[發明專利]一種后采礦廢棄井筒矸石梯度重力儲能系統

在審

• 申請號: 202010199858.0
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111287918A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 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: F03G3/00
• 分類號: F03G3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種后采礦廢棄井筒矸石梯度重力儲能系統，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井筒、矸石的二次利用系統。基于廢棄礦井的具體開拓情況，利用廢棄礦井井筒充當儲能通道，在主、副井之間建立不同標高的地下車場，并根據相應的高差和車場數設置罐籠個數，一邊通道的罐籠個數等于地下車場的個數，且各罐籠間上升下降的高差始終相等。該系統包括廢棄主、副井改建的儲?放能通道，上部出地面與相應設備相連接，下部與各地下車場相連接，利用聯絡巷連接各個通道和車場；儲能時，提升系統將低位車場中的礦車提升至上位車場；放能時，將上位車場的礦車下放至低位車場。通過中央控制室集中控制礦車矸石的裝載量和罐籠間的傳遞量實現梯度重力儲能和放能；此外，各個罐籠間設置有緩沖彈簧，減小鋼絲繩意外斷裂的能量沖擊。該系統在綜合利用廢棄礦井井筒和矸石的基礎上，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井筒矸石梯度重力儲能系統，是一種新能源儲能技術和采礦后廢棄井筒、矸石再利用技術。

背景技術

世界新能源發展非常迅速，近幾年風、光能迅速成為我國重要的可再生能源，在滿足能源需求的同時，能改善能源結構，減少環境的污染。但是由于此類間歇性可再生能源存在隨機性和波動性，隨時間、季節及氣候的變化影響較大，且此類能源與電力負荷需求存在不平衡問題，會引起電網波動，因此隨著這些能源的發電設備容量在電網中比重的增加，會嚴重影響電力系統的穩定性，從而限制能直接接入電網的電量。

重力是地球最富有的能量源頭，重力儲能是最簡單的一種儲能方式，其原理是以重力造成的位能來儲存能源。當電力有多余的時候，驅動馬達將重物吊至高處，需要電力的時候，再利用重物下降的力量來驅動發電機發電。具有原理簡單、使用壽命長、成本低等優點。但目前的重力儲能系統能量密度低，建設規模過大，重力儲能所需的高塔平均在百米以上，而其輸出功率僅相當于一個同等高度的風力發電機。

近幾年，隨著我國煤炭工業的發展，在煤炭資源的開采過程中，伴隨著一種固體廢棄物煤矸石的產生，大約占煤年產量的15％。大量的煤矸石的堆積不但會造成水體、空氣和土壤的污染而且還會侵占大量土地面積，另外，煤矸石中含有FeS2，易自燃造成森林火災等自然災害事故。

隨著我國去產能的深入推進，到2018年底，我國煤礦數量由1.4萬多處減少到5800處左右，到2030年廢棄礦井數量將達到1.5萬處，廢棄礦井將產生大量廢棄井筒。此外，許多未取得勘探成果而被封堵處理的探井，井口簡易閘門、井口帽易遭受被不法分子盜竊和破壞，導致被封堵的油、氣、水滲出并流出井口，極易造成環境污染等事故。

結合廢棄井筒、矸石再利用和新能源儲能問題，提出一種利用廢棄礦井井筒和矸石實現重力儲能的儲能系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種更加環保經濟的重力儲能系統，利用廢棄礦井井筒充當儲能通道，解決廢棄礦井井筒帶來的潛在危險，使矸石得到二次利用，減少重力儲能初期投入成本，實現重力儲能的綠色、可持續發展。

本發明實現的過程包括：一、利用廢棄礦井井筒間的地下空間建立梯度地下車場。二、將礦車裝滿矸石。三、在井底車場放置已裝滿矸石的礦車。四、根據地下車場高差安裝罐籠。五、利用風能、光伏等新能源產生的多余電能，根據需存電量的多少，通過井筒提升系統將井下適量的低位裝滿矸石的礦車提升至合適的高位車場或地面車場。六、利用高差，將地面裝滿矸石的礦車或地下高位裝滿矸石的礦車，根據所需發電量的大小，通過井筒提升裝置下落至合適高度的地下車場。

循環步驟五、六可實現存-放能循環。

本發明可根據廢棄井筒的具體情況，利用主、副井建立合適的梯度地下車場，設置合適的矸石裝載量，實現能量的分級轉換。