一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统及控制方法技术方案

技术编号：42058580 阅读：28 留言：0更新日期：2024-07-16 23:37

本发明专利技术提供一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统及控制方法，包括圆柱形沉箱，依据吸力锚原理嵌入海床内，利用水头势能通过水泵/水轮机进排水储能发电。圆柱形沉箱底部吸力锚由若干锚筒、环形管道、主管道和逆止阀组成，每个锚筒通过逆止阀、环形管道与主管道连通，组成吸力锚系统，嵌入水底的淤泥中。如某个锚筒发生泄露不会导致吸力锚系统稳定性。由于海床泥沙渗水率，导致吸力锚系统内有水吸出，破坏吸力锚系统原有内外压力差，导致吸力锚失效。本发明专利技术利用圆柱形沉箱储能发电进排水过程重量与浮力作用下，圆柱形沉箱呈上下移动趋势，如“压水井”抽压水原理，将每个锚筒内的水压到主管道中，定期启动水泵抽出，保证圆柱形沉箱全寿命周期。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于储能领域，具体涉及一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统及控制方法。

技术介绍

1、“水下沉箱排水储能”与“抽水蓄能”原理相同，都是利用新能源发电余电进行储能，只是储能方式和结构有所不同。水下沉箱储能置于大型水体中如海底，无需抽水蓄能的上水库，储能时将水下沉箱内的水排出，供电时利用所处水深压力通过水轮发电机向水下沉箱注水，驱动沉箱上的水轮发电机发电。其是“抽水蓄能”的逆过程。其容量大小与水深和沉箱容量成正比。

2、目前快速发展的依托海洋环境或利用海水特性的各种产业发展，如海水淡化、大型冷却、海上平台、海下石油管道加热加压、水下数据中心、水下换流站等，以及为海上风电并网等需要一种稳定电源保证。由此“水下沉箱排水储能”可以有效的保证依托海洋环境的产业发展。

3、为了考虑水下沉箱排水储能百年全寿命周期，由此针对结构的防腐、生物寄生、温湿度变化对结构的影响，提出一套解决办法。尤其水下沉箱长期锚定在水体底部，如何克服泥沙渗透率保证锚定的可靠性，保证水下沉箱稳定性，是至关重要的。其中原因由于水体底部沉积数米到数十米的泥沙层，水下沉箱依据吸力锚原理多采用吸力锚桩进行锚定，然而锚定的地质或泥沙透水率问题，导致吸力锚系统内低压将一定水吸出，日积月累水量增加破坏吸力锚系统内低压环境，导致吸力锚系统失效，无法保证水下沉箱全寿命周期工作。而吸力锚系统失效的速度与水域地质或泥沙透水率有关，透水率越大寿命越短。同时水下沉箱采用钢筋混凝土一体预制成，置于海水中受到盐的腐蚀、生物寄生、温湿度变化，都对结构寿命影响非常大。</p>

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统及控制方法，其为一种基于压水井原理、采用多锚筒提高沉箱储能发电系统结构稳定性的控制方法。

2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，包括圆柱形沉箱单元、吸力锚单元、储能发电单元、压缩气体单元；所述储能发电单元置于圆柱形沉箱单元内部；压缩气体单元置于圆柱形沉箱单元外部，并依据水轮机小于最小水头深度锚定在圆柱形沉箱单元上；吸力锚单元置于圆柱形沉箱单元底部外侧；

4、所述的圆柱形沉箱单元为圆柱型罐体结构，通过吸力锚单元垂直锚定在位于一定规模和深度的水体淤泥中，包括：圆柱形沉箱体、上部的沉箱穹顶和圆柱形沉箱单元底部；

5、所述的储能发电单元为圆柱形沉箱同心圆圆柱体，分为上下两部分，上部分为水泵/水轮机一体机的进排水管道，水泵/水轮机一体机的进排水管道上端进出口处安装进排水阀门，并贯穿圆柱形的沉箱穹顶并与沉箱穹顶连接；下部分为水泵/水轮机控制室，安装在位于圆柱形沉箱单元底部中心位置；储能发电单元上部与沉箱穹顶连接，下与圆柱形沉箱单元底部固定，起到对沉箱穹顶的支撑作用；

6、所述压缩气体单元包括气囊和气囊进排气管道；所述气囊依据最小水头高度或沉箱穹顶所处水的深度，利用圆柱形沉箱体作为锚桩，锚定在圆柱形沉箱体的沉箱穹顶或周边水体中，气囊进排气管道附着在沉箱穹顶外上面；气囊通过气囊进排气管道贯穿圆柱形的沉箱穹顶接入沉箱进排气管道，依据控制策略控制进出气囊的压缩气体。一方面助力储能水泵排水，另一方面保证圆柱形沉箱体内部温湿度，保证沉箱结构寿命。

7、进一步地，所述的吸力锚单元由若干根吸力锚筒、若干个环形管道、主管道和立边圆托盘式吸力锚顶组成。

8、进一步地，所述水泵/水轮机控制室内安装有水泵/水轮机一体机，水泵/水轮机发电进水口或水泵的排水口通过管道与水泵/水轮机进排水管道下端口连接；水泵/水轮机发电出水口或水泵的进水口安装三通阀，并与三通阀公共端连通，其中三通阀一通贯穿水泵/水轮机控制室侧壁与圆柱形沉箱体内部连通，三通阀二通贯穿水泵/水轮机控制室底部和圆柱形沉箱单元底部与吸力锚单元连通。

9、进一步地，所述立边圆托盘式吸力锚顶倒扣安装在圆柱形沉箱单元底部外侧，中心处安装有贯穿圆柱形沉箱单元底部的三通阀二通的管道，并与主管道连接；立边圆托盘式吸力锚顶的立边为吸力锚单元群边，吸力锚单元群边内部为吸力锚室；立边圆托盘式吸力锚顶，也是圆柱形沉箱单元底部,中心略高呈圆锥形结构，即吸力锚单元上部中心略高呈圆锥形结构；吸力锚单元通过圆柱形沉箱单元底部与圆柱形沉箱体内的空间隔开。

10、进一步地，在立边圆托盘式吸力锚顶底下附着安装若干个同心圆的环形管道和均匀分布安装若干根吸力锚筒；若干个同心圆的环形管道之间通过主管道连通，主管道与水泵/水轮机进排水管道的三通阀二通连通；若干个同心圆的环形管道和主管道上均匀分布嵌入安装若干个逆止阀，其中环形管道上一部分逆止阀和主管道上逆止阀直接与吸力锚室连通，环形管道上另一部分逆止阀与对应的吸力锚筒连通，同时对立边圆托盘式吸力锚顶和吸力锚筒起到加强筋的作用。

11、进一步地，所述吸力锚筒为圆柱形中空，且吸力锚筒顶部密封，吸力锚筒顶部垂直安装在立边圆托盘式吸力锚顶底部，靠近吸力锚筒顶的筒壁与环形管道上的逆止阀连通，逆止阀在不受控时，吸力锚筒的泥水和吸力锚室的泥水只能向环形管道单相流动。

12、进一步地，在圆柱形沉箱体就位时，采用专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机中的水泵入口通过三通阀二将与主管道连通，依据控制策略启动专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机对每个吸力锚筒、环形管道和主管道所处环境泥浆吸进，经专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机另一端储能发电的进排水通道排出，随着吸力锚单元内的淤泥排出，圆柱形沉箱体在重力作用下逐步下沉；当姿态传感器监测到圆柱形沉箱体状态有偏差时，依据控制策略关闭或打开对应的逆止阀，调整对应的吸力锚筒、环形管道和主管道所处环境的吸进淤泥量，使圆柱形沉箱体平稳逐步的嵌入到水体淤泥中，实现吸力锚单元内部与所处水体形成压力差，将圆柱形沉箱体牢牢的锚定在水体的淤泥中。

13、进一步地，所述逆止阀在不受控状态为单相逆止流通状态，受控时为两种状态：打开为逆止阀处于双向流通状态；关闭为逆止阀处于双向不流通状态；并在每个逆止阀上安装有传感器。

14、本专利技术还提供一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统的控制方法，包括如下步骤：

15、步骤1、当圆柱形沉箱单元定位安放在目标海床上时，打开进排水阀门，通过水泵/水轮机进排水管道为圆柱形沉箱单元内注水增加圆柱形沉箱单元的重量，利用圆柱形沉箱单元的重量嵌入到海床上；由于圆柱形沉箱单元底部的吸力锚单元为多锚筒和圆形锚室结构，将吸力锚单元外的淤泥隔开；

16、步骤2、利用专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机中的水泵通过三通阀与吸力锚单元的主管道的逆止阀口连通，打开进排水阀门启动专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机中的水泵，将各个吸力锚筒和吸力锚室内的淤泥经环形管道、主管道、逆止阀吸入，经专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机中的水泵另一端储能发电的进排水通道排出；

17、随着控制吸力锚筒和吸力锚室筒内的淤泥排出，在圆柱形沉箱单元的重力和吸力锚筒和吸力锚室筒内与本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：包括圆柱形沉箱单元、吸力锚单元、储能发电单元、压缩气体单元；所述储能发电单元置于圆柱形沉箱单元内部；压缩气体单元置于圆柱形沉箱单元外部，并依据水轮机小于最小水头深度锚定在圆柱形沉箱单元上；吸力锚单元置于圆柱形沉箱单元底部外侧；

2.根据权利要求1所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述的吸力锚单元由若干根吸力锚筒、若干个环形管道、主管道和立边圆托盘式吸力锚顶组成。

3.根据权利要求1所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述水泵/水轮机控制室内安装有水泵/水轮机一体机，水泵/水轮机发电进水口或水泵的排水口通过管道与水泵/水轮机进排水管道下端口连接；水泵/水轮机发电出水口或水泵的进水口安装三通阀，并与三通阀公共端连通，其中三通阀一通贯穿水泵/水轮机控制室侧壁与圆柱形沉箱体内部连通，三通阀二通贯穿水泵/水轮机控制室底部和圆柱形沉箱单元底部与吸力锚单元连通。

4.根据权利要求2所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述立边圆托盘式吸力

5.根据权利要求2所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：在立边圆托盘式吸力锚顶底下附着安装若干个同心圆的环形管道和均匀分布安装若干根吸力锚筒；若干个同心圆的环形管道之间通过主管道连通，主管道与水泵/水轮机进排水管道的三通阀二通连通；若干个同心圆的环形管道和主管道上均匀分布嵌入安装若干个逆止阀，其中环形管道上一部分逆止阀和主管道上逆止阀直接与吸力锚室连通，环形管道上另一部分逆止阀与对应的吸力锚筒连通，同时对立边圆托盘式吸力锚顶和吸力锚筒起到加强筋的作用。

6.根据权利要求2所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述吸力锚筒为圆柱形中空，且吸力锚筒顶部密封，吸力锚筒顶部垂直安装在立边圆托盘式吸力锚顶底部，靠近吸力锚筒顶的筒壁与环形管道上的逆止阀连通，逆止阀在不受控时，吸力锚筒的泥水和吸力锚室的泥水只能向环形管道单相流动。

7.根据权利要求1所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：在圆柱形沉箱体就位时，采用专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机中的水泵入口通过三通阀二将与主管道连通，依据控制策略启动专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机对每个吸力锚筒、环形管道和主管道所处环境泥浆吸进，经专用泥浆泵或水泵/水轮机一体机另一端储能发电的进排水通道排出，随着吸力锚单元内的淤泥排出，圆柱形沉箱体在重力作用下逐步下沉；当姿态传感器监测到圆柱形沉箱体状态有偏差时，依据控制策略关闭或打开对应的逆止阀，调整对应的吸力锚筒、环形管道和主管道所处环境的吸进淤泥量，使圆柱形沉箱体平稳逐步的嵌入到水体淤泥中，实现吸力锚单元内部与所处水体形成压力差，将圆柱形沉箱体牢牢的锚定在水体的淤泥中。

8.根据权利要求5所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述逆止阀在不受控状态为单相逆止流通状态，受控时为两种状态：打开为逆止阀处于双向流通状态；关闭为逆止阀处于双向不流通状态；并在每个逆止阀上安装有传感器。

9.根据权利要求1-8之一所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求2所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：所述立边圆托盘式吸力锚顶倒扣安装在圆柱形沉箱单元底部外侧，中心处安装有贯穿圆柱形沉箱单元底部的三通阀二通的管道，并与主管道连接；立边圆托盘式吸力锚顶的立边为吸力锚单元群边，吸力锚单元群边内部为吸力锚室；立边圆托盘式吸力锚顶，也是圆柱形沉箱单元底部,中心略高呈圆锥形结构，即吸力锚单元上部中心略高呈圆锥形结构；吸力锚单元通过圆柱形沉箱单元底部与圆柱形沉箱体内的空间隔开。

5.根据权利要求2所述的一种带有自修复多锚筒的沉箱储能发电系统，其特征在于：在立边圆托盘式吸力锚顶底下附着安装若干个同心圆的环形管道和均匀分布安装若干根吸力锚筒；若干个同心圆的环形管道之间通过主管道连通，主管道与水泵/水轮机进排...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，王哲，侯彦娇，要元青，陈卓，王一波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人