧面安装有液位传感器55，水气共容罐7的上部侧面安装有第一压力传感器51、第二压力传感器52，水气共容罐7上端一开口与第一安全阀31、第一备用接头61连接，水气共容罐7上端另一开口通过并联设置的第一控制阀21、第三电磁阀43与储气罐8的一开口连接，第三压力传感器53通过第二控制阀22设置在第三电磁阀43的入口端，第三压力传感器53与第三电磁阀43电性连接，储气罐8的另一开口与第二安全阀32、第二备用接头62连接，储气罐8的上部侧面安装有第四压力传感器54，储气罐8的下端安装有第七控制阀27，水气共容罐7上端另一开口与压缩膨胀机械模块建立连接；储能时，第一控制阀21打开，水气共容罐7和至少一个的储气罐8内的空气同时被压缩以储存能量；发电时，水气共容罐7内的高压空气膨胀发电，当罐内空气压力给下方水体所提供的压力势能低于抽水蓄能机组3发电工况高效运行区下限压力p
1t
时，通过至少一个的储气罐8向水气共容罐7内补气。
45.具体实施方式四：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，所述压缩膨胀机械模块包括有膨胀机5、压缩机6、第一电磁阀41和第二电磁阀42，膨胀机5分别通过第一电磁阀41与水气共容罐7上端另一开口连接，压缩机6分别通过第二电磁阀42与水气共容罐7上端另一开口连接，第一压力传感器51与第一电磁阀41电性连接，第二压力传感器52与第二电磁阀42电性连接；所述膨胀机5与第一电磁阀41之间通过管道连接，所述压缩机6与第二电磁阀42之间通过管道连接，所述膨胀机5通过管道与水气共容罐7相连，管道中部安装有电磁阀41，可控制管路的通断，所述压缩机6通过管路与水气共容罐7相连，管道中部通过电磁阀42控制通断；压力预制时，压缩机6用于同时给水气共容罐7和至少一个的储气罐8内预制压力气体，后期运行时，用于给水气共容罐7和至少一个的储气罐8补气；发电时，膨胀机5用于将水气共容罐7顶部少量高压气体的压力能转换
为电能。
46.具体实施方式五：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，还包括第八控制阀28和第九控制阀29，水泵4、第四控制阀24、储气罐8的数量均为两个，两个水泵4并联设置，两个储气罐8的一开口处分别设置第八控制阀28和第九控制阀29；储能时，首先抽水蓄能机组3抽水运行，到达其抽水工况下的高效运行扬程上限p
1p
后，开启水泵4并进行抽水储能；发电时，先通过膨胀机5发电，压力下降后仅通过抽水蓄能机组3做功发电；水气共容罐7和至少一个的储气罐8之间的连接管道具有双通道，储能时，第一控制阀21常开，水气共容罐7和至少一个的储气罐8内的气体一起被压缩；发电时，第二控制阀22打开，压力传感器53一直测量电磁阀43左侧管道内的空气压力，当空气压力低于抽水蓄能机组3发电工况高效率区下限压力p
1t
时，第三电磁阀43打开，至少一个的储气罐8向水气共容罐7内补气，本发明通过至少两台机组抽水的方式实现了抽水蓄能机组和水泵的近额定工况运行，可稳定、高效储能。
47.具体实施方式六：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，水气共容罐7和至少一个的储气罐8的中部各安装有一根不锈钢柱，不锈钢柱上加装有多个沿不锈钢柱轴向设置的，塑料盘盛满水，用于增大空气和水之间的接触面积以增强换热，可更好地实现温度控制的目的。
48.具体实施方式七：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，采用所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，抽水蓄能机组3抽水工况高效率区运行扬程上限p
2p
接近并大于至少一个的水泵4高效率区扬程下限，包括以下步骤：
49.步骤一：压力预制过程；
50.步骤二：储能过程；
51.步骤三：发电过程。
52.具体实施方式八：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，步骤一中：
53.步骤1.1：第二电磁阀42和第一控制阀21开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，其他阀门关闭；
54.步骤1.2：通过压缩机6给水气共容罐7和至少一个的储气罐8内同时预置压力空气；
55.步骤1.3：第二压力传感器52测量水气共容罐7内的空气压力，并传递到第二电磁阀42处，当水气共容罐7和至少一个的储气罐8内压力都达到抽水蓄能机组3抽水工况高效率区下限压力p
1p
时，关闭第二电磁阀42和第一控制阀21，压力预置过程结束。
56.具体实施方式九：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，步骤二中，储能工况涉及到至少两台机组的连续抽水运行，可分为储能一阶段、储能二阶段；
57.步骤2.1：储能一阶段
58.第一控制阀21、第三控制阀23和第五控制阀25开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，其他阀门关闭；抽水蓄能机组3从电网吸收电能抽水运行，将水池1中的水抽取到水气共同罐7内，此时水气共容罐7和至少一个的储气罐8通过第一控制阀21连通，水气共容罐
7、储气罐8内的空气一同被压缩，当第一压力传感器51测得的空气压力达到抽水蓄能机组5抽水工况高效率区上限压力p
2p
时，储能一阶段结束；
59.步骤2.2：储能二阶段
60.第一控制阀21、第四控制阀24和第五控制阀25开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，其他阀门关闭；水泵4从水池1中抽水进入到水气共容罐7内，压缩水气共容罐7和至少一个的储气罐8内的空气，水气共容罐7、储气罐8内的空气压力同步上升，当压力达到水泵4高效率区上限压力p3时，储能二阶段结束。
61.具体实施方式十：结合图1-2说明本实施方式，本实施方式的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，步骤三中，可分为三个运行阶段：
62.步骤3.1：发电一阶段
63.电磁阀41开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，其他阀门关闭；水气共容罐8顶部的高压空气膨胀，推动膨胀机5旋转做功发电，此过程中第一压力传感器51一直工作，当测得水气共容罐7内压力降至抽水蓄能机组3发电工况高效率区上限压力p
2t
时，关闭电磁阀41，发电一阶段结束；
64.步骤3.2：发电二阶段
65.第二控制阀22、第三控制阀23和第五控制阀25开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，其他阀门关闭；水气共容罐8内空气膨胀发电，将水气共容罐7底部水体排出到抽水蓄能机组3处发电做功；此阶段内第三压力传感器53一直工作，当其测得的压力小于抽水蓄能机组3发电工况高效率区下限压力p
1t
时，开启第三电磁阀43，至少一个的储气罐8内的高压空气膨胀，给水气共容罐7内补气，当第三压力传感器53处所测得的压力达到抽水蓄能机组3发电工况高效率区上限压力p
2t
后，第三电磁阀43关闭；整个补气的过程中，抽水蓄能机组3一直在发电运行；来回进行补气操作之后，至少一个的储气罐8内的空气压力下降，当压力传感器54测得的压力下降到抽水蓄能机组3发电工况高效率区上限压力p
2t
后，发电二阶段结束；
66.步骤3.3：发电三阶段
67.第一控制阀21、第三控制阀23和第五控制阀25开启，第八控制阀28和第九控制阀29开启，水气共同罐7和至少一个的储气罐8内空气共同膨胀发电；当液位传感器55测得的水气共容罐7内水位下降至初始水位时，发电三阶段结束，发电过程完成。
68.实施例1
69.如图1所示，本实施例提供一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块；
70.所述的水力机械模块包括水池1、气囊式蓄能器2、抽水蓄能机组3、至少一台的水泵4、第三控制阀23、第三控制阀24、第三控制阀25；水池1、气囊式蓄能器2、抽水蓄能机组3和至少一台的水泵4之间通过管道相连；储能时，抽水蓄能机组3内的发电电动机吸收电网电能，带动水泵水轮机旋转，抽取水池1内的水到水气共容罐7中压缩空气，将水压势能转换成压缩空气内能并存储在水气共容罐和至少一个的储气罐中；发电时，水气共容罐和至少一个的储气罐中的压缩空气膨胀，将水气共容罐底部的水挤出到抽水蓄能机组3处，推动水泵水轮机旋转，带动发电电动机旋转发电；
71.所述的压缩膨胀机械模块包括有膨胀机5、压缩机6、第一电磁阀41和第二电磁阀
42；所述膨胀机5与第一电磁阀41之间通过管道连接，所述压缩机6与第二电磁阀42之间通过管道连接；压力预制时，压缩机6用于同时给水气共容罐7和至少一个的储气罐8内预制压力气体，后期运行时，用于给水气共容罐7和至少一个的储气罐8补气；发电时，膨胀机5用于将水气共容罐7顶部少量高压气体的压力能转换为电能；
72.所述近等温压缩模块包括水气共容罐7，至少一个的储气罐8，第一控制阀21，第二控制阀22，第六控制阀26，第七控制阀27，第一安全阀31，第二安全阀32，第三电磁阀43，第一压力传感器51、第二压力传感器52、第三压力传感器53、第四压力传感器54，液位传感器55，第一备用接头61和第二备用接头62；储能时，第一控制阀21打开，水气共容罐7和至少一个的储气罐8内的空气同时被压缩以储存能量；发电时，水气共容罐7内的高压空气膨胀发电，当罐内空气压力给下方水体所提供的压力势能低于抽水蓄能机组3发电工况高效运行下限压力p
1t
时，通过至少一个的储气罐8向水气共容罐7内补气；第六控制阀用于检修时排空水气共容罐内水体，第七控制阀用于排放多次运行后储气罐底部可能存在的少量水体；第一安全阀用于在水气共容罐内气体压力超过设定压力等紧急情况下排气减压；第二安全阀用于在储气罐气内气体压力超过设定压力等紧急情况下排气减压；
73.本发明实施例还提供一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，基于上述多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其运行时包括压力预制过程、储能过程和发电过程，具体可分为以下步骤：
74.(1)压力预置过程
75.第二电磁阀42和第一控制阀21开启，其他阀门关闭；通过压缩机6给水气共容罐7和至少一个的储气罐8内同时预置压力空气；在空气压缩时，通过第二压力传感器52实时地测量水气共容罐7内的空气压力，并传递到第二电磁阀42处，当水气共容罐7和至少一个的储气罐8内压力都达到抽水蓄能机组3抽水工况高效率区下限压力p
1p
时，第二电磁阀42和第一控制阀21，压力预置过程结束；
76.(2)储能过程
77.储能工况涉及到至少两台机组的连续抽水运行，可分为储能1阶段、储能2阶段；
78.1)储能1阶段：开启第一控制阀21、第三控制阀23和第五控制阀25，其他阀门关闭；抽水蓄能机组3从电网吸收电能，驱动发电电动机转动，带动水泵水轮机转动抽水，将水池1中的水抽取到水气共同罐7内，此时水气共容罐7和至少一个的储气罐8通过第一控制阀连通，两个罐体内的空气一同被压缩，当压力传感器51测得的空气压力达到抽水蓄能机组3抽水工况高效率区上限压力p
2p
时，储能1阶段结束；
79.2)储能2阶段：开启第一控制阀21、第四控制阀23和第五控制阀25，其他阀门关闭；水泵4从水池1中抽水进入到水气共容罐7内，压缩水气共容罐7和至少一个的储气罐8内空气，两个容器内的空气压力同步上升，当压力达到水泵4高效率区上限压力p3时，储能2阶段结束；
80.(3)发电过程
81.发电过程可分为3个运行阶段；
82.1)发电1阶段：开启第一电磁阀41，其他阀门关闭，水气共容罐7顶部的高压空气膨胀，推动膨胀机5旋转做功发电，此过程中第一压力传感器51一直工作，当测得的水气共容罐7内压力降至抽水蓄能机组3发电工况高效率区上限压力p
2t
时，关闭第一电磁阀41，发电1
阶段结束；
83.2)发电2阶段：开启第二控制阀21、第三控制阀23和第五控制阀25，其他阀门关闭；水气共容罐8内空气膨胀发电，将水气共容罐7底部水体排出到抽水蓄能机组3处发电做功；此阶段内第三压力传感器53一直工作，当其测得的压力小于抽水蓄能机组3发电工况高效率区下限压力p
1t
时，开启第三电磁阀43，至少一个的储气罐8内的高压空气膨胀，给水气共容罐7内补气，当第三压力传感器53处所测得的压力达到抽水蓄能机组3发电工况高效率区上限压力p
2t
后，第三电磁阀43关闭；整个补气的过程中，抽水蓄能机组3一直在发电运行；来回进行补气操作之后，至少一个的储气罐8内的空气压力下降，当第四压力传感器54测得的压力下降到抽水蓄能机组3高效率区上限压力p2后，发电2阶段结束；
84.3)发电3阶段：开启第一控制阀21、第三控制阀23和第五控制阀25，水气共同罐7和至少一个的储气罐8内空气共同膨胀发电；当液位传感器55测得的水气共容罐7内水位下降至初始水位时，发电3阶段结束，发电过程完成。
85.实施例2
86.如图2所示，本实施例2与实施例1的区别在于：本实施例2设置有上、下两台水泵4和上、下两个储气罐8，所述的上、下两台水泵4并排布置，通过第4控制阀控制管路通断，且下方水泵4的高效运行区上限压力p3接近并大于上方水泵4的高效运行区下限压力；通过所述上方的储气罐8与第八控制阀之间通过管路相连，所述下方的储气罐8与第九控制阀之间通过管路相连；上、下两个储气罐8之间间隔布置，处于同一水平面上；适当增加水泵4和储气罐8的数量可以提高系统整体的储能容量和运行效率。
87.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
88.还需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位为基于附图所示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块，水力机械模块用于供能，近等温压缩模块用于储能，压缩膨胀机械模块用于实现能量转换。2.根据权利要求1所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：所述水力机械模块包括水池(1)、气囊式蓄能器(2)、抽水蓄能机组(3)、水泵(4)、第三控制阀(23)、第四控制阀(24)和第五控制阀(25)，所述水池(1)通过第五控制阀(25)与气囊式蓄能器(2)连接，抽水蓄能机组(3)、水泵(4)的出口端分别设置有第三控制阀(23)、第四控制阀(24)，水池(1)通过并联设置的抽水蓄能机组(3)和水泵(4)与近等温压缩模块建立连接。3.根据权利要求2所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：所述近等温压缩模块包括水气共容罐(7)、储气罐(8)、第一控制阀(21)、第二控制阀(22)、第六控制阀(26)、第七控制阀(27)、第一安全阀(31)、第二安全阀(32)、第三电磁阀(43)、第一压力传感器(51)、第二压力传感器(52)、第三压力传感器(53)、第四压力传感器(54)、液位传感器(55)、第一备用接头(61)和第二备用接头(62)，抽水蓄能机组(3)、水泵(4)分别通过第三控制阀(23)、第四控制阀(24)与水气共容罐(7)连接，水气共容罐(7)的底端安装有第六控制阀(26)，水气共容罐(7)的下部侧面安装有液位传感器(55)，水气共容罐(7)的上部侧面安装有第一压力传感器(51)、第二压力传感器(52)，水气共容罐(7)上端一开口与第一安全阀(31)、第一备用接头(61)连接，水气共容罐(7)上端另一开口通过并联设置的第一控制阀(21)、第三电磁阀(43)与储气罐(8)的一开口连接，第三压力传感器(53)通过第二控制阀(22)设置在第三电磁阀(43)的入口端，第三压力传感器(53)与第三电磁阀(43)电性连接，储气罐(8)的另一开口与第二安全阀(32)、第二备用接头(62)连接，储气罐(8)的上部侧面安装有第四压力传感器(54)，储气罐(8)的下端安装有第七控制阀(27)，水气共容罐(7)上端另一开口与压缩膨胀机械模块建立连接。4.根据权利要求3所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：所述压缩膨胀机械模块包括有膨胀机(5)、压缩机(6)、第一电磁阀(41)和第二电磁阀(42)，膨胀机(5)分别通过第一电磁阀(41)与水气共容罐(7)上端另一开口连接，压缩机(6)分别通过第二电磁阀(42)与水气共容罐(7)上端另一开口连接，第一压力传感器(51)与第一电磁阀(41)电性连接，第二压力传感器(52)与第二电磁阀(42)电性连接。5.根据权利要求4所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：还包括第八控制阀(28)和第九控制阀(29)，水泵(4)、第四控制阀(24)、储气罐(8)的数量均为两个，两个水泵(4)并联设置，两个储气罐(8)的一开口处分别设置第八控制阀(28)和第九控制阀(29)。6.根据权利要求3或5所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，其特征在于：水气共容罐(7)和储气罐(8)的中部各安装有一根不锈钢柱，不锈钢柱上加装有多个沿不锈钢柱轴向设置的，塑料盘盛满水。7.一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，包括以下步骤：步骤一：压力预制过程；步骤二：储能过程；步骤三：发电过程。
8.根据权利要7所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，其特征在于：步骤一中：步骤1.1：第二电磁阀(42)和第一控制阀(21)开启，其他阀门关闭；步骤1.2：通过压缩机(6)给水气共容罐(7)和储气罐(8)内同时预置压力空气；步骤1.3：第二压力传感器(52)测量水气共容罐(7)内的空气压力，并传递到第二电磁阀(42)处，当水气共容罐(7)和储气罐(8)内压力达到抽水蓄能机组(3)p
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时，关闭第二电磁阀(42)和第一控制阀(21)，压力预置过程结束。9.根据权利要8所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，其特征在于：步骤二中，储能工况涉及到两台机组的连续抽水运行，分为储能一阶段、储能二阶段；步骤2.1：储能一阶段第一控制阀(21)、第三控制阀(23)和第五控制阀(25)开启，其他阀门关闭；抽水蓄能机组(3)从电网吸收电能抽水运行，将水池(1)中的水抽取到水气共同罐(7)内，此时水气共容罐(7)和储气罐(8)通过第一控制阀(21)连通，水气共容罐(7)、储气罐(8)内的空气一同被压缩，当第一压力传感器(51)测得的空气压力达到抽水蓄能机组(5)压力p
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时，储能一阶段结束；步骤2.2：储能二阶段第一控制阀(21)、第四控制阀(24)和第五控制阀(25)开启，其他阀门关闭；水泵(4)从水池(1)中抽水进入到水气共容罐(7)内，压缩水气共容罐(7)和储气罐(8)内的空气，水气共容罐(7)、储气罐(8)内的空气压力同步上升，当压力达到水泵(4)p3时，储能二阶段结束。10.根据权利要9所述的一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，其特征在于：步骤三中：步骤3.1：发电一阶段电磁阀(41)开启，其他阀门关闭；水气共容罐(8)顶部的高压空气膨胀，推动膨胀机(5)旋转做功发电，此过程中第一压力传感器(51)一直工作，当测得水气共容罐(7)内压力降至抽水蓄能机组(3)p
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时，关闭电磁阀(41)，发电一阶段结束；步骤3.2：发电二阶段第二控制阀(22)、第三控制阀(23)和第五控制阀(25)开启，其他阀门关闭；水气共容罐(8)内空气膨胀发电，将水气共容罐(7)底部水体排出到抽水蓄能机组(3)处发电做功；此阶段内第三压力传感器(53)一直工作，当其测得的压力小于抽水蓄能机组(3)p
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时，开启第三电磁阀(43)，储气罐(8)内的高压空气膨胀，给水气共容罐(7)内补气，当第三压力传感器(53)处所测得的压力达到抽水蓄能机组(3)p
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后，第三电磁阀(43)关闭；整个补气的过程中，抽水蓄能机组(3)一直在发电运行；补气之后，储气罐(8)内的空气压力下降，当压力传感器(54)测得的压力下降到抽水蓄能机组(3)发电工况高效率区上限压力p
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后，发电二阶段结束；步骤3.3：发电三阶段第一控制阀(21)、第三控制阀(23)和第五控制阀(25)开启，水气共同罐(7)和储气罐(8)内空气共同膨胀发电；当液位传感器(55)测得的水气共容罐(7)内水位下降至初始水位时，发电三阶段结束，发电过程完成。

技术总结
本发明涉及一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法，属于物理储能技术领域。解决水力机械运行水头变幅大、气液传热性能不足的问题。包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块，水力机械模块用于供能，近等温压缩模块用于储能，压缩膨胀机械模块用于实现能量转换。本发明通过电磁阀控制管路通断的方式，减小了发电工况下水气共容罐内的压力变幅，抽水蓄能机组可高效稳定发电；有效增强空气和水之间的换热性能，能实现空气近等温压缩和膨胀。等温压缩和膨胀。等温压缩和膨胀。


技术研发人员：杨彪 李德友 付晓龙 王洪杰 宫汝志 韩磊 刘海波 张春伟
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/9/23