具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种流体复用储能系统，该系统包括流体存储模块、驱动装置以及与流体存储模块可连通设置的N个储能模块，流体存储模块用于存储流体；每个储能模块均包括容器和储能系统；N个储能模块并联可连通设置，且N个储能模块与驱动装置均可连通设置，其中，N≥2，通过至少两个储能模块的设置，可实现储能系统中的流体复用；储能时，流体通过驱动装置从流体存储模块流入储能模块对储能系统作用推动储能系统至容器的上半部分以存储能量；已存储势能的储能模块中的流体经过驱动装置能够进入下一个储能模块以存储对应的势能，直至M个储能模块均存储能量，在本发明中，M≤N，即系统中需要存储势能的储能模块可根据实际需求灵活设置；用电时，通过已储能量的处于容器上半部分的储能系统对容器中下半部分的流体作用，压出流体至下一个储能模块并同时驱动驱动装置进行发电，直至P个储能模块中的储能系统进行P次发电。

当储能系统包括重物活塞时，重物活塞与容器间隙设置，流体进入对应的储能模块中后可顶起重物活塞以存储势能；N个储能模块并联可连通设置，且N个储能模块与驱动装置均可连通设置；在用电低谷时，流体存储模块中的流体在驱动装置的驱动下从流体存储模块可流入任一个储能模块中，并顶起其中的重物活塞以存储势能，通过对应储能模块中的卡位装置进行对应重物活塞的固定，此时，重物活塞则无需通过流体的顶起力即可保证高度固定；已存储势能的储能模块中的流体则可经过驱动装置再进入下一个储能模块以存储对应的势能，以此类推，直至M个储能模块均存储势能；当需要用电时，已储势能的各个储能模块中势能压出的流体均可驱动驱动装置进行发电，则可设定流体用量的多次发电；通过本发明公开的系统，N个储能模块中的中重物活塞可以通过单个储能模块的流体用量反复推起，相比于现有技术中的储能系统，总系统的流体用量降为1/N，需要挖掘的流体储存池的体积页减少为1/N。

该系统还包括N组卡位装置，以分别用于N个储能模块在存储势能状态下的限位固定；卡位装置设置于重物活塞与容器之间，卡位装置在重物活塞上下移动时处于第一状态，在重物活塞上升至设定位置时卡紧并承载重物活塞；第一状态为与重物活塞运动互不干涉的状态；设定位置为重物活塞在设定量的流体顶起时的位置。

进一步地，本发明中的流体可为为气体或液体。

优选地，重物活塞为圆柱体形，容器为圆柱形。

当储能系统为高压气体压缩储能时，容器包括上高压气体腔室和下高压气体腔室，上高压气体腔室与下高压气体腔室之间设置有连通通道，连通通道设置有启闭装置以控制下高压气体腔室与上高压气体腔室的连通或隔离；连通通道的直径小于容器的内径；相邻储能模块需要储能时，流体通过驱动装置从流体存储模块流入储能模块将对应储能模块中下高压气体腔室中的高压气体通过连通通道挤压至上高压气体腔室，通过启闭装置密封上高压气体腔室，以进行高压气体的压缩储能；已储能的储能模块中的流体通过驱动装置进入下一个储能模块以存储对应的能量；用电时，处于上高压气体腔室的压缩的高压气体通过连通通道压出流体至下一个储能模块并同时驱动驱动装置进行发电。

现有技术中，一般都需要大量的液体来抬起重物，并持续支撑重物在高处以便于存储势能；在重物落下时，液体被重物挤压，从重物的下方容器中排出，当需要存储多倍势能时，需要多倍的液体顶起重物进行势能存储，因此也需要额外的地方来存放这些液体；此外，现有技术中公开的在一个容器内进行重物的顶起与电量供应，在需要存储势能时，先将水引入重物上方的容器中，本质上将水和重物交换上下位置；在重物抬升h高度时，将水从重物上部抽出注入至重物的下部，系统吸收mgh能量时，水也下降了h高度，释放掉水的m_水gh的重力势能；系统总存储能量则需减去m_水gh，当重物密度不高时，所减去的m_水gh将会显著影响整个系统储能量。还有的现有技术中将储能系统建造在湖边，通过天然的湖泊来解决需要额外的地方存放液体的问题，但是由于该系统通常用于超大规模储能中，当重物抬起时，需要消耗大量的水也会造成湖泊水平面下降，对环境有影响，另外受到地理条件限制，必须得在湖泊旁，否则需要非常大的挖掘量，以挖掘出额外的容器来存放重物支撑重物抬起落下的液体，这将显著增加系统成本。通过本发明提供的流体复用储能系统，可实现设定流体用量的多倍势能存储以及多倍电量供应，同时仅需要一个存储设定流体量的蓄水池即可，同时可有效降低建造成本，同时能提高系统总的势能存储。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明，为了便于理解，下面以流体为液体、储能模块的数量为三个以及储能系统为重物活塞为例进行详细说明。

参照附图1，图示是本发明流体复用储能系统的一种具体实施例的俯视示意图，该系统包括模块一110、模块二120、模块三130、配套蓄水池200以及驱动装置500，其中模块一、模块二以及模块三均为储能模块，三个储能模块之间、储能模块与配套蓄水池之间均可连通设置；其中，模块一的底端两侧分别设置有第一出管口和第一进管口，第一出管口、第一进管口处设置有第一控制阀门111和第二控制阀门112，以控制模块一中水的流出和流入；模块二的底端两侧分别设置有第二出管口和第二进管口，第二出管口、第二进管口处设置有第三控制阀门121和第四控制阀门122，以控制模块二中水的流出和流入；模块三的底端两侧分别设置有第三出管口和第三进管口，第三出管口、第三进管口处设置有第五控制阀门131和第六控制阀门132，以控制模块三中水的流出和流入；配套蓄水池的两端设置有流出控制阀门210和流入控制阀门220，以控制配套蓄水池中的水的流出与流入；每个储能模块均包括容器和重物活塞，重物活塞与容器间隙设置，液体进入对应的储能模块中后可顶起重物活塞以存储势能。

初始状态下，所有储能模块中的控制阀处于关闭状态，模块一到模块三中的重物活塞均未升起，三个储能模块的容器中均没有液体，液体均在配套蓄水池中。

在用电低谷时即需要储能时，流出控制阀门210打开，第二控制阀门112打开，驱动装置500中的水泵开始工作，将配套蓄水池200中的水通过管道系统抽入到模块一的容器中，推动模块一中的重物活塞上升；待模块一中的重物活塞上升至指定位置后，模块一的卡位装置动作，将模块一中的重物活塞卡住，支撑其不下落，此时模块一中存储势能。

当需要进行模块二中的势能存储时，第二控制阀门112关闭，第一控制阀门111打开，第四控制阀门122打开，模块一中的液体通过第一控制阀门111、驱动装置中的水泵以及第四控制阀门122进入模块二中，即将模块一容器中的水通过第一控制阀门111控制的放水管道抽出，通过管道系统从模块二的第四控制阀门122控制的进水管道注入，推动模块二中的固体重物活塞上升，以存储模块二中的势能；当模块二中的重物活塞上升至指定位置后，模块二中的卡位装置动作，将模块二中的重物活塞卡住，支撑其不下落，此时，模块一中的水完全转移至模块二中。

当需要进行模块三中的势能存储时，第一控制阀门111和第四控制阀门122关闭，第三控制阀门121和第六控制阀门132打开，模块二中的液体通过第三控制阀门121、驱动装置中的水泵以及第六控制阀门132进入模块三中，即将模块二容器中的水通过第三控制阀门121控制的放水管道抽出，通过管道系统从模块三的第六控制阀门132控制的进水管道注入，推动模块三中的固体重物活塞上升，以存储模块三中的势能；当模块三中的重物活塞上升至指定位置后，模块三中的卡位装置动作，将模块三中的重物活塞卡住，支撑其不下落，此时，模块二中的水完全转移至模块三中。

以三个储能模块为例，通过本发明提供的流体复用储能系统，可实现单个模块用水量的三倍势能存储，以此类推，当储能模块为N个时，N个储能模块中的重物活塞可以通过单个储能模块的用水量反复推起，与现有技术相比，当需要实现整体系统中N个储能模块中势能的存储时，仅仅需要单个储能模块的用水量，N个储能模块存储势能的用水量降为1/N，同时，通过本发明中的流体反复循环使用，需要挖掘的配套蓄水池的体积液减少为1/N，显著减少系统挖掘量，降低成本，同时提高了系统的势能存储量。

需要说明的是，本实施中描述的是优选实施例，从配套蓄水池中抽出的液体进入多个储能模块中的顺序为依次循环，本实施例并不限制本发明的保护范围，液体复用时，液体可以从配套蓄水池中先进入模块三中，当模块三中存储势能后，液体可以在驱动装置以及对应阀门的控制下进行模块二中，依次类推，实现多个储能模块中势能的存储，故在此不再一一赘述。

当系统处于满储势能状态下，三个储能模块中的重物活塞均升到设定位置高度并通过对应的卡位装置固定，水停留在最后一个升起的模块中，在本实施例中，为模块三中，各个模块中的控制阀门均为关闭状态。

当用电时即需要释放能量时，第五控制阀门131打开，第四控制阀门122打开，模块三中的卡位装置归位，模块三中的重物活塞在自身重力作用下下落，挤压模块三的容器内的水通过第五控制阀门131排出，经由管道系统流过驱动装置从第四控制阀门122控制的管道流入模块二的容器中，并通过水流带动驱动装置中的发电机进行第一次发电；此时模块三中的重物活塞完全落下，模块三中的水被全部挤压至模块二的容器中。

当需要进行第二次发电时，关闭第五控制阀门131和第四控制阀门122，打开第三控制阀门121和第二控制阀门112，模块二中的重物活塞在自身重力作用下下落，挤压模块二的容器内的水通过第三控制阀门121排出，经由管道系统流过驱动装置从第二控制阀门112控制的管道流入模块一的容器中，并通过水流带动驱动装置中的发电机进行第二次发电；此时模块二中的重物活塞完全落下，模块二中的水被全部挤压至模块一的容器中。

当需要进行第三次发电时，关闭第三控制阀门121和第二控制阀门112，打开第一控制阀门111和流入控制阀门220，模块一中的重物活塞在自身重力作用下下落，挤压模块一的容器内的水通过第一控制阀门111排出，经由管道系统流过驱动装置从流入控制阀门220控制的管道流入配套蓄水池中，并通过水流带动驱动装置中的发电机进行第三次发电；此时模块一中的重物活塞完全落下，模块一中的水被全部挤压至配套蓄水池中；此时三个储能模块中的重物活塞均完全落下，系统能量释放完毕。

需要说明的是，本实施例描述的是最优选地方案，通过顺次储能或顺次发电的方案，便于某一时候的能量存储或电量供应，同时流体在整体管道系统中的流动方案耗能最少、时间最快，此外，当在某一时刻不需要所有储能模块都释放势能进行发电时，以系统中有三个储能模块为例，当在用电高峰时，模块三和模块二中释放的势能产生的电量足够供应时，即无需模块一中的势能产生电量供应时，模块二中的液体可无需流入模块一中，可通过驱动装置流入模块三中进行模块三中的势能的存储，以便下次电量的供应，依次类推，当储能模块为多个时，多个储能模块的势能存储与电量供应可根据实际情况灵活调节设置，故在此不再一一赘述。

优选地，驱动装置为具有集成功能复用的水泵/水轮机单个装置。

进一步地，本发明中的管道系统可以由多种形式实现，例如环形或者U形，只要能满足各个模块的容器与蓄水池的互相连通，并且能够通过阀门控制有序在各容器内流动皆可，本实施例中的管道设置方案并不限制本发明的保护范围。

进一步地，参照附图2，图示是本发明流体复用储能系统的另二种具体实施例的俯视示意图，在本实施例中，驱动装置包括水泵501和水轮发电机502，在系统存储势能的过程中，水泵启动，液体通过水泵进行对应储能模块中重物活塞的顶起以存储对应的势能；在发电过程中，水轮发电机启动，对应储能模块中的重物活塞在自身重力的作用下压出液体进而驱动水轮发电机发电。

进一步地，参照附图3，图示是本发明流体复用储能系统中的模块三的一种具体实施例的左视剖视示意图；每个储能模块中的容器均敞口设置，便于重物活塞的升降运动；重物活塞与容器之间设置有环形密封组件300，环形密封组件包括环形支撑装置和环形密封装置，环形密封装置通过环形支撑装置固设于容器140的内壁；环形密封装置与重物活塞150过盈配合；环形密封装置在重物活塞升降过程中始终密封环形密封装置与容器之间的腔室，保证液体在重物活塞上升过程中的顶起力。该系统还包括卡位装置400，以用于重物活塞在存储势能状态下的限位固定；卡位装置设置于重物活塞与容器之间，卡位装置在重物活塞上下移动时处于第一状态，在重物活塞上升至设定位置时卡紧并承载重物活塞；第一状态为与重物活塞运动互不干涉的状态；设定位置为重物活塞在设定量的流体顶起时的位置。

优选地，环形密封装置包括环形支撑装置和环形密封装置，环形密封装置通过环形支撑装置固设于容器的内壁；其中，环形密封装置，为0型活塞密封圈。

优选地，环形密封装置为0型活塞密封圈，0型活塞密封圈设置于重物活塞的外侧壁，0型活塞密封圈始终与容器的内侧抵触，保证环形密封装置以下的液体的存储。

进一步地，参照附图4、附图5和附图6，图4是本发明流体复用储能系统中的卡位装置的一种具体实施例的结构示意图，图5是图4中的卡位装置处于非工作状态下的一种具体实施例的局部结构示意图，图6是图4中的卡位装置处于工作状态下的一种具体实施例的局部结构示意图；卡位装置设置于容器的顶端；卡位装置包括第一卡位装置410和第二卡位装置420，第一卡位装置与第二卡位装置相对设置；第一卡位装置的内侧设置有第一弧形凸起，第二卡位装置的内侧设置有第二弧形凸起；重物活塞150的外侧设置有第一弧形凹槽和第二弧形凹槽；当重物活塞上升至设定位置时，第一卡位装置、第二卡位装置在卡位动力装置的驱动下可向内运动，带动第一弧形凸起、第二弧形凸起分别与第一弧形凹槽、第二弧形凹槽卡合，以固定承载重物活塞。

优选地，第一弧形凸起、第二弧形凸起分别为第一半圆形卡钳结构413、第二半圆形卡钳结构423；在重物活塞处于上升固定状态下，第一半圆形卡钳结构与第二半圆形卡钳结构与重物活塞构成同心的圆柱结构，保证对重物活塞的限位固定。

进一步地，卡位装置还包括第一固定装置412和第二固定装置422，第一固定装置、第二固定装置分别设置与第一卡位装置、第二卡位装置远离重物活塞的端部，以分别固定第一卡位装置、第二卡位装置，防止其在固定重物活塞时发生尾部翘起。

优选地，第一半圆形卡钳结构、第二半圆形卡钳结构的下面分别设置有第一水平导轨411、第二水平导轨421，以分别承载、移动对应的卡钳结构。

进一步地，第一半圆形卡钳结构的内侧设置有卡钳凸起，第二半圆形卡钳结构的内侧设置有与卡钳凸起卡合的卡钳凹槽，进一步提高卡位装置在工作状态下卡合效果；卡钳凸起、卡钳凹槽可为多个。

进一步地，参照附图7，图示是本发明流体复用储能系统中的卡位装置的另一种具体实施例的结构示意图；卡位装置包括第一组卡位装置和第二组卡位装置，第一组卡位装置、第二组卡位装置分别设置于容器的第一侧壁、第二侧壁，第一侧壁与第二侧壁为相对的内侧壁；第一组卡位装置包括多个第一凸起414，多个第一凸起平行设置于第一侧壁；第一凸起可伸缩设置。

第二组卡位装置包括多个第二凸起424，多个第二凸起平行设置于第二侧壁；第二凸起可伸缩设置；重物活塞的侧壁设置有与多个第一凸起匹配的多个第一凹槽以及与多个第二凸起匹配的多个第二凹槽；在重物活塞上升至设定位置时，多个第一凸起、多个第二凸起在卡位动力装置的驱动下向内伸展与分别与多个第一凹槽、多个第二凹槽卡合固定。

进一步地，重物活塞还设置有活塞配重装置，以用于对重物活塞的配重；通过附加式配重可调整储存能量的大小，附加式配重的重物可集中在中间，依次向两端递减重量，增加装置的稳定性。

进一步地，流体复用储能系统还包括防侧倾导轨装置，防侧倾导轨装置设置于容器的内壁，且与环形密封组件互不干涉；防侧倾导轨装置包括支撑本体、弹簧伸缩杆和弹性接触头，弹簧伸缩杆固设于支撑本体；弹性接触头设置于弹簧伸缩杆远离支撑本体的端部；重物活塞的外侧设置有可容纳弹性接触头的竖直导向凹槽，弹性接触头的端部到容器的内壁的距离大于重物活塞的外侧到容器的内壁的距离。

现有的储能系统中，由于固态重物活塞的密度受到限制无法无限制增加，当需要增加系统储能量时，通过重力势能的能量公式mgh＝ρVgh可知，当ρ一定时，只能增加V和h，而V和h增加，也就意味着需要用来推升固体重物活塞的液体的体积需要增加，从而在不临湖泊时，需要挖掘额外的体积的容器存放液体；本发命基于阀门系统、管道系统和卡位系统，设计了一套独特的模块化固体增压流体介质储能系统，在获得同样重力势能mgh的储能量时，将系统分成N个模块，通过上述协调控制步骤，将系统用水量减少了1/N，适合缺水地区推广，并显著减少了系统的挖掘成本，进而解除了总成本限制和地理环境限制。

进一步地，本发明还可通过空气进行加压，代替重物进行能量的储存；此时，容器包括上高压气体腔室和下高压气体腔室，上高压气体腔室与下高压气体腔室之间设置有连通通道，连通通道设置有启闭装置以控制下高压气体腔室与上高压气体腔室的连通或隔离；相邻储能模块需要储能时，流体通过驱动装置从流体存储模块流入储能模块将对应储能模块中下高压气体腔室中的高压气体通过连通通道挤压至上高压气体腔室，通过启闭装置密封上高压气体腔室，以进行高压气体的压缩储能，这种实施例等同于采用卡位装置将重物活塞卡在半空中，液体可以流转依次推动不同模块内下腔室的气体进入上高压气体腔室；已储能的储能模块中的流体通过驱动装置进入下一个储能模块以存储对应的能量；用电时，启闭装置(即腔室阀门)打开，处于上高压气体腔室的压缩的高压气体通过连通通道对处于下高压气体腔室中的流体作用，推动液体至下一个储能模块并同时带动发电机进行发电。

优选地，连通通道的直径小于容器的内径。

进一步地，配套水池可由封闭耐高压容器组成，通过膨胀机和压缩机与外界空气连接，压缩机压缩外部空气进入蓄水池容器，推动蓄水池容器液体流向对应的储能模块进行能量存储；也可液体由其它模块压入蓄水池容器，挤压空气经由膨胀机排出，同时发电。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。