摘要 储能可以提高能源的利用率，平衡能源供求的差异。现有技术中，能较大规模储能的方式就是抽水蓄能和压缩空气储能，但都受到地理条件的限制。用电力抽水蓄能发电，经过几次转换，效率大打折扣。储能必须突破技术偏见。在海上用大风机将压缩空气直接存储在水下软袋储能库内，可以实现廉价、高效、恒压、无污染、无限制地储能发电。利用可再生自然能源压缩空气，可以不考虑压缩空气时的损失。塑料的软袋使用寿命可达 30 年。关键词:廉价、高效、恒压、无限制、无污染。

一、引言:

盘点一下各种储能方式的优缺点:氢储能、长时间、多用途、环保，但效率损失大，基础设施不足;光热储能:调峰调频优势，效益不错，但初始投资大，依赖天气:锂电池储能，充放速度快，综合效率高，却低温性能差，存在安全问题;液流电池储能安全性高，生命周期性价比高，但密度低成本高;铅电池储能成本低，低温性能尚可，但能量密度低，维护要求高;钠离子电池储能成本优势明显，大倍率充放电性能好，却能量密度低，循环寿命短;抽水蓄能可以大规模、长寿命，受地理条件限制:压缩空气储能寿命长、规模化安全性高，成本低、环保，但选址困难，没有大量的盐穴，也不可能制造出大量的高压罐来储气。靠吊起重物来储能，能量储存实在太少。二、水下压缩空气软袋储能发电的工作原理

1、虽然有多种储能方式，都因储能能量等因素不尽人意。因此，各国科学家都一直致力于寻找廉价、高效、无污染、无限制地储能方式。多次试验表明，将塑料袋置于水下固定向塑料袋内压缩空气储能是最廉价、高效、恒压、无污染、无限制地储能方式。

2、水下压缩空气软袋储能库的工作条件:建造水下压缩空气软袋储能库，首先要选好将压缩空气的势能转换为机械能发动机工作压力范围内的水深水压。水的压力与水的深度密切相关。水深每增加十米，压力就会增加一个大气压。压缩空气软袋储能库内，只能存储压缩空气，不能存储液体或固体物质。存储压缩空气不能同时满足两个条件:温度在-140 度以下，压力在 377 个大气压以上。两个条件至少要缺一，空气就不可能压缩成液态水。水越深压力就越高。单位储能量也就越高。但尽量不存储超高压的压缩空气。空气在进行压缩时，压力越高热能损失就越大。水下软袋储能库不受库容的限制。选择中低压或中高压压缩空气时热能损失较小。

3、软袋储能库内空气压力与相应水深的选择。借鉴汽轮机低、中、高工作压力。如中低压 3Mpa 可以换算为相同压力的水深约 300 米，30 个大气压;高压 6Mpa，换算为水深 592 米，59.2 个大气压，余类推。将塑料网袋置于 60 个大气压以上的深水中，再向口袋内充满空气，无论外部的水压有多强大，也不会压破塑料袋。因为相同高度的水的压强是相等的。也就是塑料袋四周的压力相互抵消。只有在塑料袋内充满了空气后，还继续向袋内充气才会被内部的空气涨破。储能库下方水的压强大于上方水的压强，产生了浮力。压缩空气储能库内无论存储了多少压缩空气，或是库内空气的体积无论怎样变化。储能库内的压力与外界的压力完全相同，永远是恒压。将多个储能库阵列顺序排列，相互连通，构成大型压缩空气储能发电厂所需的压缩空气储能库。储能无限制。

4、水下软袋压缩空气储能库的结构

水下软袋压缩空气储能库的结构很简单:圆筒式塑料袋、水泥桩、绳索及挂钩、铁环。塑料袋可采用抗腐蚀性能较好的聚乙烯塑料膜。厚度只需 1 厘米左右，没必要太厚。塑料外部采用方格式的网袋与塑料袋嵌为一体。关键是与塑料袋嵌为一体扁平的网格材料。如防腐耐磨耐拉高份子聚乙烯船用绳或更抗拉柔性碳纤维材料等。尤其是承担主要拉力的纲绳必须用高强度耐拉材料。水泥桩可用两种方法。一种是在陆地上预制好钢筋水泥混凝土水泥桩。另一种是在水下打孔，浇注水泥桩即灌桩。桩的上端有铁环，网袋下方纲绳的两端有铁钩。铁钩挂在铁环上即能稳固整体储能库向上的浮力。

水下软袋储能库的固定与安装。在深水中打桩是十分困难的工程。小型的储能库可以直接将陆上预制好钢筋混凝土方块，用重型吊装设备吊入水下，连同软袋储能库的网袋挂钩与水泥方块一并吊入水下，即可向库内充气使用。就这样简单。每立方米的混凝土方块除克服自身浮力外，还可以拉住 1.3-1.5 吨的重量。可以准确地按吨位建造储能库。大型水下储能库用吊水泥方块难以满足需要。在水下钻机产品中选择全封闭的电动水下钻机。无需自行底盘，只需带脚架能站稳即可。全封闭水下钻机基本不受水深的限制。电缆与船上电源接通。船上重型吊机可灵活地调动水下钻机。定制螺旋钻杆，直径 30 厘米以上。被钻机钻掉的泥沙由螺旋旋至上方。钻好孔后，吊走钻机立即灌入钢筋水泥，成为水泥灌桩。水下两排灌桩按一定的距离和一定倾斜角度向外倾斜。打下斜孔灌好桩后，在两排灌桩的地面上浇注一定厚度的地平,以稳固灌桩。水下储能库容量的设计根据需要来确定塑料袋的直径和长度，确定总库容。如筒状塑料袋的直径为 30 米时，每米的排水量是 706 立方米，阿基米德浮力定律给我们很大的方便，即浮力也是 706 吨/每米。香肠似的储能库总长度是 2 万米时，总库容是 1412万立方米。也就是西湖的库容。如果每根灌桩拉 880 吨的浮力，每根相隔 2.5 米，两排共需水泥灌桩 16000 根。另加塑料袋 2 万米和水泥地平若干平方米，就是这个水下储能库的总造价。将直径 30 米，总长度 2 万米的软袋储能库置于 1000 米的水下，压力为 100 倍大气压，容积为 1412 万立方米。按通常 100 倍大气压，每立方米可储存 12.9 度电。这个水下储能库一次可储能 1.81 亿度电，可供 100 万千瓦的发电机工作 7.5 天。关键还在于这种储能库是无限制地同时存储，释放压缩空气能。纵然是建造成本很低，也完全没必要建造如此庞大的储能库。在沿海分布式建造大小适中的海底压缩空气软袋储能库更适用。减少远距离输气或输电成本。使电网供需更加平衡。

6、水下压缩空气储能发电站的运行。海上大风机将风能转换为压缩空气，通过管道注入水下压缩空气软袋储能库内，由另一根管道通往陆上发电站，与流体发动机的进气道相通。流体发动机将高压空气的势能转换为机械能，推动发电机发电。足够多的大风机阵列，保障了水下储能库内的储存能量。浩瀚的海洋和廉价的塑料软袋储能库，可以无限制地储存与释放能量。配合大功率的流体发动机，无需停机维修的性能。实现长年不停地发电。在大风机的主轴上，装有大直径的柱塞，将空气压入通往水下储能库的管道内。在压缩过程中，约有20%的能量转换成热能散发到空中。这 20%的热能是自然能，可再生，可以不考虑资源的浪费。压缩空气进入管道的水下部分时，温度会降至 45 的低温层存储能量。当压缩空气从低温层通过管道上升到海面时，海面和上有多组换热管，将温度 4-5 度的压缩宁气自然升至常温，进入流体发动机。全过程是常温进水下储能库，再常温进陆上发电站，无需用燃料升温。流体发动机的工作原理与一切透平截然不同。流体直接推动凸轮严格传动运转，只要有足够的压力和流量，就能推动发电机发电。无需补燃增压。流体发动机比一切透平更高效。当然也可以使用其它透平进行转换。整个储能发电流程，经过两次转换，即自然能--压缩空气--电能。而采用电能进行抽水蓄能发电却要进行三次转换，即自然能或燃料能--电能--抽水蓄能--电能。因此，海底压缩空气软袋储能发电的效率是高效的储能发电方式。

三、水下软袋储能库各部分受力分析

1、网袋储能库的网格式网袋与塑料袋嵌为一体的储能软袋，由高强度的耐拉材料高分子聚乙烯制成的子午线网格和纲绳。纲绳是绕筒状储能库圆周一周扁平的绳子，两端都有挂钩。纲绳绕直径 30 米的储能库一周需要105 米。每一个挂钩必须耐拉 880 吨以上，每根纲绳两端共受 1760 吨以上的拉力。长 2 万米的储能库，每隔 2.5米一根灌桩，两排桩对称排列，每排 8000 根。共 16000 根，每根长约十米。灌桩上端有铁环并整齐排列，使挂钩和网库受力均匀。两端水泥灌桩都是向外倾斜约 30 度深入海床下约十来。灌好后，在两排桩之间的平面上再浇一定停度的水泥地平。便灌桩得到稳固。当压缩空气从管道进入储能库后。陆受到空气的浮力向上鼓起，使储能网库“ 举目张” 。表绳两端的挂钩，在网库下面左右交叉与灌桩上的铁环益住:网库受到纲绳两端捆紧的拉力。作用于灌桩上的力。一万面被挂钩斜上方的拉力分解，另一方面受到灌桩与地面下灌孔内卡别的力，卡别的力使灌桩向上拔出的拉力增大展多倍，加上地面浇注了一定厚度的水泥地面，稳国了霍难不可动摇，灌桩就牢不可拔地稳固。

2、水下压缩空气软袋储能库工作状况。充满高压空气软袋储能库整体呈圆柱体。如果海面大风机的空气压维和压向水下储能库的总流量，小于储能库向陆地发电厂输建空气流量，圆柱体的软袋储能库就会渐渐地变瘪。空气向上的浮力将整体向上移动，但受到灌桩和挂钩的拉力，储能车感部与灌桩、挂钩的距离是固定的，唯一只有两边向中要漫变瘪，像倒立的热水袋一样，两边逐渐贴紧，高度逐渐变长。直径 30 米的网袋最后高度接近周长的一半，也就是变近 47 米高。直到储能库内压缩空气和浮力小到不能撑起网袋的自重，即比重大于 1 时，储能库渐渐下沉，直至变成一落下的塑料袋。再次充气，储能库又慢慢向上鼓起来、事安上水下软袋压缩空气储能库的空气压力并非绝对不变、只是略有变化。直径 30 米的水下储能库，空气压力差最大相差 15 个大气压。这 1.5 个大气压在深水的压力中影响微不足到。这种情况只是在换袋时存在。正常工作时不可能把压缩空气释放到零。因此，在水下储能库上方设防护设备时，要留有近二十米的空间。

3、水下储能库的压缩空气自然换热。海上大风机将风能转换为压缩空气，通过管道进入水下软袋储能库内。转换过程中，约有 20%的能量被转换为热能散发到空中。这些可再生自然能源不但没有必要回收储存，而且还要加以辅助释放，使压缩机得到冷却压缩空气到海底水温只有 。再上升到海面时，通过海面和陆地上的多组细管换热，将温度自然上升到空中的常温进入发电机组发电常温进储能库，再常温进发电机组，遵循能量守恒。如果在这种将压缩空气以常温下到水下储能库，再以常温进入发电机组，不受库容的限制:并且工作基本是恒压的条件下，再去增加一系列的补燃增压设备进行补燃增效，不但在总能量效能上没有得到多少实际的效能，反而增加了污染源污染了环境，还增加成本。压缩空气进入流体发动机的汽槽内，无论是汽、水、油、半流体,都是直接顶住转子凸轮，严格传动平稳地旋转一周排出。流体与转子运转绝对同步。与一切轮机中流体冲击叶片，叶间流体混流，并产生噪音截然不同。没有损失效率就更高。全程等温储能释能。晴朗的白天还可以使用槽镜和碟镜聚集太阳能照射换热管加温，压缩空气吸收的太阳热量越高，能量也就越高。流体发动机可以增减工作级数或供气量，来平衡额外的能量。还可以通过管道阀门的切换，将工质切换为压力水或压力油来做功。但工质必须压力相同。

结论:

能源储备技术一直是人类探索的课题。储能技术形式种种，除了十多种方式被人们熟知外，更有新奇的储能技术鲜为人知。目前一切储能技术，都有以下缺陷限制了储能技术大规模发展。1、成本高;2、储能密度低;3、受地理条件限制;4、污染环境;5、储存能量低;6、寿命短，维修成本高;7、不能大规模储能。海底压缩空气软袋储能发电技术，综合克服了人们萦回不散的技术偏见。就像从马鞍到脚蹬的时代就这一步之遥，却经过了七百年之久。纵观历史的演变，传承创新，人们扭转一念之差，跨过这一步之遥，打破思想的禁锢，人类不懈地努力。各国科学家们一直致力于寻找廉价高效、清洁、无限制地大规模储能技术终于如愿以偿。人类以可再生的清洁能源完全替代化石能源的夙愿已成为可能。

讨论:

风电和光伏发电是我国成熟的产品，可直接拿来安装是技术开发的捷径。但是，用于直接向水下软袋储能库内压缩空气需采用哪种方式，需要慎重，自然空气的密度较小，体积大，需要大容量的压缩空间。要突出一个“ 大” 字，就得使用大缸径活塞、大功率、大压缩比、大排量的空气压缩机。流体发动机只适应高密度流体作为工为质。叶片轮机要保证在大风机上高速运转高压流量很困难。因而，大直径活塞空气缩机是较理想的选择?为了使各部受力平稳，每台风机上需安装两缸以上的空气压缩机?下气管道的终端和上气管道的始端与储能库的接口要牢固，最好用柔性材料连接?香肠式储能库每两节之间内上方用软管连通。全部储能库必须置于相同高度的平面上，不得高低参差不齐。上汽管道在海面和陆地上自然升温段，需用多组换热管自然换热为常温?必须遵循全流程常温下储能库，再常温进发电机组即等温充放的能量守恒原则?全程必须无污染环节。

人工智能辅助设备:人工智能辅助储能库吊装准确挂钩，各条子午纲目绳索张紧状况的监测。储能库内的空气存储库容盈亏状况。严禁库容满盈加载。监测库内空气凝结水的容量和吸水管的工作情况，保证储能库底部的冷凝水及时吸出储能库和库容容量。监测海流对储能库的影响。及时清除水生物长期吸附储能库表面。

在漫长的海岸线和无数岛礁周围，都有高能量的海浪往复冲击海岸和岛礁的混流区，这些混流层的厚度一般都在五米以内。岸礁的水深较浅，用双向轮机将海浪能和很少时间停息的混流能采能成本比风能还要低。大功率的双向轮机采能阵列与海底压缩空气软袋储能库“ 并网” ，可以同时用同一台流体发动机发电机组发电。多级的流体发动机，各级都是单独工作的，可以同时利用汽、水、油或半流体作为工质，只要流体的压力流量足够，都能同时推动发电机发电。海洋波浪能和往复冲击岸礁的混流能的利用，大大增加了可再生能源综合利用效益?实现能源完全清洁化。直径较小的双向轮机，每个叶片都可以自动转向。一部分在空中。工作原理与大风机相同。另一部分在水中，也可以全部浸入水中。双向轮机不但能将风能转换成压缩空气，而且能同时将波浪能和岸礁被反复冲击的混流能包括海潮也转换成压缩空气。无论流体从哪个方向冲击双向轮机的叶片，叶片都能自动转向推动主轴向一个方向运转，驱动压缩机活塞压缩空气?在海岸和岛礁一定的距离内，并列一排双向轮机。沿着海岸和岛礁一字排开，一根长钢架与海床固定。海浪的冲击对钢架的破坏力很强，钢架必须十分牢固?钢架上方有管子与空气相通，下方由管道与水下压缩空气软袋储能库相通。双向轮机上的空气压缩机的机体位置于水面和空气相交位置?双向轮机的上方露出水面，采集风能，下方采集波浪能和混流能?也可以将双向轮机全部浸入水中。浸入水中的双向轮机的直径一般不宜超过五米?因地制宜。根据波浪和混流冲击双向轮机的叶片时的频率和力度不同，双向轮机的转速有快慢之分。全封闭的空气压缩机的压缩比是不变的。压入水下储能库的空气压力完全相同。只是流量不同?双向轮机的自动转向为 90 度，与波浪或混流方向的最大迎角为 45 度。随波浪冲击力的增强而自动减小，减小迎角使阻力减小。从而保护叶片不变形?在一周八个方向中可以采集六个方向的波浪能，不适用泥沙滩头。岩石岸礁打桩困难，只能钻孔进行灌柱作业。每个双向轮机都是单台并列，与水下储能库的灌桩所承受的强大拉力相比，只需要承受几十吨的冲击力就十分稳固?因此，灌桩的长度和直径都要少很多，又在浅水区域施工较容易。造价也较小。海面真正风平浪静的时间几乎是没有的。首先是波浪有很大的惯性，即风停之后，波依然延续很长一段时间，再就是潮汐的起落使海水不能平静。因此双向轮机利用波浪能，反复冲击岸礁的混流能、潮汐能综合利用率和满负荷工作率要比大风机对风能的满负荷工作率高很多。关键就在于海水的密度 300 倍于空气的密度，强大的波浪破坏力，如何使设备不被破坏?防腐问题如何克服?人工智能设备如何对水下压缩空气软袋储能库的智能检测?波浪发电各国都有多项研究成果及产品:但是，至今也没有一项产品能够廉价推广。双向轮机最终是否能够推出廉价产品，有待进一步探索。