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一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置

申请号 CN202210335328.3 申请日 2022-03-31 公开(公告)号 CN114673623A 公开(公告)日 2022-06-28
申请人 浙江工业大学; 发明人 陈晨; 钱挺; 王俊祺; 赵建国;
摘要 一种基于空气压缩的 波浪能 储能及利用装置,属于波浪能储能及利用技术领域。它包括 外壳 、设置在外壳外侧的波浪能分级空气压缩装置及设置在外壳内的换热装置、储气装置、膨胀发 电机 ,外壳上设有进气口。波浪能分级空气压缩装置包括内部设有低压气室的浮板、低压压缩 气缸 及高压压缩气缸,低压压缩气缸与低压气室之间、高压压缩气缸与低压气室之间、低压压缩气缸与高压压缩气缸之间、高压压缩气缸与储气装置之间,储气装置与膨胀发电机之间均通过管路相连通。本 发明 够将波浪能转换为空气的压缩能,同时将压缩空气过程中的热量储存,并将压缩能和热量相结合用于发电,实现波浪能的储存和利用。
权利要求

1.一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于:包括外壳、设置在外壳外侧的波浪能分级空气压缩装置及设置在外壳内的换热装置、储气装置(4)、膨胀发电机(5),外壳上设有进气口(11);
所述波浪能分级空气压缩装置包括内部设有低压气室(16)的浮板(2)、一组低压压缩气缸(9)及一组高压压缩气缸(10),低压压缩气缸(9)与低压气室(16)之间、高压压缩气缸(10)与低压气室(16)之间、低压压缩气缸(9)与高压压缩气缸(10)之间、高压压缩气缸(10)与储气装置(4)之间,储气装置(4)与膨胀发电机(5)之间均通过管路相连通;
所述低压压缩气缸(9)与高压压缩气缸(10)之间的连通管路、高压压缩气缸(10)与储气装置(4)之间的连通管路均经过换热装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于一组所述高压压缩气缸(10)、低压压缩气缸(9)分别均布设置在浮板(2)的上、下两侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述低压压缩气缸(9)包括与低压气室(16)连通的低压活塞(14)及低压气缸(15),高压压缩气缸(10)包括与低压活塞(14)连通的高压活塞(12)及高压气缸(13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述换热装置包括换热器(3)、储热箱(6)及冷水箱(7),换热器(3)包括发电换热器(17)及储能换热器(18),高压活塞(12)通过高压换热管路(24)与储能换热器(18)的一端相连接,储能换热器(18)的另一端经穿过冷水箱(7),并通过高压气管(21)与储气装置(4)连通,所述高压换热管路(24)穿过储热水箱(6)。
5.根据权利要求4所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述储能换热器(18)的另一端与高压气管(21)之间设有水(19)。
6.根据权利要求5所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述储气装置(4)包括一组一级储气罐(28)及一组二级储气罐(30),一级储气罐(28)的进口管路与二级储气罐(30)的进口管路之间通过高压换气管(29)相连通,一级储气罐(28)的出口管路与二级储气罐(30)的出口管路经由合流器(22)整合后,通过高压出气管(23)与发电换热器(17)相连接,发电换热器(17)通过管路与膨胀发电机(5)相连通。
7.根据权利要求6所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述发电换热器(17)与膨胀发电机(5)之间的连接管路上设有控制(31)。
8.根据权利要求7所述的一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其特征在于所述一级储气罐(28)、二级储气罐(30)均包括外罐(38)及设置在外罐(38)内的内罐(36),外罐(38)的上部设有高压气室(35),外罐(38)的下部设有单向出口阀(39);高压气室(35)的上端设有罐嘴(40)及高压罐阀(32),高压气室(35)的上端设有罐嘴(40)及高压罐阀(32),高压气室(35)的下端与内罐(36)上端端口之间设有单向阀(33)及瓶颈阀(34),内罐(36)下端设有内罐出口阀(37)。

说明书全文

一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置

技术领域

[0001] 本发明属于波浪能储能及利用技术领域,具体涉及一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置。

背景技术

[0002] 当前,能源短缺问题和排放问题是两个全球性的重大问题。为缓解当前能源危机的压,减少碳排放,能源革命势在必行,而推动新能源发展,提高新能源效率是能源革命的重要举措,储能技术又是能源革命的关键支撑技术。
[0003] 波浪能作为一种储量丰富的绿色清洁能源,它的开采和利用对于推动绿色能源发展至关重要,而目前对于波浪能的使用最常见的就是波浪能发电。但是波浪能具有地域性强,随机性高的特点,其直接输出的电能具有很高的波动性,而发出的电能无法满足对应地区电能需求的峰谷变化。而将波浪能与储能相结合,则能有效地抵消波浪能波动性的影响,让电能平稳输出,同时能提升波浪能发电的应用灵活性,对电能进行“削峰填谷”,有效应对能源压力。而将波浪能和压缩气体储能相结合,能够将波浪能的势能直接储存为压缩空气,省去原有的先发电再储能的步骤,从而提高波浪能回收效率。
[0004] 目前,压缩空气储能主要通过压缩机对空气进行压缩以储存压缩功,而在压缩空气时,有大量的能量以热量的形式耗散。若是能同时储存压缩功和压缩热,则能大幅提高能量的利用效率。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于提供一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,其能够将压缩功和压缩热分别储存,在释放时由将两种能量结合用于发电,提高了压缩空气储能的效率。
[0006] 本发明提供如下技术方案:一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,包括外壳、设置在外壳外侧的波浪能分级空气压缩装置及设置在外壳内的换热装置、储气装置、膨胀发电机,外壳上设有进气口。
[0007] 所述波浪能分级空气压缩装置包括内部设有低压气室的浮板、一组低压压缩气缸及一组高压压缩气缸,低压压缩气缸与低压气室之间、高压压缩气缸与低压气室之间、低压压缩气缸与高压压缩气缸之间、高压压缩气缸与储气装置之间,储气装置与膨胀发电机之间均通过管路相连通;所述低压压缩气缸与高压压缩气缸之间的连通管路、高压压缩气缸与储气装置之间的连通管路均经过换热装置。
[0008] 进一步的,一组所述高压压缩气缸、低压压缩气缸分别均布在浮板的上、下两侧。
[0009] 进一步的,所述低压压缩气缸包括与低压气室连通的低压活塞及低压气缸,高压压缩气缸包括与低压活塞连通的高压活塞及高压气缸。
[0010] 进一步的,所述换热装置包括换热器、储热箱及冷水箱,换热器包括发电换热器及储能换热器,高压活塞通过高压换热管路与储能换热器的一端相连接,储能换热器的另一端经穿过冷水箱,并通过高压气管与储气装置连通,所述高压换热管路穿过储热水箱。
[0011] 进一步的,所述储能换热器的另一端与高压气管之间设有水,进一步的,所述储气装置包括一组一级储气罐及一组二级储气罐,一级储气罐的进口管路与二级储气罐的进口管路之间通过高压换气管相连通,一级储气罐的出口管路与二级储气罐的出口管路经由合流器整合后,通过高压出气管与发电换热器相连接,发电换热器通过管路与膨胀发电机相连通,将经合流器整合后的高温高压气体通入膨胀发电机中进行发电。
[0012] 进一步的,所述发电换热器与膨胀发电机之间的连接管路上设有控制
[0013] 进一步的,所述一级储气罐、二级储气罐均包括外罐及设置在外罐内的内罐,外罐的上部设有高压气室,外罐的下部设有单向出口阀;高压气室的上端设有罐嘴及高压罐阀,高压气室的上端设有罐嘴及高压罐阀,高压气室的下端与内罐上端端口之间设有单向阀瓶颈阀,内罐下端设有内罐出口阀。
[0014] 通过采用上述技术,与现有技术相比,本发明的有益效果如下:1)本发明装置能够将波浪能转换为空气的压缩能,同时将压缩空气过程中的热量储存,并将压缩能和热量相结合用于发电,实现波浪能的储存和利用;
2)本发明中,通过设置的波浪能分级空气压缩装置,将波浪能储存为空气的压缩能;通过设置的换热装置,利用换热装置中的冷水,对压缩的空气进行换热降温,并将换热后的水进行储存,实现热量的储存;
3)本发明中,通过设置的储气装置,在保证储气压力的同时提高储气量;通过设置的膨胀发电机,能够利用储气装置中储存的气体进行发电,实现压缩空气能的利用。
附图说明
[0015] 图1为本发明的整体结构示意图;图2为本发明的内部结构示意图;
图3为本发明波浪能分级压缩空气装置的结构示意图;
图4为本发明换热装置的结构示意图;
图5为本发明储气装置的结构示意图;
图6为本发明一级储气罐或二级储气罐的结构示意图。

具体实施方式

[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合说明书附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0017] 相反,本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步,为了使公众对本发明有更好的了解,在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0018] 请参阅图1‑6,一种基于空气压缩的波浪能储能及利用装置,包括外壳、波浪能分级空气压缩装置、换热装置、储气装置4及膨胀发电机5。
[0019] 具体的,外壳由水上部分的浮体1和水下部分的储能桶8组成。
[0020] 具体的,波浪能分级空气压缩装置包括浮板2、低压压缩气缸9和高压压缩气缸10。高压压缩气缸10、低压压缩气缸9的数量各为6个,分别以圆周排列的方式均布在浮板2的上、下两侧;浮板2在波浪的作用下带动高压压缩气缸10及低压压缩气缸9上下协同运动,完成进气和压缩的过程。
[0021] 浮板2内部设有低压气室16;低压压缩气缸9包括低压活塞14及低压气缸15,低压活塞14与浮板2相连接;高压压缩气缸10包括高压活塞12及高压气缸13,高压气缸13安装在浮板2上,高压活塞12与浮体1相连接。低压活塞14通过管路与低压气室16连通,低压气室16连接低压换热管路20,低压换热管路20通过分流管路与高压活塞12连通。
[0022] 其中,高压活塞12及低压活塞14上均设有单向阀33。
[0023] 具体的,换热装置包括换热器3、储热水箱6及冷水箱7,换热器3包括发电换热器17及储能换热器18。发电换热器17由发电换热管26、换热翅片27;及储能换热器18由储能换热管25、换热翅片27组成。
[0024] 高压活塞12通过高压换热管路24与储能换热器18的一端相连接,储能换热器18的另一端经穿过冷水箱7,并通过高压气管21与储气装置4连通,储能换热器18的另一端与高压气管21之间设有水泵19,水泵19位于冷水箱7的内部。高压换热管路24穿过储热水箱6、低压换热管路20经过冷水箱7。
[0025] 具体的,储气装置4包括一组一级储气罐28及一组二级储气罐30;一级储气罐28、二级储气罐30组合形成两级储气结构。
[0026] 其中,一级储气罐28的进口管路与二级储气罐30的进口管路之间通过高压换气管29相连通,一级储气罐28的出口管路与二级储气罐30的出口管路经由合流器22整合后,通过高压出气管23与发电换热器17相连接。
[0027] 一级储气罐28与二级储气罐30结构相同,均包括外罐38及设置在外罐38内的内罐36,外罐38的上部设有高压气室35,外罐38的下部设有单向出口阀39;高压气室35的上端设有罐嘴40及高压罐阀32,高压气室35的上端设有罐嘴40及高压罐阀32,高压气室35的下端与内罐36上端端口之间设有单向阀33及瓶颈阀34,内罐36下端设有内罐出口阀37。
[0028] 具体的,发电换热器17通过管路与膨胀发电机5相连通,发电换热器17与膨胀发电机5之间的连接管路上设有控制阀31,控制阀31位于储热水箱6的底部。
[0029] 本实施例的工作原理如下:空气经进气口11进入装置,经进气管路43分流至各个低压压缩气缸9,在浮板2上下活动的带动下,将气体一级压缩,压缩后的低压气体经低压活塞14内的单向阀33流入浮板2内的低压气室16,低压气室16起到合流和储存低压空气的作用,低压气室16通过连接低压换热管路20,将低压空气与冷水箱7进行换热,为冷水箱7预热。
[0030] 预热后的空气分流后经由低压空气分流器41流入高压压缩气缸10进行二级压缩,压缩后的高压空气经高压空气合流器42合流后由高压换热管路24流经储热水箱6,后通入储能换热器18,与水进行换热。
[0031] 冷却后的高压空气流经冷水箱7后通过高压气管21后分流进入两个一级储气罐28。高压空气充入一级储气罐28中,流经高压罐阀32后充入高压气室35,高压气室35达到一定压力后单向阀33打开,经瓶颈阀34流入内罐36,内罐36达到一定压力后高压空气经内罐出口阀37流入外罐38,当外罐38达到既定压力后,高压空气经过罐嘴40经高压换气管29流入两个二级储气罐30。
[0032] 一级储气罐28和二级储气罐30结构和原理相同,当储气需求更高时,可同级并联多个储罐和分级串联多级储罐,在保证储气压力的同时提高储气量。经过上述流程,装置完成波浪能的回收和压缩气体储能工作。
[0033] 当需要电能时,高压空气经单向出口阀39流出各级储气罐,并在合流器22内完成合流。合流后的高压空气经高压出气管23流入发电换热器17与热水换热,完成换热过后的高温高压空气通入膨胀发电机5进行发电。
[0034] 换热装置主要结构是由储热水箱6、冷水箱7、储能换热器18和发电换热器17组成,当高温高压空气流入储能换热器18换热时,水泵19将冷水从冷水箱7中抽出,与储能换热管25和换热翅片27接触,给储能换热管25内的高温高压空气降温,同时将换热后的热水通入储热水箱6进行储存。当发电时,热水通过控制阀31流入发电换热器17,与发电换热管26和换热翅片27接触,加热流入的高压空气,换热后的冷水流入冷水箱7。一级压缩后的低压空气通过低压换热管路20经过冷水箱7进行换热,给空气降温的同时预热冷水箱7。
[0035] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。