本發明屬于抽水蓄能,特別涉及一種基于高密度液體的抽水蓄能方法和系統。
背景技術:
1、抽水蓄能是一種重要的儲能技術,能夠快速響應電網需求,在用電高峰時釋放電能,在用電低谷時儲存電能,有效緩解電網峰谷差,保障電網安全穩定運行。
2、但傳統抽水蓄能儲能電站最低經濟可行落差通常為100米左右,受到了地理條件的極大限制。同時,水庫修建工程量大,使得抽水蓄能儲能電站前期投資成本高。由于地理條件和投資成本的制約,限制了抽水蓄能廣泛的應用。
3、有鑒于此,亟需一種能拓展抽水蓄能使用場景,且能減小水庫修建工程投資成本的方法。
技術實現思路
1、有鑒于此,本發明提供一種基于高密度液體的抽水蓄能方法及系統,使其在無需增大水庫落差的情況下,即可提高儲能容量。
2、本發明第一方面公開了一種基于高密度液體的抽水蓄能方法,包括以下步驟:
3、s1,選取或者構造兩個具有高度落差的儲水庫;
4、s2,配置高密度液體,并將其注入儲水庫中;
5、s3,監測是否有儲能需求,如果有,將高密度液體從處于低位置的儲水庫中輸送到處于高位置的高處儲水庫中,以使得高密度液體具有重力勢能,形成儲能;
6、s4,監測是否有發電需求,如果有,則將高處儲水庫中的高密度液體引入低處儲水庫中,并在此過程中借助于高密度液體釋放的重力勢能促使發電裝置進行發電;
7、其中,所述高密度液體為密度是水的密度兩倍以上的液體。
8、在本發明中,儲水庫能夠為自現有已有的儲水庫中選擇,也能夠為新構造的儲水庫。所謂高度落差是指兩個儲水庫在海拔高度上具有落差,并基于該落差的存在能夠使得高密度液體具有重力勢能,從而能夠借助于該重力勢能的釋放進行發電。
9、由于高密度液體的密度為水的密度的兩倍以上,與現有傳統的僅基于水體落差進行抽水蓄能的方法而言,在相同儲能容量的條件要求下,需要的儲水庫之間的落差減少一倍以上,即,在相同落差下,基于本發明的方法進行儲能時,高密度液體的重力勢能是傳統中水的重力勢能的兩倍以上,或者說儲水庫的容量可以減少一倍以上。基于此,無需像現有技術那樣只能提高水位落差才能提高儲能容量,進而極大的降低了水庫修建工程的工程量,并極大的降低了投資成本。
10、進一步地,其中在步驟s2中配置高密度液體的步驟中,以水作為基體配置所述高密度液體,包括:向水基體中添加密度大于水的加重劑,以提高液體密度。
11、進一步地,加重劑的密度為水的兩倍以上。
12、進一步地,加重劑為粒徑200微米以下的顆粒物。當然,本領域技術人員也能夠理解到的是,本發明作為加重劑的徑構造在200微米以下的顆粒物質也與少量大顆粒支撐劑共同使用以實現本發明的目的,這同樣在本發明的保護范圍內,本發明對此并不排斥。特別優選地,在本發明中,加重劑為粒徑100微米以下的顆粒物。
13、進一步地,加重劑包括:至少一種陶粒,和/或至少一種樹脂,和/或至少一種石英砂,和/或至少一種重晶石,和/或至少一種赤鐵礦,和/或至少一種鈦鐵礦,和/或至少一種錳礦,和/或至少一種碳酸鈣,和/或至少一種鎂鋁鐵尖晶石,和/或至少一種金屬氧化物,和/或至少一種硅酸鹽,和/或至少一種鉛礦,和/或至少一種可熔合金。加重劑能夠為單一物質,也能夠為前述多種類型的物質的復配,比如加重劑能夠為包括硅酸鹽和赤鐵礦的混合物,分散劑能夠包括粘土和纖維素的混合物。
14、進一步地,在配置高密度液體的步驟中,還包括:向水基體中添加分散劑,分散劑包括:至少一種粘土,和/或至少一種硅酸鹽,和/或至少一種木質素磺酸鹽,和/或至少一種聚羧酸鹽,和/或至少一種腐殖酸鹽,和/或至少一種磺化聚合物,和/或至少一種磷酸鹽,和/或至少一種纖維素,和/或至少一種聚合物,和/或至少一種氧化物。
15、通過添加分散劑,能夠降低加重劑顆粒之間的吸引力,防止加重劑顆粒聚集形成大顆粒(絮凝),從而保持顆粒的均勻分散。
16、進一步地,在配置高密度液體的步驟中,還包括:向水基體中添加懸浮劑,懸浮劑包括:至少一種天然聚合物及其衍生物,和/或至少一種纖維素及其衍生物,和/或至少一種合成聚合物,和/或至少一種表面活性劑型增稠劑,和/或至少一種凝膠型增稠劑,和/或至少一種粘土,和/或至少一種硅酸鹽。
17、通過添加懸浮劑,能夠提高液體靜態粘度,從而防止加重劑顆粒沉降,增加加重劑在液體中懸浮時間。
18、進一步地,基于加重劑、分散劑和懸浮劑的組合配置,使得所形成的高密度液體的密度在水的密度的兩倍以上,同時在儲能的最大儲能時間內,高密度液體內的加重劑顆粒不完全沉降到儲水庫底部。
19、進一步地,其中加重劑至少包括鈦鐵礦粉,分散劑至少包括聚羧酸鈉和/或聚羧酸醚,懸浮劑至少包括膨潤土或者膨潤土和黃原膠,以共同作用配置所述高密度液體。其中,作為分散劑的聚羧酸鈉通過吸附在鈦鐵礦顆粒表面,產生空間位阻效應和靜電排斥,從而防止加重劑顆粒因范德華力聚集。另外,聚羧酸醚的長側鏈能夠在作為加重劑的礦粉顆粒表面形成一層吸附層,當礦粉顆粒相互接近時,這些吸附層會重疊,產生空間位阻效應,提高礦粉的分散性。而作為懸浮劑的膨潤土遇水后層間吸附水分子,體積能夠膨脹10-15倍,形成三維網狀凝膠結構,進而顯著提高體系粘度。靜置時形成高粘度凝膠,阻止顆粒沉降;攪拌時恢復流動性,減小流動阻力。黃原膠在靜置時提供高粘度;攪拌時粘度下降,便于泵送且與膨潤土復配可彌補膨潤土在高鹽環境下的性能損失。
20、在一個具體地實施例中,以單位液體總質量1000克為基準,其中鈦鐵礦粉設置為600-750克,水基體設置為200-400克,聚羧酸鈉和/或聚羧酸醚設置為1-20克,膨潤土或者膨潤土和黃原膠設置為10-60克。而且,在該實施例中,還外加少量氫氧化鈉,以將ph值調至中性。
21、進一步地,在另外的實施例中,加重劑至少包括重晶石粉,分散劑至少包括聚羧酸鈉和/或聚羧酸醚,懸浮劑至少包括膨潤土或者膨潤土和黃原膠,以共同作用配置所述高密度液體。同樣地,作為分散劑的聚羧酸鈉通過吸附在重晶石顆粒表面,產生空間位阻效應和靜電排斥,從而防止加重劑顆粒因范德華力聚集。另外,聚羧酸醚的長側鏈能夠在作為加重劑的顆粒表面形成一層吸附層。當加重劑顆粒相互接近時,這些吸附層會重疊,產生空間位阻效應,提高礦粉的分散性。而作為懸浮劑的膨潤土遇水后層間吸附水分子,體積能夠膨脹10-15倍,形成三維網狀凝膠結構,進而顯著提高體系粘度。靜置時形成高粘度凝膠,阻止顆粒沉降;攪拌時恢復流動性,減小流動阻力。黃原膠在靜置時提供高粘度;攪拌時粘度下降,便于泵送且與膨潤土復配可彌補膨潤土在高鹽環境下的性能損失。
22、在一個具體地實施例中,以單位液體總質量1000克為基準,其中重晶石粉設置為600-800克,水基體設置為150-300克,聚丙烯酸鈉和/或聚羧酸醚設置為1-20克,膨潤土或者膨潤土和黃原膠為10-60克。外加少量氫氧化鈉把ph值調至8-10,使得膨潤土和重晶石表面負電荷增強,與聚羧酸鈉協同提高分散穩定性。
23、進一步地,在配置高密度液體的步驟中,還包括:向水基體中添加ph調節劑。其中,ph調節劑包括:至少一種無機酸,和/或至少一種有機酸,和/或至少一種無機堿,和/或至少一種有機堿,和/或至少一種和緩沖劑。通過向水基體中添加ph調節劑,能夠將高密度液體的ph值調整到最佳。
24、本發明第二方面還公開了一種實現本發明第一方面所公開的基于高密度液體的抽水蓄能方法的系統,包括:
25、處于低位置的低處儲水庫和位于高位置的高處儲水庫,其二者之間具有高度落差;
26、液體配置裝置,其構造為能夠配置高密度液體,其中所述高密度液體為密度是水的密度兩倍以上的液體;
27、液體注入裝置,其構造能夠將高密度液體注入儲水庫;
28、液體輸送裝置,其構造為能夠將高密度液體自低處儲水庫提升至高處儲水庫,以使得高密度液體具有重力勢能而形成儲能;
29、監測裝置,其構造為監測是否有儲能需求以及是否有發電需求;
30、發電裝置,其構造為能夠借助于高密度液體釋放的重力勢能進行發電;
31、當監測裝置監測到有儲能需求時,液體輸送裝置被操作進行工作,以進行儲能;當監測裝置監測到有發電需求時,則將高處儲水庫中的高密度液體引入低處儲水庫中,以借助于高密度液體釋放的重力勢能促使發電裝置進行發電。
32、有益效果:本發明的基于高密度液體的抽水蓄能方法及系統,相較于現有技術中傳統的抽水蓄能方法和系統,其在相同的水位落差下能夠有效的提高抽水蓄能的儲能容量,或者說,在相同儲能容量的要求下,需要的水庫落差減少1倍以上,從而無需像現有技術那樣只能提高水位落差才能提高儲能容量,進而極大的降低了水庫修建工程的工程量,并極大的降低了投資成本。
33、下面結合附圖中所示的實施例以及附圖標記詳細公開本發明的基于高密度液體的抽水蓄能方法。