一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统和方法。该联用系统包括：可再生能源发电系统、地下压缩空气储能系统和地下煤气化系统。所述地下压缩空气储能系统包括第一压缩机、地下储气库和燃气轮机。所述地下煤气化系统包括正在进行煤气化的第一地下煤气化洞穴、第二压缩机、煤气化后的第二地下煤气化洞穴和气体分离器。本发明专利技术克服了现有可再生能源间歇性和不稳定性的问题，同时还可以解决煤气化所需的空气，以及压缩空气所需的化石燃料问题。

【技术实现步骤摘要】
一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统和方法
本专利技术涉及可再生能源利用开发
更具体的，涉及一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统和方法。
技术介绍
可在生能源因其固有的间歇性和不稳定性在很大程度上限制了其自身的发展。解决此问题的一种有效方法就是开发大规模的储能系统。压缩空气储能因规模大、效率高、可靠性强等特点被认为是最具有市场潜力的储能方式。压缩空气储能是指电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。释放地下压缩空气至燃烧室与提供的燃料(如天然气)进行燃烧，推动汽轮机发电前。目前，世界上已有两座大型压缩空气储能电站投入商业运行。第一座是1978年投入商业运行的德国Huntorf电站，目前仍在运行中。第二座是于1991年投入商业运行的美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站，由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。美国Ohio州Norton从2001年起开始建一座2700MW的大型压缩空气储能商业电站，日本于2001年投入运行的上砂川盯压缩空气储能示范项目，位于北海道空知郡，输出功率为2MW。目前，除德、美、日、瑞士外，俄、法、意、卢森堡、南非、以色列和韩国等也在积极开发压缩空气储能电站。地下煤气化是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧、通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体、综合开发清洁能源与生产化工原料的新技术；地下煤气化的燃烧过程需要注入空气或者氧气。1868年，德裔英国科学家WilliamSiemens首次提出地下煤气化概念(UndergroundCoalGasification，简称UCG)。1888年，俄国科学家Mendeleev提出更详细的煤炭地下气化设计。1910年，美国化学家Betts获得美国、加拿大和英国三个地下煤气化专利。前苏联从20世纪30年代开始，对煤炭地下气化进行了深入研究，试验成功了连通直井和大倾角煤层气化炉结构。试验了多种连通注入井和生产井方法，最终证实水力压裂和逆向燃烧是有效的连通工艺。1972-1989年美国开展了30多次现场试验证实该技术具有一定的发展前景。1989-1998年，西班牙、英国和比利时在西班牙的ElTremedal进行了欧盟煤炭地下气化项目，试验证实，高运行压力下合成气中甲烷浓度高。澳大利亚LincEnergy公司实施的Chinchilla煤炭地下气化，目的层是苏拉特盆地MacalisterA、B亚烟煤层。地下压缩空气储能具有很强的市场潜力，但其也存在缺点，即利用储存在地下的压缩空气进行发电时，还需要为驱动汽轮机提供化石燃料。地下煤气化可以减少煤炭开采的环节和煤炭开采所造成的污染，但是不断的向地下注入空气或者氧气需要消耗能源，同时气体注入量与控制燃烧区域有密切的关系。
技术实现思路
为了更好的解决地下压缩空气储能技术与地下煤气化技术存在的技术问题，本专利技术提供一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统和方法。本专利技术的技术方案利用无法并网的可再生能源发电，用于驱动空气压缩机向储气库和地下煤气化洞穴注入空气，利用储气库储存的压缩空气和煤气化产生的燃气燃烧进行发电，可以解决可再生能源间歇性和不稳定性的问题；同时还可以解决煤气化所需空气，以及压缩空气所需的化石燃料问题。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一方面提供一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统，该联用系统包括：可再生能源发电系统、地下压缩空气储能系统和地下煤气化系统。所述地下压缩空气储能系统，包括第一压缩机、地下储气库和燃气轮机。所述地下煤气化系统，包括正在进行煤气化的第一地下煤气化洞穴、第二压缩机、煤气化后的第二地下煤气化洞穴和气体分离器。所述可再生能源发电系统产生的电能驱动第一压缩机制备压缩空气，所述压缩空气分别进入地下储气库进行存储和第一地下煤气化洞穴进行煤气化；所述煤气化产生的煤气化气体经过第二压缩机压缩后进入第二地下煤气化洞穴进行存储。当需要使用存储的压缩空气进行发电时，存储于地下储气库中的压缩空气进入燃气轮机；同时存储于第二地下煤气化洞穴中的压缩煤气化气体进入气体分离器分离出甲烷，所述甲烷进入燃气轮机与压缩空气进行燃烧发电。具体的，所述地下储气库包括用于注入压缩空气的地下空气注入井和采出压缩空气的地下空气采出井；所述第一地下煤气化洞穴包括用于注入压缩空气的第一煤气化注入井和采出煤气化气体的第一煤气化采出井；所述第二地下煤气化洞穴包括用于注入压缩煤气化气体的第二煤气化注入井和采出压缩煤气化气体的第二煤气化采出井。即此优选方案中的联用系统包括：可再生能源发电系统、地下压缩空气储能系统和地下煤气化系统；所述地下压缩空气储能系统包括第一压缩机、地下空气注入井、地下储气库、地下空气采出井和燃气轮机；所述地下煤气化系统包括第一地下煤气化洞穴、第一煤气化注入井、第一煤气化采出井、第二压缩机、第二地下煤气化洞穴、第二煤气化注入井、第二煤气化采出井和气体分离器。所述可再生能源发电系统利用可再生能源进行发电产生电能，所述电能驱动第一压缩机制备压缩空气。所述压缩空气分别通过地下空气注入井和第一煤气化注入井输送至地下储气库和正在进行煤气化的第一地下煤气化洞穴。所述第一地下煤气化洞穴中产生的煤气化气体通过第一煤气化采出井采出并经过第二压缩机压缩后，通过第二煤气化注入井存储于煤气化后的第二地下煤气化洞穴。当需要使用地下储气库中存储的压缩空气进行发电时，将所述地下储气库中存储的压缩空气通过地下空气采出井采出输送至燃气轮机；同时将第二地下煤气化洞穴中存储的压缩煤气化气体通过第二煤气化采出井采出，并经过气体分离器分离出甲烷，将甲烷输送至燃气轮机与压缩空气进行燃烧发电。优选地，所述地下煤气化系统还包括与所述气体分离器连接的气体收集罐，用以收集分离出甲烷后的煤气化气体。煤气化气体包括甲烷、氢气、一氧化碳等气体，气体分离器将甲烷气体分出后将剩余气体储存入气体收集罐中，避免了污染等问题。优选地，所述地下储气库的上部为构造圈闭或地下煤层，下部为地下水层。构造圈闭上部岩层的渗透率很低，具有很好的封堵作用，使得构造圈闭内的空气不会向上逸散，下部是地下水层也起到封堵压缩空气的作用，气体不会向下逸散。当地下储气库上部是地下煤层，下部是地下水层时，也具备很好的封堵条件，可以有效的防止压缩空气的泄露。第一压缩机制备的压缩空气的压力略大于构造圈闭的地层压力或略大于地下煤层的压力，使得空气能够注入至地下。同样的，第二压缩机制备的压缩煤气化气体的压力也需略大于地下煤层的压力。优选地，所述可再生能源发电系统利用风能、太阳能等可再生能源发电。此类可再生能源所产生的电能无法直接并网，且存在间歇性和不稳定性的问题，通过将此类电能用于压缩空气存储于地下，待需要时再使用压缩空气用于发电，完成储能过程。本专利技术还将此部分电能用于为地下煤气化提供空气，还解决了地下煤气化的能源和充气问题。本专利技术另一方面还提供一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用方法，所述方法包括：利用可再生能源发电所产生电能，所述电能用于驱动第一压缩机制备压缩空气。将所述压缩空气分别输送至地下储气库进行存储和正在煤气化的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统，其特征在于，该联用系统包括：可再生能源发电系统；地下压缩空气储能系统，包括第一压缩机、地下储气库和燃气轮机；以及地下煤气化系统，包括正在进行煤气化的第一地下煤气化洞穴、第二压缩机、煤气化后的第二地下煤气化洞穴和气体分离器；所述可再生能源发电系统产生的电能驱动第一压缩机制备压缩空气，所述压缩空气分别进入地下储气库进行存储和第一地下煤气化洞穴进行煤气化；所述煤气化产生的煤气化气体经过第二压缩机压缩后进入第二地下煤气化洞穴进行存储；当需要使用存储的压缩空气进行发电时，存储于地下储气库中的压缩空气进入燃气轮机；同时存储于第二地下煤气化洞穴中的压缩煤气化气体进入气体分离器分离出甲烷，所述甲烷进入燃气轮机与压缩空气进行燃烧发电。

【技术特征摘要】
1.一种地下压缩空气储能和地下煤气化联用系统，其特征在于，该联用系统包括：可再生能源发电系统；地下压缩空气储能系统，包括第一压缩机、地下储气库和燃气轮机；以及地下煤气化系统，包括正在进行煤气化的第一地下煤气化洞穴、第二压缩机、煤气化后的第二地下煤气化洞穴和气体分离器；所述可再生能源发电系统产生的电能驱动第一压缩机制备压缩空气，所述压缩空气分别进入地下储气库进行存储和第一地下煤气化洞穴进行煤气化；所述煤气化产生的煤气化气体经过第二压缩机压缩后进入第二地下煤气化洞穴进行存储；当需要使用存储的压缩空气进行发电时，存储于地下储气库中的压缩空气进入燃气轮机；同时存储于第二地下煤气化洞穴中的压缩煤气化气体进入气体分离器分离出甲烷，所述甲烷进入燃气轮机与压缩空气进行燃烧发电。2.根据权利要求1所述的联用系统，其特征在于，所述地下储气库包括用于注入压缩空气的地下空气注入井和采出压缩空气的地下空气采出井；所述第一地下煤气化洞穴包括用于注入压缩空气的第一煤气化注入井和采出煤气化气体的第一煤气化采出井；所述第二地下煤气化洞穴包括用于注入压缩煤气化气体的第二煤气化注入井和采出压缩煤气化气体的第二煤气化采出井。3.根据权利要求1所述的联用系统，其特征在于，所述地下煤气化系统还包括与所述气体分离器连接的气体收集罐，用以收集分离出甲烷后的煤气化气体。4.根据权利要求1所述的联用系统，其特征在于，所述地下储气库的上部为构造圈闭或地下煤层，下部为地下水层。5.根据权利要求1所述的联用系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛华庆，东振，张福东，孙粉锦，刘人和，陈艳鹏，郭伟，蒋雅丽，周尚文，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11