[發明專利]一種用于儲存壓縮空氣能量的系統和方法

在審

• 申請號: 201980020929.1
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN111886191A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 羅曼·A·布萊克;莫里斯·B·杜西奧爾特
• 申請（專利權）人: 清潔科技地質力學有限公司
• 主分類號: B65G5/00
• 分類號: B65G5/00;E21F17/16
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發明公開了一種用于存儲壓縮氣體的儲存容器，系統和方法。用于存儲壓縮氣體的儲存容器包括一設置在地下的鉆井孔；一設置于鉆井孔內的套管且其被水泥固定至周圍的巖層上，被套管覆蓋的鉆井孔限定了用于存儲壓縮氣體的空間；以及至少一個氣體流量調節器，其密封在被套管覆蓋的鉆井孔的頂端，用于選擇性地將壓縮氣體注入該空間或從該空間排出壓縮氣體，其中，鉆井孔容積至少為20m³，且壓縮氣體的壓力至少為5MPa。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年3月19日提交的美國臨時專利申請62/644,696的優先權，其全部內容通過引用合并于此申請中。

技術領域

本申請主要涉及能量存儲和生產，尤其涉及用于將能量存儲為壓縮空氣的儲存容器，系統和方法，以便達到延遲電能產生的目的。

背景技術

壓縮空氣能量存儲(CAES，Compressed Air Energy Storage)，液體空氣能量存儲(LAES，Liquid Air Energy Storage)，水下水囊/靜液壓CAES是現有的能量存儲技術的幾種實施例。

CAES技術被建議用于設立在鹽洞或含水層中的大型電網規格的CAES設施(50MW)，該設施可用于存儲浪費或多余的電能，以應對高峰需求時期。當前網格規模的CAES技術已在德國(Huntdorf)和美國(Macintosh AL)已被應用，且較小規模的CAES技術已在多倫多和其他幾個地方被應用。壓縮空氣的存儲方式有多種：山洞(例如溶洞或古老的硬巖石礦井)，多孔的可滲透含水層，液態空氣儲能(LAES)和水下水囊/靜液壓。

但是，對于洞穴和含水層，CAES設施依賴于適當的地質站點設置；例如地下鹽穴，以便實現洞穴式存儲。該標準限制了CAES設施的應用和地點設置，這可能導致為了向終端用戶交付可調度能源，傳輸基礎設施需要花費巨大成本。同時，受到洞穴式或含水層式CAES技術的投資成本影響，這些設施被以大型規模運營，可拓建性和適用性有限。

液態空氣能量存儲(LAES)也可用于存儲能量，但是它依賴于大的表面覆蓋面積，復雜的處理過程和大量的地面壓力罐。地面壓力罐存在安全和尺寸問題，且LAES技術是低壓工藝，在給定的儲存容器體積條件下，其能量輸出有限。

水下水囊/靜液壓CAES同樣需要設置在特定地點并且屬于低壓工藝。能量轉換效率相對較低。LAES工藝和水下水囊/靜水CAES工藝都持續地存在可擴展性和適用性有限的問題。

發明內容

在本申請中，術語“井”和“儲存容器”可互換使用。術語“鉆井孔”是指鉆入地面的孔。所述鉆井孔隨后可以被諸如鋼和水泥層之類的材料包裹。在一實施例中，本申請公開了一種地下能量儲存容器。所述儲存容器是一個被諸如鋼和水泥層等材料覆蓋其表面的鉆井孔，其可以承受高壓和高溫。本申請的技術稱為套管式鉆井孔壓縮空氣存儲(CWCAS，CasedWellbore Compressed Air Storage)技術。所述儲存容器的套管的設置深度至少為500米。一鉆井孔通過在地下地質層中鉆孔形成，采用高等級鋼材的一套管被水泥層固定至該鉆井孔中，其深度通常為500m-1500m。所述套管的頂部和底部被完全密封。一高壓井口裝置蓋住該井，其能夠允許壓縮空氣注入和回流。

壓縮氣體可以被存儲在設置于套管式井內的氣密空間中。通過鉆井搭建一套管式井可以方便地新增一儲存容器，以便拓展總儲存容量。由所述儲存容器組成的陣列可以應用于存儲壓縮氣體。

在一個實施例中，本申請還公開了一種采用套管式鉆井孔壓縮空氣存儲(CWCAS)技術的能量儲存系統，其包括至少一個儲存容器；一個與儲存容器密封且以流體連通方式連接的壓縮機，用于向套管式鉆井孔內注入壓力高達5MPa的氣體；一個與套管式鉆井孔密封且以流體連通的方式連接的發電機，用于利用井中排出壓縮氣體來生產電能。