储能发电装置、卧式盐穴电解液储存库及其建造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种储能发电装置、卧式盐穴电解液储存库及其建造方法，卧式盐穴电解液储存库的建造方法，包括以下步骤：S1、在地面中钻井，形成两个间隔开分布的竖井，所述竖井形成为盐穴，所述盐穴具有溶腔，对所述竖井进行造腔；S2、使两个所述竖井朝着相互靠近的一侧横向扩张，两个所述竖井相对的一侧连通；S3、分别横向扩大两个所述竖井的相背的一侧；S4、分别扩大两个所述竖井的中间顶部位置；S5、形成卧式盐穴，在地面安装液流电池堆，所述电解液在所述液流电池堆和所述盐穴之间循环流动，参与电化学反应，进行储能、发电。该卧式盐穴电解液储存库的建造方法具有操作简便，便于施工等优点。

【技术实现步骤摘要】
储能发电装置、卧式盐穴电解液储存库及其建造方法
本专利技术属于储能氧化还原液流电池领域，具体涉及一种基于盐穴的储能发电装置，卧式盐穴电解液储存库及其建造方法。
技术介绍
随着人类经济快速发展，环境污染和能源短缺等问题日益加剧，促使世界各国广泛开发利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网难的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。因此需要大力发展可与其配合使用的高效、廉价、安全可靠的储能技术。在各种电化学储能策略中，相对于静态电池比如锂离子电池和铅酸电池，液流电池(RedoxFlowBatteries,RFBs)有几个特别的技术优点，最适于大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，比如相对独立的能量和功率控制、大电流大功率运行(响应快)、安全性能高(主要是指不易燃烧和爆炸)等。目前国内很流行的一个储能项目就是钒液流电池。中国是钒矿的自然储存大国，短期而言，用于钒液流电池的钒原料不是问题。但考虑到全球范围内有限的钒矿资源以及高的钒矿价格(V2O5，$20/kg)，钒液流电池的普及和长期使用都很难实现。钒液流电池以及锌溴液流电池都是传统的液流电池技术，存在一些技术缺陷：比如活性物质在电极间的穿梭效应导致的自放电以及库伦效率低；腐蚀性电解液不环保以及安全隐患。钒液流电池的成本大概是$450/千瓦时，美国能源部推荐的电化学储能的普及价格要在$150/千瓦时以下，这就意味着要开发高性能、经济适用的全新液流电池技术。盐穴是利用水溶方式开采盐矿后留下的地下洞穴，形状与大小根据不同的地质条件而定，体积巨大且密封良好，体积一般为数万方到几十万方，因此，盐穴提供了一个巨大而安全的地下空间用于储存电解液，盐穴主要被用来储存天然气与石油，但是目前国内很多盐穴因为其技术指标无法达到储油或者储气的技术要求，基本处于空置状态。而利用盐穴来储存水相体系的电解液对盐穴的密封性、抗压性及稳定性方面要求较低。因此，利用盐穴来储存电解液可充分实现盐穴的综合利用。但是，针对适用于盐穴体系(利用原位生成的电解液)的电池系统仍需要开发。目前水相液流电池仍然面临着一些挑战，如活性材料(有机物)溶解度有限、电解液易交叉污染、操作电流密度低、易发生水电解副反应、实际安装操作复杂等。因此，开发克服以上缺点，并且可以潜在应用于大规模盐穴的储能发电装置是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种卧式盐穴电解液储存库的建造方法，该卧式盐穴电解液储存库的建造方法具有操作方便、便于实施等优点。本专利技术还提出一种基于卧式盐穴电解液储存库，能够解决大规模电化学能源储存，充分利用一些废弃的盐穴资源。本专利技术还提出一种基于盐穴的储能发电装置，具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定、活性材料溶解度高等优点。根据本专利技术第一方面实施例的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，包括以下步骤：S1、在地面中钻井，形成两个间隔开分布的竖井，所述竖井形成为盐穴，所述盐穴具有溶腔，对所述竖井进行造腔；S2、使两个所述竖井朝着相互靠近的一侧横向扩张，两个所述竖井相对的一侧连通；S3、分别横向扩大两个所述竖井的相背的一侧；S4、分别扩大两个所述竖井的中间顶部位置；S5、形成卧式盐穴，在地面安装液流电池堆，所述电解液在所述液流电池堆和所述盐穴之间循环流动，参与电化学反应，进行储能、发电。根据本专利技术实施例的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，通过向地面钻井，形成两个间隔开的竖井，将两个竖进横向扩张、纵向扩张，形成连通的卧式电解液储存库，能够解决大规模电化学能源储存，充分利用一些废弃的盐穴资源。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S1中，在井口的下方设置生产套管，在所述生产套管内套置造腔外管，在所述造腔外管内套置造腔内管，所述生产套管的上端位于地面上方或者与地面齐平，所述造腔内管的下端低于所述造腔外管的下端，在所述生产套管的内壁与所述造腔外管的外壁之间设有环空间隙，所述间隙处注有保护剂，进行造腔。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S2中，在横向扩张的同时持续注入所述保护剂，在两个所述竖井连通后，将两个所述竖井对应的所述造腔外管和所述造腔内管更换为一根造腔管，所述造腔管的下端伸入所述溶腔。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S3中，在扩大所述竖井时减少所述保护剂用量。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S4中，在扩大所述竖井的中间顶部位置时，先增多再逐渐减少所述保护剂。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S5中，将所述盐穴内饱和卤水调制为电解液。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S1中，两个所述竖井的井深相差高度不超过10m，两个所述竖井之间的间距与所述盐穴的初始高度的比值小于侧溶底角正切值的2倍。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S1中，从所述造腔内管注清水并从所述间隙抽取卤水。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S3和所述步骤S4中，两个所述竖井分别交替进行注水和采卤。根据本专利技术一个实施例，所述保护剂为氮气。根据本专利技术一个实施例，所述步骤中，对两个所述竖井分别进行声纳测腔，合成得到卧式盐穴的三维形状。根据本专利技术一个实施例，根据地层深度和所述声纳测腔结果，监测所述溶腔的上部顶板的厚度，所述上部顶板的厚度不小于30m。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S5中，在储能、发电阶段内定期向所述竖井内注入少量清水以用于溶解注采管壁的盐结晶。根据本专利技术一个实施例，所述步骤S5中，在储能、发电阶段内分别采取两种循环方式中的一种，储能阶段和发电阶段采用的循环方式不同，一循环方式为向一所述竖井内注入电解液，从另一所述竖井内排出电解液，另一循环方式为从一所述竖井内排出电解液，向另一所述竖井内注入电解液。根据本专利技术第二方面实施例的电解液储存库，包括两个竖井，两个所述竖井间隔开设置且相对的一侧相互连通，所述竖井相背的一侧横向延伸，所述竖井的顶部中央向地面方向延伸。根据本专利技术第三方面实施例的基于盐穴的储能发电装置，包括上述所述的电解液储存库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质,所述正极活性物质和所述负极活性物质为水溶性的有机活性分子且分别存储于两个所述盐穴中，所述储能发电装置还包括：液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。根据本专利技术一个实施例，所述电解液储液库采用至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在地面中钻井，形成两个间隔开分布的竖井，所述竖井形成为盐穴，所述盐穴具有溶腔，对所述竖井进行造腔；S2、使两个所述竖井朝着相互靠近的一侧横向扩张，两个所述竖井相对的一侧连通；S3、分别横向扩大两个所述竖井的相背的一侧；S4、分别扩大两个所述竖井的中间顶部位置；S5、形成卧式盐穴，在地面安装液流电池堆，所述电解液在所述液流电池堆和所述盐穴之间循环流动，参与电化学反应，进行储能、发电。

【技术特征摘要】
1.一种卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在地面中钻井，形成两个间隔开分布的竖井，所述竖井形成为盐穴，所述盐穴具有溶腔，对所述竖井进行造腔；S2、使两个所述竖井朝着相互靠近的一侧横向扩张，两个所述竖井相对的一侧连通；S3、分别横向扩大两个所述竖井的相背的一侧；S4、分别扩大两个所述竖井的中间顶部位置；S5、形成卧式盐穴，在地面安装液流电池堆，所述电解液在所述液流电池堆和所述盐穴之间循环流动，参与电化学反应，进行储能、发电。2.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S1中，在井口的下方设置生产套管，在所述生产套管内套置造腔外管，在所述造腔外管内套置造腔内管，所述生产套管的上端位于地面上方或者与地面齐平，所述造腔内管的下端低于所述造腔外管的下端，在所述生产套管的内壁与所述造腔外管的外壁之间设有环空间隙，所述间隙处注有保护剂，进行造腔。3.根据权利要求2所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S2中，在横向扩张的同时持续注入所述保护剂，在两个所述竖井连通后，将两个所述竖井对应的所述造腔外管和所述造腔内管更换为一根造腔管，所述造腔管的下端伸入所述溶腔。4.根据权利要求3所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S3中，在扩大所述竖井时减少所述保护剂用量。5.根据权利要求4所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S4中，在扩大所述竖井的中间顶部位置时，先增多再逐渐减少所述保护剂。6.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S5中，将所述盐穴内饱和卤水调制为电解液。7.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S1中，两个所述竖井的井深相差高度不超过10m，两个所述竖井之间的间距与所述盐穴的初始高度的比值小于侧溶底角正切值的2倍。8.根据权利要求2所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S1中，从所述造腔内管注清水并从所述间隙抽取卤水。9.根据权利要求2所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S3和所述步骤S4中，两个所述竖井分别交替进行注水和采卤。10.根据权利要求2所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述保护剂为氮气。11.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤中，对两个所述竖井分别进行声纳测腔，合成得到卧式盐穴的三维形状。12.根据权利要求11所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，根据地层深度和所述声纳测腔结果，监测所述溶腔的上部顶板的厚度，所述上部顶板的厚度不小于30m。13.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S5中，在储能、发电阶段内定期向所述竖井内注入少量清水以用于溶解注采管壁的盐结晶。14.根据权利要求1所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法，其特征在于，所述步骤S5中，在储能、发电阶段内分别采取两种循环方式中的一种，储能阶段和发电阶段采用的循环方式不同，一循环方式为向一所述竖井内注入电解液，从另一所述竖井内排出电解液，另一循环方式为从一所述竖井内排出电解液，向另一所述竖井内注入电解液。15.一种根据权利要求1-14中任一所述的卧式盐穴电解液储存库的建造方法的电解液储存库，其特征在于，包括：两个竖井，两个所述竖井间隔开设置且相对的一侧相互连通，所述竖井相背的一侧横向延伸，所述竖井的顶部中央向...

【专利技术属性】
技术研发人员：管国兴，徐俊辉，李丹，马旭强，陈留平，王慧，
申请(专利权)人：中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32