[發(fā)明專利]一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復(fù)合抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010820787.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112065635B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煥然;陳昊;李智搏;張嚴(yán);楊珍帥;李瑞雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F03B13/06
• 分類號(hào): F03B13/06;F03B13/00;F04B23/02;F04B41/02;E21F16/02;E21F17/16;E21F17/103;F02B43/10;F02B63/04;F02G5/02;F02C1/05
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

1.一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復(fù)合抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，包括廢棄礦井、地上水庫(kù)（6）、壓氣機(jī)機(jī)組（8）和膨脹機(jī)組（9）；

所述廢棄礦井包括水平巷道（2）和地下采空區(qū)（3），水平巷道（2）連通地下采空區(qū)（3）；

所述地上水庫(kù)（6）通過(guò)管道連通水平巷道（2）；

所述壓氣機(jī)機(jī)組（8）設(shè)置在地上，壓氣機(jī)機(jī)組（8）的氣體出口通過(guò)管道連接地下采空區(qū)（3）的氣體入口，地下采空區(qū)（3）的氣體出口連通設(shè)置在地上的膨脹機(jī)組（9）的氣體入口；

還包括設(shè)置在地面上的第二水輪機(jī)機(jī)組（7），所述地上水庫(kù)（6）的水入口之間通過(guò)第二水輪機(jī)機(jī)組（7）連通水平巷道（2）的水出口；

所述廢棄礦井還包括地下回水庫(kù)（1），所述水平巷道（2）設(shè)置在地下回水庫(kù)（1）和地下采空區(qū)（3）之間；

所述地下回水庫(kù)（1）的水入口通過(guò)第一水輪機(jī)機(jī)組（5）連通地上水庫(kù)（6）的水出口，所述地下回水庫(kù)（1）的水出口通過(guò)水泵機(jī)組（4）與地上水庫(kù)（6）的水入口連通；

儲(chǔ)能階段：

通過(guò)壓氣機(jī)機(jī)組（8）將空氣壓入地下采空區(qū)（3）中形成高壓空氣空間，進(jìn)行儲(chǔ)能，地下采空區(qū)（3）中的高壓空氣將水平巷道（2）中的水壓入地上水庫(kù)（6），保持地下采空區(qū)（3）和水平巷道（2）中的空氣壓力保持恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓儲(chǔ)能；

儲(chǔ)能階段中，地下采空區(qū)（3）的高壓空氣壓力克服水平巷道（2）與地上水庫(kù)（6）之間重力勢(shì)能后，所剩余的空氣壓力推動(dòng)水進(jìn)入第二水輪機(jī)機(jī)組（7）進(jìn)行發(fā)電；

還包括通過(guò)水泵機(jī)組（4）將地下回水庫(kù)（1）中的水輸送至地上水庫(kù)（6）進(jìn)行儲(chǔ)能；

釋能階段：

地下采空區(qū)（3）中的空氣在高壓作用下向外排出，進(jìn)入膨脹機(jī)組（9）進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)地上水庫(kù)（6）中的水通過(guò)重力勢(shì)能克服水平巷道（2）和地下采空區(qū)（3）中的空氣壓力勢(shì)能流入水平巷道（2），補(bǔ)充流出地下采空區(qū)（3）的空氣體積，實(shí)現(xiàn)水平巷道（2）和地下采空區(qū)（3）的空氣壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓釋能發(fā)電；

釋能階段還包括地上水庫(kù)（6）中的水在重力作用下經(jīng)過(guò)第一水輪機(jī)機(jī)組（5）流入地下回水庫(kù)（1），水推動(dòng)第一水輪機(jī)機(jī)組（5）運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電；

所述水平巷道（2）通過(guò)井筒（12）與地面連通，水平巷道（2）與井筒（12）的連接部位設(shè)置有中央機(jī)房（14）；

所述水泵機(jī)組（4）和第一水輪機(jī)機(jī)組（5）均設(shè)置在中央機(jī)房（14）中，通過(guò)井筒（12）設(shè)置與地面連通的管道；

所述中央機(jī)房（14）與水平巷道（2）之間設(shè)置封堵墻（13），所述封堵墻（13）上設(shè)置控制閥門(mén)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復(fù)合抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在地面上的熱交換器（10）和內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（11），所述熱交換器（10）的吸熱側(cè)入口連通地下采空區(qū)（3）的氣體出口，熱交換器（10）的吸熱側(cè)出口連通膨脹機(jī)組（9）的氣體入口，內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（11）的尾氣通道連通熱交換器（10）的放熱側(cè)入口。

3.一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復(fù)合抽水儲(chǔ)能方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復(fù)合抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，釋能階段中，內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（11）采用礦井中的剩余瓦斯氣體和天然氣做為燃料進(jìn)行燃燒發(fā)電，同時(shí)內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（11）的高溫尾氣通過(guò)熱交換器（10），加熱進(jìn)入熱交換器（10）的地下采空區(qū)（3）中的高壓空氣，并進(jìn)入膨脹機(jī)組（9）進(jìn)行發(fā)電。