矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法，涉及储能技术领域。系统包括多级压缩机、多级冷却器、多级透平机、多级回热器、第一储热罐、第二储热罐以及沿地层方向垂直分布的多个水平矿洞巷道，多个水平矿洞巷道的一端均与一条垂直向下的竖井连通，竖井中的输气管路与多个水平矿洞巷道之间设置输气支路，每条输气支路上设置有阀门；多级压缩机、多级冷却器、多级回热器和多级透平机依次连通，输气支路连通到多级冷却器与多级回热器之间的管道上，多级回热器、第一储热罐、多级冷却器以及第二储热罐依次连通，形成循环回路。该系统及其控制方法能够最大化利用水平矿洞巷道的体积，在安全范围内提高系统整体储气压力和储能密度。和储能密度。和储能密度。

【技术实现步骤摘要】
矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及储能
，具体而言，涉及一种矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]大规模开发新能源成为当今社会应对环境污染的主要方式。但风能、太阳能等新能源天生具有波动性和随机性的特征，给电网系统的安全运行带来了严峻的挑战。储能技术在解决新能源消纳、增强电网灵活性、改善新能源发电并网特性等方面具有显著优势。
[0003]压缩空气储能作为一种大规模物理储能技术，具有“零碳排”、“长寿命”、“高效率”的优势，是解决新能源消纳、提高电网安全稳定运行的最有效手段之一。随着压缩空气储能技术的快速发展，大容量储气技术已成为制约其规模化发展和广泛应用的关键。
[0004]我国矿产资源丰富，如何充分利用废弃矿洞作为规模化非补燃压缩空气储能电站的储气库，突破矿洞储气型压缩空气储能电站的技术瓶颈是促进电网更加友好地实现新能源消纳，保证电网稳定运行的关键。常规矿石开采后会留下大量沿地层分布的水平矿洞巷道。不同水平巷道之间会间隔一定厚度的围岩，如何最大化利用水平矿洞巷道体积，在安全范围内提高整体储气压力是提供矿洞储气型压缩空气储能系统储能密度的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的包括提供了一种矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法，其能够最大化利用水平矿洞巷道的体积，在安全范围内提高系统整体储气压力和储能密度。
[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种矿洞储气型压缩空气储能系统，矿洞储气型压缩空气储能系统包括电动机、多级压缩机、多级冷却器、多级透平机、多级回热器、第一储热罐、第二储热罐、发电机以及沿地层方向垂直分布的多个水平矿洞巷道，多个水平矿洞巷道的一端均与一条垂直向下的竖井连通，沿竖井的深度方向布置输气管路，输气管路与多个水平矿洞巷道之间设置输气支路，每条输气支路上设置有阀门；
[0008]电动机、多级压缩机、多级冷却器、多级回热器、多级透平机和发电机依次连通，输气支路连通到多级冷却器与多级回热器之间的管道上，多级回热器、第一储热罐、多级冷却器以及第二储热罐依次连通，形成循环回路。
[0009]在可选的实施方式中，多级压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，多级冷却器包括第一冷却器和第二冷却器，第一冷却器包括a1接口和b1接口，第二冷却器包括a2接口和b2接口；
[0010]电动机、第一压缩机、a1接口、b1接口、第二压缩机、a2接口和b2接口依次连通。
[0011]在可选的实施方式中，第一冷却器包括c1接口和d1接口，第二冷却器包括c2接口和d2接口；
[0012]第一储热罐、c1接口、d1接口和第二储热罐依次连通；
[0013]第一储热罐、c2接口、d2接口和第二储热罐依次连通。
[0014]在可选的实施方式中，多级透平机包括第一透平机和第二透平机，多级回热器包括第一回热器和第二回热器，第一回热器包括a3接口和b3接口，第二回热器包括a4接口和b4接口；
[0015]b2接口、a3接口、b3接口、第一透平机、a4接口和b4接口依次连通。
[0016]在可选的实施方式中，第一回热器包括c3接口和d3接口，第二回热器包括c4接口和d4接口；
[0017]第二储热罐、c3接口、d3接口和第一储热罐依次连通；
[0018]第二储热罐、c4接口、d4接口和第一储热罐依次连通。
[0019]在可选的实施方式中，多级冷却器与多级回热器之间的管路上安装有第一电磁阀和第二电磁阀，输气管路连通在第一电磁阀与第二电磁阀之间的管路上。
[0020]在可选的实施方式中，水平矿洞巷道的数量至少为三个。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种矿洞储气型压缩空气储能系统的控制方法，应用于前述实施方式的矿洞储气型压缩空气储能系统，控制方法包括：
[0022]储能时，利用多级压缩机将空气压缩后，采用多级冷却器回收空气中的热能，被冷却后的空气首先注入所有水平矿洞巷道直至每个水平矿洞巷道内压力由初始压力P0增压至P1，然后，沿竖井从上往下依次减少注气的水平矿洞巷道的数量，每减少一个注气的水平矿洞巷道就将余下的水平矿洞巷道的最终储气压力相应增加dP，按照此方式直到注气至底层的水平矿洞巷道。
[0023]在可选的实施方式中，控制方法包括：
[0024]释能时，首先选择位于最底层的水平矿洞巷道进行释气，释气压力范围为dP，释放的空气经过多级回热器加热后，依次经过多级透平机透平发电，然后，沿着竖井从下往上依次增加释气的水平矿洞巷道的数量，释气压力范围为dP，按照此方式直到释气至顶层的水平矿洞巷道，最后选择所有水平矿洞巷道进行释气，直至所有水平矿洞巷道的储气压力均降低至P0。
[0025]本专利技术实施例提供的矿洞储气型压缩空气储能系统及其控制方法的有益效果包括：
[0026]1.储能时，首先将空气注入所有水平矿洞巷道，然后，沿竖井从上往下依次减少注气的水平矿洞巷道的数量，可充分利用水平矿洞巷道之间围岩的承压，能力实现梯压储气，最终提高系统整体的储气压力和储能密度；
[0027]2.释能时，首先选择位于最底层的水平矿洞巷道进行释气，然后，沿着竖井从下往上依次增加释气的水平矿洞巷道的数量，依次经过多级透平机透平发电，提高发电能力。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例提供的矿洞储气型压缩空气储能系统的结构示意图。
[0030]图标：100
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矿洞储气型压缩空气储能系统；1
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电动机；2
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第一压缩机；3
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第二压缩机；4
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第一冷却器；5
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第二冷却器；6
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第一储热罐；7
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第二储热罐；8
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第一回热器；9
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第二回热器；10
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第一透平机；11
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第二透平机；12
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发电机；13
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输气管路；14
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输气支路；15
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竖井；16
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第一电磁阀；17
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第二电磁阀；18
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第三电磁阀；19
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第四电磁阀；20
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第五电磁阀；21
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第六电磁阀；22
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第七电磁阀；23
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地表层；24
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围岩；25
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第一水平巷道；26
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿洞储气型压缩空气储能系统，其特征在于，所述矿洞储气型压缩空气储能系统包括电动机(1)、多级压缩机、多级冷却器、多级透平机、多级回热器、第一储热罐(6)、第二储热罐(7)、发电机(12)以及沿地层方向垂直分布的多个水平矿洞巷道，多个所述水平矿洞巷道的一端均与一条垂直向下的竖井(15)连通，沿所述竖井(15)的深度方向布置输气管路(13)，所述输气管路(13)与多个所述水平矿洞巷道之间设置输气支路(14)，每条所述输气支路(14)上设置有阀门；所述电动机(1)、所述多级压缩机、所述多级冷却器、所述多级回热器、所述多级透平机和所述发电机(12)依次连通，所述输气支路(14)连通到所述多级冷却器与所述多级回热器之间的管道上，所述多级回热器、所述第一储热罐(6)、所述多级冷却器以及所述第二储热罐(7)依次连通，形成循环回路。2.根据权利要求1所述的矿洞储气型压缩空气储能系统，其特征在于，所述多级压缩机包括第一压缩机(2)和第二压缩机(3)，所述多级冷却器包括第一冷却器(4)和第二冷却器(5)，所述第一冷却器(4)包括a1接口和b1接口，所述第二冷却器(5)包括a2接口和b2接口；所述电动机(1)、所述第一压缩机(2)、所述a1接口、所述b1接口、所述第二压缩机(3)、所述a2接口和所述b2接口依次连通。3.根据权利要求2所述的矿洞储气型压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一冷却器(4)包括c1接口和d1接口，所述第二冷却器(5)包括c2接口和d2接口；所述第一储热罐(6)、所述c1接口、所述d1接口和所述第二储热罐(7)依次连通；所述第一储热罐(6)、所述c2接口、所述d2接口和所述第二储热罐(7)依次连通。4.根据权利要求2所述的矿洞储气型压缩空气储能系统，其特征在于，所述多级透平机包括第一透平机(10)和第二透平机(11)，所述多级回热器包括第一回热器(8)和第二回热器(9)，所述第一回热器(8)包括a3接口和b3接口，所述第二回热器(9)包括a4接口和b4接口；所述b2接口、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑天文，梅生伟，陈来军，张跃，张程云，蒋力波，潘磊，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：