本發明屬于儲能，特別涉及一種水力協調壓縮空氣儲能裝置、系統及方法。
背景技術：
1、火力發電雖然能夠為電網提供穩定的電能供應且受環境影響較小，但巨大的碳排放是重要問題之一。水電、核電受地形及周邊資源環境影響較大，且投入成本巨大；光伏、風能等新能源發電則受自然環境影響較大，且不能為電網提供穩定輸出。因此，在這些前提下，在發電端進行產業調整的同時為保障電網的穩定、安全運行，平滑發/用電峰、谷的調峰政策就顯得尤為重要。此時，儲能便成為電網調峰的有效方式。目前常用的儲能方式有：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪、制氫及電化學儲能。
2、但是抽水蓄能電站的建設選址難度大，建造成本高；傳統的空氣壓縮方式單一，不能實現多途徑儲能，以及現有方式設計復雜，運行維護成本高。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種水力協調壓縮空氣儲能裝置、系統及方法，以解決上述問題。
2、為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
3、一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，包括：氣動發電單元、水力發電單元、密封容器和活塞組件；活塞組件安裝在密封容器內，密封容器的底部連通水源，密封容器的頂部連接氣動發電單元，底部連接水力發電單元；活塞組件在密封容器內向上運動時給氣動發電單元和水力發電單元進行儲能。
4、進一步的，活塞組件包括活塞動力裝置和活塞，活塞動力裝置設置在密封容器的頂部，活塞設置在密封容器內部，活塞動力裝置連接活塞。
5、進一步的，活塞動力裝置的動力來源為新能源棄置電能。
6、進一步的，水力發電單元包括排水閘板閥和水力發電機，密封容器底部側面設置有出口，排水閘板閥設置在密封容器的出口處，出口處連接水力發電機。
7、進一步的，氣動發電單元包括壓縮空氣單元和壓縮空氣發電裝置，壓縮空氣單元通過管路連接密封容器的頂部，壓縮空氣發電裝置通過管路連接壓縮空氣單元。
8、進一步的，壓縮空氣單元和密封容器的管路上設置有排氣閥；壓縮空氣發電裝置和壓縮空氣單元之間設置有壓縮空氣單元出口排氣閥門。
9、進一步的，密封容器的底部設置有進水口，進水口連接水源，進水口上設置有進水閥。
10、進一步的，壓縮空氣單元內與壓縮空氣單元進口管路內均設置有可往復運動的活塞，兩個活塞通過連桿連接。
11、一種水力協調壓縮空氣儲能系統，包括若干所述的水力協調壓縮空氣儲能裝置，若干水力協調壓縮空氣儲能裝置并排安裝，所有水力協調壓縮空氣儲能裝置的氣動發電單元和水力發電單元均連接到電網。
12、一種水力協調壓縮空氣儲能方法，包括以下步驟：
13、步驟1：在新能源電量不能上網時，先打開排氣閥和進水閥，同時，通過新能源棄置電能啟動活塞動力裝置，活塞動力裝置通過連桿帶動活塞向上運動；在活塞向上運動過程中，活塞下部與密封容器底部形成真空，在大氣壓作用下，將水從進水閥壓入密封容器內部；在活塞向上運動時，會擠壓上部空氣，上部空氣通過排氣閥在活塞作用下，在壓縮空氣單元形成壓縮空氣儲存；
14、步驟2：待罐體水位穩定不變后，關閉活塞動力裝置，關閉進水閥和排氣閥，此時，活塞固定在當前位置，壓縮空氣儲存單元活塞位置與密封容器內的水位均保持不變；
15、步驟3：待需要往電網輸送電量時，先打開壓縮空氣單元出口排氣閥門，將壓縮空氣的內能通過壓縮空氣發電裝置轉化為電能輸送上網；
16、步驟4：待壓縮空氣泄放完畢后，打開排氣閥，再打開排水閘板閥，此時密封容器內的水會通過管道進入水力發電機進行發電；活塞也會隨著水位降低而開始下降，直至罐內水位到達不能再發電為止。
17、步驟5：待罐內水全部釋放完或水力發電機不能再發電時，關閉排水閘板閥，關閉排氣閥和壓縮空氣出口排氣閥，完成棄置電量的儲存及釋放。
18、與現有技術相比，本發明有以下技術效果：
19、本發明的裝置的設計相對簡單，主要由氣動發電單元、水力發電單元、密封容器和活塞組件構成，沒有復雜的機械結構和控制系統。因為裝置的主要部件如密封容器、活塞、水力發電機等都是常見的工業產品，易于采購和組裝。運行方便，整個儲能和釋能過程可以通過簡單的閥門控制實現，自動化程度高，維護成本低。
20、本發明利用大氣壓力差作為驅動力，通過活塞的上下運動實現水力和壓縮空氣的儲能。在活塞向上運動時，形成真空，將水吸入密封容器；同時，擠壓上部空氣形成壓縮空氣儲存。這種儲能方式不需要額外的能源輸入，僅利用新能源棄置電能即可實現，提高了能源利用效率。
21、本發明通過集成壓縮空氣儲能和水力儲能兩種方式，該裝置能夠靈活地根據電網需求進行儲能和釋能。在儲能階段，可以同時利用壓縮空氣和水力兩種方式進行儲能，提高了儲能效率。在釋能階段，可以先釋放壓縮空氣儲能產生的電能，再釋放水力儲能產生的電能，延長了釋能時間，提高了電網的穩定性。
22、與抽水蓄能相比，在選址與設計建造上具有更多的靈活性：
23、抽水蓄能電站需要特定的地理條件，如高山、水庫等，而該裝置對地理條件的要求較低，可以在平地或低洼地區建造。設計建造上更加靈活，可以根據實際需求調整裝置的規模和布局，適應不同的應用場景。
24、該裝置能夠快速響應電網需求，進行儲能和釋能操作。在電網負荷低谷時，可以利用新能源棄置電能進行儲能；在電網負荷高峰時，可以釋放儲存的電能進行調峰。通過集成多種儲能方式，該裝置能夠提供更加穩定、可靠的電力輸出，提高電網的穩定性和可靠性。
25、綜上所述，該技術方案通過集成壓縮空氣儲能和水力儲能兩種方式，實現了電能的高效儲存與釋放。該裝置設計簡單、建造成本低、運行方便，對電網調峰的靈活性更強，且在選址與設計建造上具有更多的靈活性。因此，該技術方案在小型儲能項目中具有廣泛的應用前景。
1.一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，包括：氣動發電單元、水力發電單元、密封容器（6）和活塞組件；活塞組件安裝在密封容器（6）內，密封容器（6）的底部連通水源，密封容器（6）的頂部連接氣動發電單元，底部連接水力發電單元；活塞組件在密封容器（6）內向上運動時給氣動發電單元和水力發電單元進行儲能。
2.根據權利要求1所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，活塞組件包括活塞動力裝置（1）和活塞（7），活塞動力裝置（1）設置在密封容器（6）的頂部，活塞（7）設置在密封容器（6）內部，活塞動力裝置（1）連接活塞（7）。
3.根據權利要求2所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，活塞動力裝置（1）的動力來源為新能源棄置電能。
4.根據權利要求1所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，水力發電單元包括排水閘板閥（8）和水力發電機（9），密封容器（6）底部側面設置有出口，排水閘板閥（8）設置在密封容器（6）的出口處，出口處連接水力發電機（9）。
5.根據權利要求1所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，氣動發電單元包括壓縮空氣單元（3）和壓縮空氣發電裝置（5），壓縮空氣單元（3）通過管路連接密封容器（6）的頂部，壓縮空氣發電裝置（5）通過管路連接壓縮空氣單元（3）。
6.根據權利要求5所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，壓縮空氣單元（3）和密封容器（6）的管路上設置有排氣閥（2）；壓縮空氣發電裝置（5）和壓縮空氣單元（3）之間設置有壓縮空氣單元出口排氣閥門（4）。
7.根據權利要求1所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，密封容器（6）的底部設置有進水口，進水口連接水源，進水口上設置有進水閥（10）。
8.根據權利要求5所述的一種水力協調壓縮空氣儲能裝置，其特征在于，壓縮空氣單元（3）內與壓縮空氣單元進口管路內均設置有可往復運動的活塞，兩個活塞通過連桿連接。
9.一種水力協調壓縮空氣儲能系統，其特征在于，包括若干如權利要求1至8任意一項所述的水力協調壓縮空氣儲能裝置，若干水力協調壓縮空氣儲能裝置并排安裝，所有水力協調壓縮空氣儲能裝置的氣動發電單元和水力發電單元均連接到電網。
10.一種水力協調壓縮空氣儲能方法，其特征在于，基于權利要求1至8任意一項所述的水力協調壓縮空氣儲能裝置，包括以下步驟：