[發明專利]一種后采礦廢棄礦井地下水庫梯度抽水儲能系統

在審

• 申請號: 202010199843.4
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111322113A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李楊;王楠;任玉琦;羅軍波;李承昆;梅燦旗
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21F17/16
• 分類號: E21F17/16;E21F16/00;F03B13/00;F03D9/00;F03D9/25;F03D9/28;H02S10/12
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一種后采礦廢棄礦井地下水庫梯度抽水儲能系統，提供了一種更加經濟的新能源儲能系統和采礦后廢棄礦井地下空間、礦井水的二次利用系統。基于廢棄礦井的具體開采情況，將不同標高采空區改建為具有相對高差的地下水庫，充分利用廢棄巷道充當連接通道，主要通道上部出地面與相應設備連接，下部通過各個聯絡巷連接地下水庫，且同標高的地下水庫存水量可進行相互補充。主要聯絡巷中設有水泵房和水電站進行抽水儲能和放能，且可根據能量大小選擇啟動相應標高的水泵房和水電站。通過地面的中央控制室控制整個系統的運行。特別地，該系統中富余的礦井水經污水處理廠處理達標后可供生活區使用，當系統缺水時，又可通過大氣降水或部分可回收的生活用水進行補充。該系統在綜合利用廢棄礦井地下空間和礦井水的基礎上，解決了新能源的電力儲能問題，為后采礦廢棄礦井和即將退出產能的礦井，提供了轉型參考。

技術領域

本發明涉及一種后采礦廢棄礦井地下水庫梯度抽水儲能系統，是一種新能源儲能技術和采礦后廢棄礦井地下空間、礦井水再利用技術。

背景技術

太陽能、風能是綠色無污染的可再生新能源。如今，風能、太陽能系統的裝備制造水平和技術水平有了較大進展，能源的接收轉換系統有了較大的進步，但儲能仍是關鍵的環節。目前相當一部分儲能裝置使用鉛蓄電池、鋰離子、氫鎳電池等，先進蓄電池成本較高，大容量儲能技術還不成熟，特別是鋰離子電池，電池的性能目前尚無法滿足儲能的要求。且常規的鉛蓄電池循環壽命較短，不可深度放電，電池組運行的維護費用偏高，很難滿足大規模蓄電的要求。

抽水儲能是一種特殊的重力儲能，其原理是在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫，將電能轉化成重力勢能儲存起來，在電網負荷高峰期將水從上水池釋放到下水池發電。具有存儲電能大、存儲時間長、響應速度快、每瓦儲能運行成本低等優點，但由于其對地勢依賴嚴重，因此選址較為困難，投資周期較大。

根據中國工程院重點咨詢項目“我國煤炭資源高效回收及節能戰略研究”預測，到2030年，我國去產能礦井數量將達到1.5萬處，如果以單個煤礦地下空間60萬立方米計算，地下空間約為90億立方米。

此外，礦井水排放是煤炭開采過程中必不可少的過程，據調查，礦井水的產量約為煤炭的兩倍，但其有效利用率低于60％。如果對礦井水進行排放，不僅需要交納水資源費、污染清理費及排水設備的資源消耗費用外，未經處理的礦井水外排也為地表水、地下水及生活用水、農業用水的水質量起到負面影響。

結合廢棄礦井地下空間、地下水的再利用和新能源儲能問題，提出一種利用廢棄礦井地下空間和礦井水實現抽水儲能的儲能系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種更加高效經濟的儲能系統，在廢棄礦井地下空間和礦井水再利用的基礎上，減少抽水儲能的初期投入，解決抽水儲能對地理條件的依賴，實現新能源儲能的綠色、可持續發展。

本發明實現的過程包括：一、利用采空區建立不同標高的若干地下水庫，利用礦井水、含水層水等水源充滿地下水庫。二、地面建立過濾與凈化水系統，該系統需具有小型自來水處理廠功能。三、建立地面污水處理廠與蓄水池。四、利用風能、光伏等新能源產生的多余電能，將下位地下水庫的水通過水泵抽至上位地下水庫，可根據需存電能的多少選擇合適標高的上位水庫。五、抽至地面的礦井水經地面污水處理廠處理，達到用水標準可供給生活區用水；六、利用高差，可將地表水或上位水庫的水，通過井巷下落至下位水庫進行發電，同樣可根據發電量的大小選擇合適標高的下位水庫。

循環步驟四、六可實現存-放能循環。

本發明可根據廢棄礦井采空區分布情況，設置若干不同高度的地下水庫，且利用原來的回采、準備巷道連接各個地下水庫。