一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，包括地表中枢供电单元、压缩空气储能单元、抽水蓄能单元，以及第一涡轮发电机与第二涡轮发电机；其中，压缩空气储能单元中的空气压缩机及高压气泵在地表中枢供电单元的驱动下，将高压气体储存于高压储气巷道内，实现地表中枢供电单元吸纳的可再生能源转化为压缩空气储能；抽水蓄能单元中的抽水电动机在地表中枢供电单元的驱动下，将地下储水库内的水提取至地表水库，实现地表中枢供电单元吸纳的可再生能源转化为重力势能；最后通过涡轮发电机将压缩空气储能及重力势能转化为电能输出。与现有技术相比，本发明专利技术具有较高的经济性与储能效率，并为废弃矿井的再利用提供了一种新途经。提供了一种新途经。提供了一种新途经。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统


[0001]本专利技术属于废弃矿井再利用、压缩空气储能、抽水蓄能
，涉及一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统。

技术介绍

[0002]以风能、太阳能等为代表的间歇性可再生能源迅速发展的同时也给电网的安全运营带来一定隐患，发展储能技术是提升可再生能源发电效率的有效方法。目前，能够实现大规模储能发电的只有抽水蓄能和压缩空气储能两种。无论是抽水蓄能还是压缩空气储能都需要较大规模的蓄水或储气空间，而现有的废弃矿井地下巷道加以改造能够满足这一要求，从而能够同时实现储能和废弃矿井再利用的目标。世界上只有两座建成并成功运行的压缩空气储能电站(德国Huntorf电站和美国McIntosh)，国内尚无实现商业化运行的压气储能电站。抽水蓄能相比于压缩空气储能在技术上更为成熟，国内外兴建的抽水蓄能电站数量也较多。但利用废弃矿井并且联合运行这两种储能技术在国内外还未曾报道。
[0003]压缩空气储能和抽水蓄能都存在一定程度的不足，压缩空气储能在压缩和发电过程中需要耗费较多能量，造成系统能量转换效率较低，而且需要一定规模的储气洞室。抽水蓄能电站对选址较为严格，对地形和水源都有一定要求。现有技术中“一种定压抽水压缩气体储能系统及储能方法”(CN201810737016.9)利用处于低位的高压恒压储气舱之间产生的水位差产生压力实现高压储气舱内的压力恒定，避免了节流稳压过程中的能量损失，但系统在运行过程中需要多次使用压缩机，在发电过程需要工业余热补燃发电，没有充分利用水的重力势能，降低了运行的经济性。国外有人提出过一种抽水
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压气(PH
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CAES)联合运行的储能系统(Energy 165(2018)630
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638)，但该系统仅仅是利用高压气体驱动水推动涡轮机发电，并没有真正地实现抽水蓄能和压缩空气储能的联合运行，系统能量转化效率不高，实用价值也很有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是提供一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，用于解决储能效率较低的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，包括地表中枢供电单元、分别与地表中枢供电单元电连接的压缩空气储能单元与抽水蓄能单元，以及用于将储能转化为电能的第一涡轮发电机与第二涡轮发电机；
[0007]所述的压缩空气储能单元包括空气压缩机、地下水气混合室、高压气泵以及地下高压储气室；所述的空气压缩机的出口端分别与高压气泵的进口端及地下水气混合室的顶部相连通，所述的地下高压储气室分别与高压气泵的出口端及地下水气混合室的顶部相连通，
[0008]所述的空气压缩机及高压气泵在地表中枢供电单元的驱动下，将高压气体储存于
高压储气巷道内，使地表中枢供电单元吸纳的可再生能源转化为压缩空气储能；
[0009]所述的抽水蓄能单元包括地下储水库、抽水电动机以及地表水库；所述的地下储水库的进水端与地下水气混合室的出水端相连通，所述的抽水电动机设于地下储水库及地表水库之间，所述的地表水库的出水端与地下水气混合室顶部相连通，
[0010]所述的抽水电动机在地表中枢供电单元的驱动下，将地下储水库内的水提取至地表水库，使地表中枢供电单元吸纳的可再生能源转化为重力势能；
[0011]所述的第一涡轮发电机设于地下水气混合室的出水端与地下储水库的进水端之间，通过高压储气巷道内的高压气体将地下水气混合室内的水压至地下储水库，并通过冲击第一涡轮发电机发电；
[0012]所述的第二涡轮发电机设于地表水库出水端与地下水气混合室顶部之间，通过重力势能使水冲击第二涡轮发电机发电。
[0013]进一步地，所述的地表中枢供电单元包括风能发电装置、太阳能发电装置、电网，以及分别与风能发电装置、太阳能发电装置、电网电连接的综合电站。
[0014]进一步地，所述的综合电站还分别与空气压缩机、抽水电动机、第一涡轮发电机及第二涡轮发电机电连接。
[0015]所述的综合电站一方面用于将风能发电装置、太阳能发电装置产生的可再生资源转化为电能，并吸纳电网的波谷电能，另一方面用于向空气压缩机及抽水电动机供电，并将第一涡轮发电机与第二涡轮发电机产生的稳定电能传输至电网。
[0016]进一步地，所述的空气压缩机出口端、高压气泵进口端及地下水气混合室顶部之间设有三通接头，所述的三通接头与空气压缩机出口端之间设有第三阀门，所述的三通接头与高压气泵进口端之间设有第二阀门。
[0017]进一步地，所述的第三阀门为单向阀。
[0018]进一步地，所述的地下高压储气室的出口端与地下水气混合室顶部之间设有第一阀门。
[0019]进一步地，所述的第一阀门为节流阀。
[0020]进一步地，所述的地下水气混合室与第一涡轮发电机之间设有第四阀门，所述的地下储水库与抽水电动机之间设有第五阀门，所述的地表水库出水端与第二涡轮发电机之间设有第六阀门。
[0021]进一步地，所述的第四阀门为单向阀。
[0022]进一步地，所述的压缩空气储能单元中的地下水气混合室、高压气泵、地下高压储气室，所述的抽水蓄能单元中的地下储水库、抽水电动机，以及第一涡轮发电机与第二涡轮发电机均建设在废弃矿井地下巷道之中，以实现废弃矿井的资源化再利用。
[0023]作为优选的技术方案，所述的地下高压储气室、地下水气混合室以及地下储水库采用钢筋混凝土作为内衬材料对废弃矿井地下巷道进行加固，并用丁基橡胶作为密封材料进行密封处理，以保证系统密封性与稳定性。
[0024]本专利技术提供一种利用废弃矿井地下巷道的压气抽水一体化储能系统，利用地表与地下巷道的落差，将地表水注入地下水气混合室的同时经过第二涡轮发电机进行第一次发电，此时地下水气混合室内的气体被初步压缩，然后，驱动空气压缩机做功将空气压缩至高压气体通过高压气泵的进一步加压后注入地下高压储气室，完成第一次储能。然后地下高
压储气室中的气体进入地下水气混合室推动里面的水进入第一涡轮发电机进行发电，完成第二次发电。随后，从第一涡轮发电机出来的水进入地下储水库，再通过抽水电动机抽至地表，实现第二次蓄能。本专利技术做到了二次蓄能和二次发电，极大地提高了系统的运行效率，提高了电站的运行利润。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0026]1)本专利技术提供一种利用废弃矿井地下巷道的压气抽水一体化储能系统，通过设置地表中枢供给电系统、压缩空气储能系统和抽水蓄能三个子系统，利用地表和废弃矿井地下巷道之间的高差，充分利用水的重力势能，在水的地上地下循环过程中实现多次发电，从而达到抽水蓄能的效果；
[0027]2)该系统具有全天候24小时不间断运行的效果，白天电价高的时候，不仅可以利用地表水库与地下巷道之间的高差进行发电，还可以通过高压气体推动水气混合室中的水进行发电，等到夜晚电价底的时候，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，其特征在于，该储能系统包括地表中枢供电单元、分别与地表中枢供电单元电连接的压缩空气储能单元与抽水蓄能单元，以及第一涡轮发电机(12)与第二涡轮发电机(13)；所述的压缩空气储能单元包括空气压缩机(6)、地下水气混合室(2)、高压气泵(7)以及地下高压储气室(1)；所述的空气压缩机(6)的出口端分别与高压气泵(7)的进口端及地下水气混合室(2)的顶部相连通，所述的地下高压储气室(1)分别与高压气泵(7)的出口端及地下水气混合室(2)的顶部相连通，所述的抽水蓄能单元包括地下储水库(3)、抽水电动机(15)以及地表水库(4)；所述的地下储水库(3)的进水端与地下水气混合室(2)的出水端相连通，所述的抽水电动机(15)设于地下储水库(3)及地表水库(4)之间，所述的地表水库(4)的出水端与地下水气混合室(2)顶部相连通，所述的第一涡轮发电机(12)设于地下水气混合室(2)的出水端与地下储水库(3)的进水端之间；所述的第二涡轮发电机(13)设于地表水库(4)出水端与地下水气混合室(2)顶部之间。2.根据权利要求1所述的一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，其特征在于，所述的地表中枢供电单元包括风能发电装置(17)、太阳能发电装置(18)、电网(19)，以及分别与风能发电装置(17)、太阳能发电装置(18)、电网(19)电连接的综合电站(5)。3.根据权利要求2所述的一种利用废弃矿井地下巷道的抽水压气一体化储能系统，其特征在于，所述的综合电站(5)还分别与空气压缩机(6)、抽水电动机(15)、第一涡轮发电机(12)及第二涡轮发电机(13)电连接。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐英俊，夏才初，王辰霖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：