CN114123524B - 复合储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供复合储能系统及其控制方法，复合储能系统包括：储液容器；储能容器，密封设置，储能容器用于存储从储液容器抽取的液体，储能容器还用于存储被液体压缩的且位于储能容器内的高压空气；气驱发电组件，用于将储能容器内存储的高压空气进行释能排出并发电；液驱发电组件，用于将储能容器内存储的液体进行释能排出并发电；稳压容器，用于储存液体，能够在储能容器内存储的高压空气释能时使得储能容器内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；加压组件，加压组件用于将储液容器的液体输送到储能容器。本发明能提高复合储能系统布设的灵活性和提升系统储能效率等。

Description

复合储能系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种复合储能系统及其控制方法。

背景技术

储能技术在很大程度上解决了风能、太阳能等新能源发电的波动性与间隙性等弊端，能够较大程度地解决移峰填谷的难题。目前较为成熟的储能技术是抽水蓄能和压缩空气储能等。然而，抽水蓄能技术需要特定的地理条件以提供足够的高度差，且需要足够的水源作为工质；压缩空气储能技术同样对地理条件较为依赖，同时在温度压力等级较低时压缩空气储能系统的储能效率偏低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术的存在的至少一种不足，提供一种复合储能系统及其控制方法。

根据本公开的第一个方面，提供一种复合储能系统，包括：

储液容器，所述储液容器用于存储液体；

储能容器，密封设置，所述储能容器用于存储从所述储液容器抽取的液体，所述储能容器还用于存储被所述液体压缩的且位于所述储能容器内的高压空气；

释能组件，用于将所述储能容器内存储的液体和高压空气进行释能排出，所述释能组件包括至少一个气驱发电组件和液驱发电组件；所述气驱发电组件用于将所述储能容器内存储的高压空气进行释能排出并发电；所述液驱发电组件用于将所述储能容器内存储的液体进行释能排出并发电；

稳压容器，用于储存液体，能够在所述储能容器内存储的高压空气释能时使得所述储能容器内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；

加压组件，所述加压组件用于将所述储液容器的液体输送到所述储能容器。

根据本公开的一种实施方式，所述加压组件包括电动驱动泵，所述电动驱动泵和所述储能容器、所述储液容器均连接，所述电动驱动泵用于将所述储液容器的液体输送到所述储能容器。

根据本公开的一种实施方式，所述稳压容器和所述储液容器连接，所述加压组件还用于将所述储液容器的液体输送到所述稳压容器。

根据本公开的一种实施方式，所述稳压容器具有容器壁和与所述容器壁密封滑动配合的活塞，所述稳压容器还设置有配重组件，所述配重组件承载于所述活塞上。

根据本公开的一种实施方式，所述液驱发电组件包括水轮机和所述水轮机驱动的发电机；其中，所述水轮机和所述储能容器、所述储液容器均连接，所述发电机和所述水轮机连接。

根据本公开的一种实施方式，所述气驱发电组件包括膨胀式透平以及所述膨胀式透平分别驱动的发电机，所述气驱发电组件为多个时，多个所述膨胀式透平依次级联连接。

根据本公开的一种实施方式，所述气驱发电组件为多个；

所述复合储能系统还包括换热器；所述换热器具有与所述膨胀式透平连通的气体通道，所述气体通道的两端分别与相邻的两个所述膨胀式透平连通。

根据本公开的一种实施方式，所述换热器用于，以环境中的空气作为热源对所述气体通道内的气体进行加热。

根据本公开的一种实施方式，所述换热器还包括液体通道；

所述复合储能系统还包括集水容器，所述集水容器的出水口与所述换热器的液体通道连通。

上述复合储能系统能够实现能量的储存与释放，降低用户电力成本。能够实现在用电低谷时期的能量储存，且能够根据实际情况，通过控制储能压力以及储能过程运行时长对储能容量进行灵活控制；能够根据实际情况，通过控制释能过程运行时长对供给容量进行灵活控制；与传统的抽水蓄能相比，不需要高度差，提升了系统布置的灵活度、减小系统占地面积、降低系统成本，确保了系统的适应性；将压缩液体蓄能与压缩空气储能相结合，极大地提高了储能系统效率。同时系统将高压液体与高压空气储存在同一个容器中，有效地降低了系统成本。

根据本公开的第二个方面，提供一种复合储能系统的控制方法，包括：

在储能阶段，所述储液容器的液体经过加压组件输送到所述储能容器和所述稳压容器被存储，所述储能容器内的空气被存储的液体压缩成高压空气；

在第一释能阶段，控制所述气驱发电组件工作，将所述储能容器内存储的高压空气逐级排出进行释能发电；控制所述稳压容器内的液体流至所述储能容器，以使得所述储能容器内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；

在第二释能阶段，控制所述液驱发电组件工作，将所述储能容器内存储的液体排出进行释能发电。

上述复合储能系统及其控制方法能够根据实际情况，通过控制释能过程运行时长对供给容量进行灵活控制。与传统的抽水蓄能相比，不需要高度差，提升了复合储能系统布置的灵活度、减小复合储能系统占地面积、降低复合储能系统成本，确保了复合储能系统的适应性。将压缩液体蓄能与压缩空气储能相结合，极大地提高了储能效率。复合储能系统将高压液体与高压空气储存在同一个容器中，有效地降低了复合储能系统成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。

图1为本公开一种实施方式中，复合储能系统的结构示意图。

图2为本公开一种实施方式中，复合储能系统的结构示意图。

图3为本公开一种实施方式中，复合储能系统的结构示意图。

图4为本公开一种实施方式中，稳压容器的结构示意图。

图5为本公开一种实施方式中，复合储能系统的应用场景示意图。

图6为本公开一种实施方式中，复合储能系统的部分组件的工作状态时序图。

图7为本公开一种实施方式中，复合储能系统的控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

CS、储能容器；PA、储液容器；PB、稳压容器；GE、气驱发电组件；LE、液驱发电组件；EP、电动驱动泵；HE、换热器；WT、水轮机；ET、膨胀式透平；Pump0、驱动泵；V_gin、进气阀；V_gout、排气阀；V_lin、进液阀；V_lout、出液阀；V1、第一阀门；V2、第二阀门；V3、第三阀门；100、容器壁；200、活塞；300、配重组件；400、活塞密封圈。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开示例实施方式提供了一种储能系统，参照图1所示的本公开储能系统一示例实施方式的结构示意图，该储能系统可以包括储液容器PA，所述储液容器PA用于存储常温常压液体；

储能容器CS，密封设置，所述储能容器CS用于存储从所述储液容器PA抽取的液体（在抽取过程中被加压成高压液体），所述储能容器CS用于存储被所述液体压缩的且位于储能容器CS内的高压空气；

释能组件，用于将所述储能容器内存储的液体（在一些实施方式中，可以为水）和高压空气进行释能排出，所述释能组件包括至少一个气驱发电组件GE和液驱发电组件LE。当气驱发电组件GE的数量为多个时，所述多个气驱发电组件GE级联连接用于将所述储能容器CS内存储的高压空气进行释能排出，并在排出过程中发电；所述液驱发电组件LE，用于将所述储能容器CS内存储的液体进行释能排出，并在排出过程中发电；

稳压容器PB，用于储存液体（例如加压后的液体），能够在储能容器CS内存储的高压空气释能时使得所述储能容器CS内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；

加压组件，加压组件用于将所述储液容器中的液体输送到所述储能容器；在一些实施方式中，在输送液体的过程中可以对液体进行加压，以使得液体能够被输送至储能容器CS内。

参见图7，本公开还提供了复合储能系统的控制方法，包括：

步骤S110，在储能阶段，从所述储液容器抽取到所述储能容器和所述稳压容器的液体被存储，所述储能容器内的空气被存储的液体压缩成高压空气；

步骤S120，在第一释能阶段，控制各个气驱发电组件工作，将储能容器内存储的高压空气排出进行释能发电，控制使所述稳压容器内的液体流至所述储能容器，以使得所述储能容器CS内的高压空气的压力维持在预设压力范围；

步骤S130，在第二释能阶段，控制液驱发电组件工作，将储能容器内存储的液体排出进行释能发电。

在本公开一种示例实施方式中，加压组件包括电动驱动泵EP，所述电动驱动泵EP和所述储能容器CS、所述储液容器PA均连接，所述电动驱动泵EP将储液容器PA的液体加压成液体输送到储能容器CS。在本公开的一种实施方式中，电动驱动泵EP包括驱动泵pump0和电机M，电机M能够驱动驱动泵pump0工作。驱动泵pump0的一端与储液容器PA连接，另一端与储能容器CS连接。

作为一种示例性说明，当气驱发电组件GE数量为1时，储能容器CS，连接有进气阀V_gin、排气阀V_gout和出液阀V_lout，储能容器CS的进液口连接有进液阀V_lin；

气驱发电组件GE，气驱发电组件GE的进气口与所述排气阀V_gout连通；

液驱发电组件LE，液驱发电组件LE的进液口与出液阀V_lout连通；

储液容器PA，储液容器PA的进液口与所述液驱发电组件LE的出液口连通；

电动驱动泵EP，电动驱动泵EP的进液口与所述储液容器PA的出液口连通，电动驱动泵EP的出液口与进液阀V_lin连通；

稳压容器PB，具有液体口，所述稳压容器PB的液体口与所述储能容器CS的进液口连通；

其中，在所述储能容器CS通过所述排气阀V_gout释放压缩气体时，所述稳压容器PB中的液体能够流入所述储能容器CS。

参见图6和图7，本示例性说明提供的复合储能系统可以按照如下步骤S110~步骤S130所示的控制方法，在储能阶段T1、第一释能阶段T2和第二释能阶段T3等三个工作阶段分别采用三种不同的工作模式进行工作。

步骤S110，在储能阶段T1，可以使得所述排气阀V_gout、所述进气阀V_gin和所述出液阀V_lout保持关闭状态；控制所述电动驱动泵EP工作和所述进液阀V_lin打开，以将液体从所述储液容器PA泵入所述储能容器CS和所述稳压容器PB。如此，电动驱动泵EP可以将液体从储液容器PA中泵入储能容器CS和稳压容器PB中，泵入储能容器CS中的液体对储能容器CS中的气体进行压缩而产生压缩气体。在本公开中，在储能阶段T1完成后，储能容器CS中的液面可以升高至预先设定的高度；此时，储能容器CS中的气体可以被压缩，压缩气体的压力为储能压力。在一些实施方式中，储能压力可以为1.0~1.5MPa，以提高该复合储能系统的安全性，这使得该复合储能系统更适宜安装于居民区、学校、医院、商业中心等人员密集区域。

这样，在储能阶段T1，电动驱动泵EP可以采用富余电力作为能源进行驱动，进而将富余电力转化为存储在储能容器CS和稳压容器PB中的液体的势能和储能容器CS中的压缩气体的内能。在本公开中，富余电力可以是用电低谷时段内电网上的电力，也可以是与电动驱动泵EP连接的发电单元提供的电力，例如可以是周围的太阳能发电单元、风力发电单元等发电单元提供的电力。

步骤S120，在储能阶段T1之后的第一释能阶段T2，可以使得所述进气阀V_gin、所述出液阀V_lout和所述进液阀V_lin保持关闭状态，打开所述排气阀V_gout。这样，在第一释能阶段T2，存储于储能容器CS中的压缩气体可以通过排气阀V_gout排至驱动气驱发电组件GE，并驱动气驱发电组件GE进行发电。在该排气过程中，稳压容器PB中的液体可以流入储能容器CS中，使得储能容器CS中液面上升而保持对气体的压缩，使得储能容器CS中的压缩气体在第一释能阶段T2保持较为稳定的压力，进而保证压缩气体的压力、流量与气驱发电组件GE的最佳工况持续匹配或者接近，提高气驱发电组件GE在第一释能阶段T2的发电效率，进而提高复合储能系统的储能效率。进一步地，在所述储能容器CS通过所述排气阀V_gout释放压缩气体时，所述稳压容器PB中的液体体积不小于所述储能容器CS中的压缩气体的体积。

步骤S130，在压缩气体排出后，复合储能系统可以进入第二释能阶段T3。在第二释能阶段T3，可以使得所述进液阀V_lin保持关闭状态，打开所述进气阀V_gin和所述出液阀V_lout。这样，储能容器CS中的液体将从出液阀V_lout排出，并推动液驱发电组件LE发电。储能容器CS中的液体流出过程中，在第一释能阶段稳压容器PB流入储能容器CS中的液体也将一并从储能容器CS的出液阀V_lout流出。在储能容器CS中的液体流出过程中，气体可以通过进气阀V_gin向储能容器CS中补气，以便在下一个循环中的储能阶段T1被压缩成压缩气体。这样，在第二释能阶段T3，稳压容器PB和储能容器CS中的液体的势能可以通过液驱发电组件LE转化为电能。

本示例性说明提供的复合储能系统，在储能阶段T1可以利用利用富余电力进行储能，将富余电力转化为储能容器CS和稳压容器PB中液体的势能以及储能容器CS中气体的内能。在用电高峰时，可以依次在第一释能阶段T2和第二释能阶段T3工作，以便分别利用气驱发电组件GE和液驱发电组件LE进行发电，利于实现电力的调峰填谷或者实现对风电、光电、太阳能等电能的利用。本公开提供的复合储能系统，通过设置稳压容器PB，可以使得储能容器CS中的压缩气体在第一释能阶段T2维持基本稳定的压力，进而使得气驱发电组件GE在第一释能阶段T2持续在最佳工况附近工作，提高发电效率，进而提高储能效率。不仅如此，本公开的复合储能系统，将液体势能蓄能和气体压缩蓄能进行结合，可以提高整个复合储能系统的储能效率，利于减小系统占地面积和系统成本，能够有效克服压缩空气复合储能系统在小容量时低效率的缺陷。

不仅如此，在一些实施方式中，储能容器CS在高度上并不必然高于储液容器PA，其在第二释能阶段可以利用稳压容器PB中的压力来使得储能容器CS中的液体流经液驱发电组件LE以进行发电。这样，避免了本公开的复合储能系统的布设对地形、地貌的要求，提高了复合储能系统在布设时的灵活性。

下面，结合附图对本公开提供的复合储能系统的结构、原理和效果做进一步地解释和说明。

在本公开中，当两个结构之间连通时，可以是指两个结构之间通过管道等约束流体的设备进行连接，也可以指两个结构直接连接，以能够使得流体可以从其中一个结构流向另一个结构为准。举例而言，气驱发电组件GE的进气口与排气阀V_gout连通，既可以是指气驱发电组件GE的进气口与排气阀V_gout直接连接，也可以是指气驱发电组件GE的进气口通过管道与排气阀V_gout连接。

在本公开中，储能容器CS可以为罐体、箱体、池体、管道或者其他能够容置液体和气体的容器。示例性地，在本公开的一种实施方式中，储能容器CS可以为不锈钢罐。可以理解的是，在本公开的其他实施方式中，储能容器CS可以包括多个连通的子容器，各个子容器的类型可以相同或者不同。

参见图5，在一些实施方式中，储能容器CS可以设置于地面上，或者通过支架支撑于地面上，以使得其能够高于储液容器PA。在另外一些实施方式中，储能容器CS也可以设于周围的一些建筑物上，例如设置于小区、学校、医院、商业中心的区域的楼顶。

在本公开中，储能容器CS可以包括容器本体，容器本体环绕出用于容置液体和气体的容置腔。在容器本体上，可以设置有连通容置腔的进气口、排气口、进液口和出液口。其中，储能容器CS的进气口可以位于储能容器CS的出液口的上方，以便储能容器CS在出液时进气。

储能容器CS的进气口可以与进气阀V_gin连通，例如可以通过管道连接或者直接连接。当进气阀V_gin打开时，储能容器CS容器腔可与外部气体连通，进而通过容置腔吸气或者排气。参见图6，本公开的复合储能系统在工作时，可以在第二释能阶段T3使得进气阀V_gin保持打开状态，且在第一释能阶段T2和储能阶段T1使得进气阀V_gin保持关闭状态。

在本公开的一些实施方式中，进气阀V_gin可以与外部空气连通，以使得吸入容置腔中的气体为空气。如此，储能容器CS可以在第二释能阶段T3吸入空气，在储能阶段T1对空气进行压缩以实现压缩空气储能，在第一释能阶段T2利用压缩空气驱动气驱发电组件GE发电。当然的，在本公开的其他实施方式中，进气阀V_gin也可以与其他气源连通。

在本公开的一些实施方式中，储能容器CS的进气口可以设置于储能容器CS的顶部或者靠近顶部的位置，例如可以设置在储能容器CS的顶盖上。这样，在第一释能阶段T2，储能容器CS内抬升后的液面不会淹没储能容器CS的进气口或者仅对储能容器CS的进气口些许淹没，保证储能容器CS的进气口在第二释能阶段T3可以有效进气。

在本公开的一些实施方式中，进气阀V_gin可以为电动阀、液动阀、气动阀、电磁阀、电液阀、气液阀或者其他类型的可以远程控制的阀门。如此，可以对进气阀V_gin进行远程控制，提高本公开的复合储能系统操作的便利性和自动化程度。示例性地，在本公开的一种实施方式中，进气阀V_gin可以为电磁阀。

储能容器CS的排气口可以与排气阀V_gout连通，例如可以通过管道连接或者直接连接。当排气阀V_gout打开时，容置腔可以与气驱发电组件GE连通，使得容置腔内的压缩气体驱动气驱发电组件GE发电。参见图6，本公开的复合储能系统在工作时，可以在第一释能阶段T2使得排气阀V_gout保持打开状态（on），且在储能阶段T1使得进气阀V_gin保持关闭状态（off）。在第二释能阶段T3，排气阀V_gout可以关闭状态或者保持打开状态，本公开不做特殊的约束。

在本公开的一些实施方式中，储能容器CS的排气口可以设置于储能容器CS的顶部或者靠近顶部的位置，例如可以设置于储能容器CS的顶盖上。这样，在第一释能阶段T2，可以能够尽量排尽容置腔的压缩气体，提高气驱发电组件GE的发电量，进而提高复合储能系统的储能效率。

在本公开的一些实施方式中，排气阀V_gout可以为电动阀、液动阀、气动阀、电磁阀、电液阀、气液阀或者其他类型的可以远程控制的阀门。如此，可以对排气阀V_gout进行远程控制，提高本公开的复合储能系统操作的便利性和自动化程度。示例性地，在本公开的一种实施方式中，排气阀V_gout可以为电磁阀。

储能容器CS的出液口与出液阀V_lout连通，例如可以通过管道连接或者直接连接。当出液阀V_lout打开时，容置腔内的液体可以流向液驱发电组件LE，进而驱动液驱发电组件LE发电。参见图6，本公开的复合储能系统在工作时，在储能阶段T1和第一释能阶段T2，可以使得出液阀V_lout保持关闭状态（off）；在第二释能阶段T3，可以使得出液阀V_lout保持打开状态（on）。

在本公开的一些实施方式中，出液阀V_lout可以为电动阀、液动阀、气动阀、电磁阀、电液阀、气液阀或者其他类型的可以远程控制的阀门。如此，可以对出液阀V_lout进行远程控制，提高对本公开的复合储能系统操作的便利性。示例性地，在本公开的一种实施方式中，出液阀V_lout可以为电磁阀。

在本公开的一种实施方式中，储能容器CS的出液口可以设置于储能容器CS的底部或者靠近底部的位置。这样，在第二释能阶段T3，储能容器CS内的液体可以更充分的流出，以使得液驱发电组件LE能够产生更多的电力，提高复合储能系统的储能效率。

在一些实施方式中，复合储能系统中用于储能的液体可以为水，这些水既可以直接取自周围环境（例如从小区、医院、学校等获取自来水），也可以对周围环境产生的废水（例如生活用水、雨水等）进行处理后获得。复合储能系统中的液体可以在储能容器CS、储液容器PA和稳压容器PB之间循环，进而有效地节约水资源，并提高水资源的利用率。

储能容器CS的进液口与进液阀V_lin连接，例如通过管道连接或者直接连接。当进液阀V_lin打开时，电动驱动泵EP可以向储能容器CS中泵入液体，进而使得容置腔中液面抬升并压缩气体。参见图6，本公开的复合储能系统在工作时，在储能阶段T1，可以使得进液阀V_lin保持打开状态；在第一释能阶段T2和第二释能阶段T3，可以使得进液阀V_lin保持关闭状态，以避免液体泄漏。

在本公开的一些实施方式中，进液阀V_lin可以为电动阀、液动阀、气动阀、电磁阀、电液阀、气液阀或者其他类型的可以远程控制的阀门。如此，可以对进液阀V_lin进行远程控制，提高对本公开的复合储能系统操作的便利性。示例性地，在本公开的一种实施方式中，进液阀V_lin可以为电磁阀。

在本公开的一种实施方式中，储能容器CS的进液口可以设置于储能容器CS的底部或者靠近底部的位置，以利于在储能阶段T1向储能容器CS中泵入液体。

在一些实施方式中，储能容器CS中可以设置有隔膜、浮板或者活塞等分隔件；当储能容器CS中具有液体和气体时，液体可以在分隔件的下方，气体可以在分隔件的上方。如此，分隔件可以阻挡液体，避免液体进入气驱发电组件GE而影响气驱发电组件GE的发电效率。

在一些实施方式中，在储能阶段T1，储能容器CS中的气体在压缩时温度保持基本不变，例如升温不超过10℃。在进一步的方案中，可以通过控制对气体的压缩速度，使得压缩后的气体因压缩而升高的温度不超过5℃。

可以理解的是，在储能阶段T1，电动驱动泵EP既可以持续向储能容器CS中泵入液体，也可以间断性的泵入液体，以能够泵入液体以压缩气体为准。

在本公开中，气驱发电组件GE用于在气体驱动下发电，气驱发电组件GE的进气口与排气阀V_gout连通，例如直接连接或者通过管道连接。气驱发电组件GE的出气口可以直接连通至周围空气环境中。当然的，在本公开的其他实施方式中，气驱发电组件GE的出气口也可以连通至气体回收装置。

在本公开的一些实施方式中，参见图1，气驱发电组件GE可以包括膨胀式透平ET以及被膨胀式透平ET驱动的发电机G。储能容器CS中的压缩气体可以在通过膨胀式透平ET时可以驱动膨胀式透平ET，进而驱动发电机G发电。在进一步的实施方式中，气驱发电组件GE数量为2个及以上时，多个气驱发电组件GE通过多个膨胀式透平ET依次级联连接，各个膨胀式透平ET一一对应发电机G，任意一个膨胀式透平ET可以驱动对应的发电机G发电。其中，第一级膨胀式透平ET的进气口可以与排气阀V_gout连通；上一级膨胀式透平ET的出气口可以与下一级膨胀式透平ET的出气口连通，例如通过管道连接。如此，通过设置多级透平，可以实现对压缩气体中的能量的最大化利用，提高在第一释能阶段T2的发电量。可以理解的是，膨胀式透平ET的数量可以根据复合储能系统的性能和规模等进行确定，例如可以根据储能容器CS中压缩气体的储能压力大小进行确定；当储能压力大时，膨胀式透平ET的级数可以较多；当储能压力小时，膨胀式透平ET的级数可以较少。

在本公开的一种实施方式中，气驱发电组件GE可以包括依次级联的三个膨胀式透平ET。

在本公开的一种实施方式中，最后一级膨胀式透平ET的出气口的压力可以接近所处环境的大气压。示例性地，最后一级膨胀式透平ET的出气口的压力可以为0.101MPa。更进一步地，最后一级膨胀式透平ET的出气口直接与大气环境连通。

在一些实施方式中，参见图1，复合储能系统还可以包括至少一个换热器HE。其中，任意一个换热器HE具有与膨胀式透平ET连通的气体通道。气体通道的一端与上一级膨胀式透平ET的出气口连通，例如通过管道连通；气体通道的另一端与下一级膨胀式透平ET的进气口连通，例如通过管道连通。相邻两级膨胀式透平ET之间，可以设置有换热器HE，也可以不设置有换热器HE。在上一级膨胀式透平ET内压缩气体膨胀而变冷，该变冷的气体可以通过换热器HE的气体通道而流入下一级膨胀式透平ET。变冷的气体在流经换热器HE时，可以被换热器HE加热而升温，进而避免气体温度太低而导致结冰等现象。不仅如此，通过对变冷的气体进行加热升温，还可以提升膨胀后的气体的压力，进而提高下一级膨胀式透平ET的发电量，提高复合储能系统的储能效率。

在本公开的一种实施方式中，至少部分换热器HE可以通过大气环境中的空气对气体通道内的气体进行加热。这样，本公开的复合储能系统可以利用大气作为热源对变冷的气体进行加热，可以无需额外设置加热源，进而降低了设备成本和能耗。

在本公开的另一种实施方式中，至少部分换热器HE可以为气液式换热器HE。该换热器HE内还可以设置有液体通道，液体通道内可以通入液体介质以便对气体通道内的气体进行加热。进一步地，通入液体通道内的液体可以为水，例如可以为周边环境产生的具有一定热量的水（例如洗澡水等生活废水）。这样，本公开的复合储能系统可以利用周围环境中产生的废水作为热源，实现对这些废水中所蕴含的零散能量的回收，进一步提高复合储能系统的储能效率。

进一步地，所述复合储能系统还包括集水容器，所述集水容器的出水口与所述换热器HE的液体通道连通。周围环境产生的废弃水体，例如洗澡水、雨水等等，可以收集至集水容器中；在第一释能阶段T2，该集水容器中的水体可以流经换热器HE的液体通道并排放，进而有效的利用水体中的热量。

当然的，可以理解的是，本公开的换热器HE也可以为其他类型的换热器HE，换热器HE的热源也可以来自废水、空气之外的其他可利用的热源，本公开对此不做特殊的限定。

在本公开中，换热器HE的类型和数量可以根据复合储能系统的规模、性能等进行确定，以使得各个膨胀式透平ET的出气口的气体温度不低于设定温度为准。其中，设定温度可以在0~20℃范围内。示例性地，在本公开的一种实施方式中，设定温度可以为5℃；这样，可以避免气体温度太低而导致管道、设备结冰。

在本公开的一种实施方式中，在任意相邻两级膨胀式透平ET之间均设置有换热器HE，进而保证流入膨胀式透平ET的气体温度和压力。其中，任意两个换热器HE可以相同，也可以不相同。

在本公开中，液驱发电组件LE用于在液体驱动下发电，其具有进液口和出液口。其中，液驱发电组件LE的进液口与出液阀V_lout连通，例如通过管道连接或者直接连接。液驱发电组件LE的出液口与储液容器PA连通，例如直接连接或者通过管道连接。由于储能容器CS的位置比储液容器PA高，因此当出液阀V_lout打开时，储能容器CS中的液体可以在重力作用下经过液驱发电组件LE流入储液容器PA中，液体流经液驱发电组件LE时驱动液驱发电组件LE发电。

在一些实施方式中，参见图1，液驱发电组件LE可以包括水轮机WT和水轮机WT驱动的发电机G，水轮机WT和所述储能容器CS、所述储液容器PA均连接，所述发电机G和所述水轮机WT连接。具体地，水轮机WT进液口作为液驱发电组件LE的进液口，与出液阀V_lout连通。水轮机WT的出液口作为液驱发电组件LE的出液口，与储液容器PA连通。

在本公开的一种实施方式中，液驱发电组件LE与出液阀V_lout、储液容器PA之间可以通过可变形管道连通，例如管道的至少部分采用柔性材料。复合储能系统还可以设置有升降组件，所述升降组件能够控制所述液驱发电组件LE的升降。示例性地，液驱发电组件LE可以固定于升降组件上，并在升降组件的控制下进行升降。在第二释能阶段T3，当储能容器CS中的液面开始下降时，液驱发电组件LE也可以在升降组件的控制下下降，使得储能容器CS的液面与液驱发电组件LE的进液口之间的相对高度保持基本不变，例如相对高度的波动幅度不超过10%，以使得液驱发电组件LE持续工作在最佳工况或者接近最佳工况环境下，提高发电量进而提高储能效率，克服液面下降导致液驱发电组件LE进液口出的流量持续减小的问题。

进一步地，升降组件可以采用电力驱动，例如可以在电力驱动下直接提升或者降低液驱发电组件LE的高度，亦或在电力驱动下产生液压，并通过液压提升或者降低液驱发电组件LE的高度。当然的，升降组件还可以以电力为能量源，采用其他原理来驱动升降组件。在本公开的一种实施方式中，升降组件可以利用富余电力作为能量来源，避免在用电高峰时耗能。进一步地，在储能阶段T1，升降组件可以利用富余电力将液驱发电组件LE抬升至最高处。

在本公开的一种实施方式中，升降组件的扬程不小于容置腔的高度，以保证升降组件可以在整个第二释能阶段T3调节液驱发电组件LE的高度。其中，升降组件的扬程指的是，用于托举液驱发电组件LE的托举件在最高位置时的高度和最低位置时的高度的高度差。

在本公开中，储液容器PA用于存储液体，储液容器PA的进液口与液驱发电组件LE的出液口连通，例如直接连接或者通过管道连接；储液容器PA的出液口与电动驱动泵EP连通，例如直接连接或者通过管道连接。在第二释能阶段T3，储能容器CS可以将液体排出至储液容器PA中；在储能阶段T1，电动驱动泵EP可以将储液容器PA中的液体泵入储能容器CS中。其中，储液容器PA至少部分低于储能容器CS，以使得储能容器CS中的液体可以利用重力流入储液容器PA中。更进一步地，当储能容器CS中的所有液体流入至预先排空的储液容器PA中后，储液容器PA中的液面不超过储能容器CS的的底部。

在本公开的一种实施方式中，储液容器PA可以为密闭容器，且设置有通气孔。在第二释能阶段T3，当液体从储能容器CS中流入至储液容器PA时，储液容器PA中的空气可以通过通气孔排出。在储能阶段T1，当电动驱动泵EP将储液容器PA中的液体泵入至储能容器CS中时，储液容器PA将通过通气孔吸入空气。进一步地，储液容器PA在通气孔处可以设置有滤网，以避免外部灰尘等进入储液容器PA中而污染储液容器PA中的液体。

可选地，储液容器PA可以为敞口的容器（例如水池、水库等），也可以为密闭容器（例如不锈钢水箱、地下水箱等）。参见图5，在本公开的一种实施方式中，储液容器PA可以为地下水箱或者地下水池。

在一些实施方式中，储能容器CS可以高于储液容器PA，以使得储能容器CS中的液体可以在重力作用下流入储液容器PA。在另外一些实施方式中，可以不对储能容器CS和储液容器PA之间的高度关系作出限定，以利于灵活布置储能容器CS和储液容器PA。在稳压容器提供的压力下，储能容器CS中的液体可以流入至储液容器PA中。

在本公开中，电动驱动泵EP用于将储液容器PA中的液体泵入至储能容器CS中。其中，电动驱动泵EP的进液口与储液容器PA的出液口连通，例如通过管道连通。电动驱动泵EP的出液口与进液阀V_lin连通，例如通过管道连通。在储能阶段T1，可以使得进液阀V_lin保持打开状态，且使得电动驱动泵EP工作，储液容器PA中的液体将会被泵入至储能容器CS中，以使得储能容器CS中液面升高并将其中的气体压缩至储能压力。

可选地，参见图1，在电动驱动泵EP与储液容器PA之间，还可以设置有第一阀门V1，该第一阀门V1可以与电动驱动泵EP、储液容器PA连通。在一种实施方式中，在电动驱动泵EP工作时，该第一阀门V1可以打开；在电动驱动泵EP不工作时，该第一阀门V1可以保持关闭。如此，可以避免储液容器PA中的液体泄漏。当然的，在本公开的其他实施方式中，在储能阶段T1，该第一阀门V1可以保持打开。在其他阶段，该第一阀门V1可以保持关闭。

在本公开中，电动驱动泵EP可以采用富余电力进行驱动，该富余电力既可以是电网在用电低谷时间段的电力，也可以是周围的发电组件提供的电力，例如周围的太阳能发电单元、风力发电单元等发电单元提供的电力，亦或综合采用多种不同的电力。

在本公开的一种实施方式中，复合储能系统还可以分布式发电组件，所述分布式发电组件包括至少一个发电单元；分布式发电组件所提供的电力可以作为富余电力以驱动电动驱动泵EP。在本公开的一种实施方式中，所述分布式发电组件包括多个发电单元，至少一个所述发电单元为风力发电单元或者太阳能发电单元。可以理解的是，本公开的分布式发电组件需要利用不太稳定的风能、太阳能或者其他新能源，因此难以持续且稳定的产生电力，进而难以被有效利用。在本公开中，可以将分布式发电组件产生的电力驱动电动驱动泵EP，进而将这些电力进行存储，并在用电高峰时或者储能完成后，通过第一释能阶段T2和第二释能阶段T3进行释放。

在本公开的一种实施方式中，参见图5，分布式发电组件的至少发电单元可以布设于建筑物的顶部，例如太阳能发电单元、风力发电单元可以布设于小区、学校、医院、商场、办公楼等建筑物的顶部，以实现对零散新能源的富集和利用。

在本公开的一种实施方式中，电动驱动泵EP既与电网连接，又与分布式发电组件连接。在第二释能阶段T3结束后，可以先利用分布式发电组件为电动驱动泵EP供电。如果在预定的时间内，例如用电高峰1个小时或者2个小时，储能容器CS中的液体不足而使得气体没有被压缩至预期的压力（或者储能容器CS中的液面没有达到预期的高度），则电网可以向电动驱动泵EP供电，以便使得复合储能系统在用电高峰之间完成储能。

在本公开中，稳压容器PB用于在第一释能阶段T2为储能容器CS中的压缩气体稳压，进而保证气驱发电组件GE在最佳工况附近工作。其中，在储能阶段T1，电动驱动泵EP所泵入的液体还可以泵入至稳压容器PB中，使得稳压容器PB中存储有液体；在第一释能阶段T2，稳压容器PB与储能容器CS保持连通，使得稳压容器PB能够向储能容器CS补充液体并利用自身的压力稳定储能容器CS中的压缩气体的压力，使得气体的压力保持在储能压力附近。在本公开的一种实施方式中，稳压容器PB用于使得压缩气体的压力，在第一释能阶段不低于储能压力的90%；换言之，预设压力范围，为储能压力的90%~100%。

作为示例性说明，稳压容器PB和储液容器PA连接，所述加压组件（示例性说明如电动驱动泵EP）用于将储液容器PA的液体加压成液体输送到稳压容器PB，如图1、图3所示，也可以如图2所示不连接，可以根据需要灵活设置。

在本公开的一些实施方式中，参见图2，储能容器CS的出液口可以包括第一出液口和第二出液口等两个出液口；其中，第一出液口与出液阀V_lout连通，第二出液口与稳压容器PB的液体口连通，例如通过管道连通。示例性地，第二出液口与稳压容器PB的液体口通过管道连通，使得稳压容器PB与储能容器CS保持连通。储液容器PA中的水加压输送到储能容器CS中将储能容器CS储存的空气压缩到预设压力后，后续输送到储能容器CS中的高压水通过管道流入稳压容器PB储存，稳压容器PB高压水和储能容器CS的高压水保持一致。

在本公开的一些实施方式中，稳压容器PB可以通过管道直接连接至储能容器CS的进液口。示例性地，储能容器CS的进液口可以连接有三通，三通的一端与进液阀V_lin连通，一端通过管道与稳压容器PB的液体口连通。这样，在储能阶段T1，电动驱动泵EP在向储能容器CS中泵入液体时，液体也会顺着管道泵入稳压容器PB中，且实现压力平衡。

进一步地，在稳压容器PB的液体口和储能容器CS的进液口之间，还可以设置有第二阀门V2（参照图3）。该第二阀门V2的一端与稳压容器PB的液体口连通，另一端与储能容器CS的进液口连通。在第一释能阶段T2和第二释能阶段T3，可以使得该第二阀门V2打开，以便使得稳压容器PB能够对储能容器CS中的液体也气体加压。在储能阶段T1，尤其是在电动驱动泵EP工作时，该第二阀门可以保持打开，以使得流体通过第二阀门流入稳压容器PB中。

在本公开的一些实施方式中，参见图3，所述稳压容器PB的液体口包括液体进口和液体出口；所述稳压容器PB的液体进口与所述电动驱动泵EP的出液口连通；所述稳压容器PB的液体出口与所述储能容器CS的进液口连通。如此，在储能阶段T1，电动驱动泵EP可以通过稳压容器PB的液体进口向稳压容器PB中泵入液体；在第一释能阶段T2和第二释能阶段T3，稳压容器PB可以通过稳压容器PB液体出口向储能容器CS流入液体。

进一步地，在稳压容器PB的液体出口和储能容器CS的进液口之间，设置有第二阀门V2。

进一步地，在稳压容器PB的液体进口和电动驱动泵EP之间设置有第三阀门V3。在储能阶段T1或者在电动驱动泵EP工作时，可以使得第三阀门V3保持打开状态。在其他时间段，例如在第一释能阶段T2和第二释能阶段T3，可以使得第三阀门V3保持关闭状态，以避免稳压容器PB中的液体泄漏。

在第一释能阶段，可以打开第二阀门V2，以使得稳压容器PB为储能容器CS中的压缩气体保压。在第一释能阶段结束后，可以关闭第二阀门V2。

在本公开的一些实施方式中，在垂直方向上，所述稳压容器PB位于所述储能容器CS的上方。换言之，稳压容器PB的位置可以高于储能容器CS。这样，稳压容器PB中的液体具有更大的势能，其能够向储能容器CS中的液体和气体施压以使得压缩气体的压力保持在储能压力附近。在第一释能阶段T2，当储能容器CS中的压缩气体开始排出时，储能容器CS中液面在稳压容器PB中的液体的作用下抬升，进而保持对压缩气体的压力。可以理解的是，在储能阶段T1结束后，压缩气体的储能压力越大，则稳压容器PB中的液面的高度与储能容器CS中液面的高度的高度差越大，这部分液面高度差所产生的压力基本等于压缩气体的储能压力。进一步地，参见图5，稳压容器PB可以位于建筑物的顶部。

在本公开的一些实施方式中，参见图4，所述稳压容器PB具有容器壁100和与所述容器壁100密封滑动配合的活塞200；所述稳压容器PB的液体口设置于所述活塞200的下方。如此，当向稳压容器PB中泵入液体时，活塞200上升；当稳压容器PB中的液体流出时，活塞200下降。进一步地的，所述活塞200与所述容器壁100之间设置有活塞密封圈400。这样，活塞200可以实现对稳压容器PB的密封，不仅有利于减少对稳压容器PB中的液体的污染，而且利于通过活塞200对稳压容器PB中的液体加压。

在本公开的一种实施方式中，所述稳压容器PB还设置有配重组件300，所述配重组件300承载于所述活塞200的上方。这样，配重组件300可以通过活塞200向稳压容器PB中的液体施加压力，这样，稳压容器PB可以通过较少的液体或者较低的位置来向储能容器CS施加较大的压力，进而利于对储能容器CS中压缩气体的稳压。

进一步地，所述稳压容器PB还包括稳压控制组件，所述稳压控制组件用于调整承载于所述活塞200上方的配重组件300的重量。当储能容器CS中压缩气体排出而使得储能容器CS和稳压容器PB中液面变化时，为了保持压缩气体的压力稳定，稳压控制组件可以调节配重组件300的重量，进而调节稳压容器PB向储能容器CS施加的压力。示例性地，随着储能容器CS中压缩气体的减少和储能容器CS中液面的上升、稳压容器PB中液面的下降，可以增大配重组件300的重量，使得配重组件300的重量增加来补偿稳压容器PB与储能容器CS液面差的减小，进而维持储能容器CS中压缩气体的压力的稳定。

在该实施方式中，在储能完成后，稳压容器PB中的水的体积可以略大于储能容器CS中的压缩气体的体积。假定稳压容器PB中的液面高度和储能容器CS中的液面高度基本一致，则可以认为配重组件300和活塞200对水面产生的压力，与储能容器CS中的压缩气体的压力一致。具体的，可以描述为：

其中，G为配重组件300和活塞200的重量之和，单位为kg；P为储气罐中压缩气体的压力，单位为Pa；A为稳压容器PB的横截面积，单位为m²；g为重力加速度，单位为m/s²；a为考虑摩擦、损耗等因素的修正系数，其值应接近1。

在本公开的另一种实施方式中，所述稳压容器PB还设置有调压组件，所述调压组件的两端分别固定于所述活塞200和所述容器壁100，用于向所述活塞200施加朝向下方的力。当储能容器CS中压缩气体排出而使得储能容器CS和稳压容器PB中液面变化时，为了保持压缩气体的压力稳定，调压组件可以向活塞200施加朝向下的力，进而增大稳压容器PB中液体的压力，进而使得储能容器CS中的压缩气体的压力保持基本稳定。示例性地，调压组件可以包括位于稳压容器PB顶部的承力横梁和千斤顶，千斤顶的两端分别固定在承力横梁和活塞200上。当需要增大稳压容器PB中的液体的压力时，可以使得千斤顶升举以向下压活塞200。

可以理解的是，稳压容器PB还可以采用其他方式对储能容器CS进行加压，以及采用其他可行的机构对稳压容器PB中的液体压力进行调节，以能够满足对储能容器CS中压缩气体的保压需求为准，本公开不做特殊的限定。

可选地，本公开提供的复合储能系统还可以包括控制组件，所述控制组件用于控制进气阀V_gin、排气阀V_gout、出液阀V_lout、进液阀V_lin、电动驱动泵EP。各个阀门、电动驱动泵EP等可以在控制组件的控制下工作，进而简化该复合储能系统的控制，提高复合储能系统的自动化运行程度。

可选地，本公开提供的复合储能系统还可以包括传感器，以对复合储能系统的安全状态、运行状态等等进行监控。这些传感器可以包括用于监控温度的温度传感器、用于监控气体压力的气压传感器、用于检测液体压力的液压传感器、用于检测流量的流量传感器以及其他所需的传感器中的一种或者多种。

参见图5，在本公开中，复合储能系统可以设置于小区、医院、学校、商业中心等等建筑密集、容量需求低的地区，一方面能够有效地适应这些地区的用电波动，另一方面可以克服常规的压缩空气储能和抽水储能对地理环境的苛刻要求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种复合储能系统，其特征在于，包括：

储液容器，所述储液容器用于存储液体；

储能容器，密封设置，所述储能容器用于存储从所述储液容器抽取的液体，所述储能容器还用于利用从所述储液容器抽取的液体对其中的空气进行压缩以产生高压空气，并存储被所述液体压缩的且位于所述储能容器内的高压空气；

释能组件，用于将所述储能容器内存储的液体和高压空气进行释能排出，所述释能组件包括至少一个气驱发电组件和液驱发电组件；所述气驱发电组件用于将所述储能容器内存储的高压空气进行释能排出并发电；所述液驱发电组件用于将所述储能容器内存储的液体进行释能排出并发电；

稳压容器，用于储存从所述储液容器抽取的液体，能够在所述储能容器内存储的高压空气释能时使得所述储能容器内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；

加压组件，所述加压组件用于将所述储液容器的液体输送到所述储能容器。

2.根据权利要求1所述的复合储能系统，其特征在于，所述加压组件包括电动驱动泵，所述电动驱动泵和所述储能容器、所述储液容器均连接，所述电动驱动泵用于将所述储液容器的液体输送到所述储能容器。

3.根据权利要求1所述的复合储能系统，其特征在于，所述稳压容器和所述储液容器连接，所述加压组件还用于将所述储液容器的液体输送到所述稳压容器。

4.根据权利要求1所述的复合储能系统，其特征在于，所述稳压容器具有容器壁和与所述容器壁密封滑动配合的活塞，所述稳压容器还设置有配重组件，所述配重组件承载于所述活塞上。

5.根据权利要求1所述的复合储能系统，其特征在于，所述液驱发电组件包括水轮机和所述水轮机驱动的发电机；其中，所述水轮机和所述储能容器、所述储液容器均连接，所述发电机和所述水轮机连接。

6.根据权利要求1所述的复合储能系统，其特征在于，所述气驱发电组件包括膨胀式透平以及所述膨胀式透平分别驱动的发电机，所述气驱发电组件为多个时，多个所述膨胀式透平依次级联连接。

7.根据权利要求6所述的复合储能系统，其特征在于，所述气驱发电组件为多个；

所述复合储能系统还包括换热器；所述换热器具有与所述膨胀式透平连通的气体通道，所述气体通道的两端分别与相邻的两个所述膨胀式透平连通。

8.根据权利要求7所述的复合储能系统，其特征在于，所述换热器用于，以环境中的空气作为热源对所述气体通道内的气体进行加热。

9.根据权利要求8所述的复合储能系统，其特征在于，所述换热器还包括液体通道；

所述复合储能系统还包括集水容器，所述集水容器的出水口与所述换热器的液体通道连通。

10.一种复合储能系统的控制方法，应用于权利要求1~9任意一项所述的复合储能系统，其特征在于，包括：

在储能阶段，所述储液容器的液体经过加压组件输送到所述储能容器和所述稳压容器被存储，所述储能容器内的空气被存储的液体压缩成高压空气；

在第一释能阶段，控制所述气驱发电组件工作，将所述储能容器内存储的高压空气逐级排出进行释能发电；控制所述稳压容器内的液体流至所述储能容器，以使得所述储能容器内的高压空气的压力维持在预设压力范围内；

在第二释能阶段，控制所述液驱发电组件工作，将所述储能容器内存储的液体排出进行释能发电。

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