[發明專利]一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復合抽水儲能系統及方法

有效

• 申請號: 202010820787.1
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112065635B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 王煥然;陳昊;李智搏;張嚴;楊珍帥;李瑞雄
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F03B13/06
• 分類號: 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任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復合抽水儲能系統及方法，系統包括廢棄礦井、地上水庫、壓氣機機組和膨脹機組；廢棄礦井包括水平巷道和地下采空區，水平巷道連通地下采空區；地上水庫通過管道連通水平巷道；壓氣機機組的氣體出口通過管道連接地下采空區的氣體入口，地下采空區的氣體出口連通設置在地上的膨脹機組的氣體入口。方法包括儲能階段：通過壓氣機機組將空氣壓入地下采空區中形成高壓空氣，高壓空氣將水壓入地上水庫，保持空氣壓力恒定，實現恒壓儲能；釋能階段：空氣在高壓作用下向外排出，進行發電，地上水庫中的水補充流出地下采空區的空氣體積，實現水平巷道和地下采空區的空氣壓力恒定，實現恒壓釋能發電。

技術領域

本發明涉及儲能領域，具體為一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復合抽水儲能系統及方法。

背景技術

近年來，隨著風能、太陽能等間歇能源得到迅猛發展，伴生而來的棄風、棄光問題，及間歇能源并網給現有電網的控制和安全運行帶來了諸多問題。既要滿足間歇能源的大規模并網需求，又要保證電網的安全運行；電網的調峰能力決定電網對間歇式能源的接納能力。

當前電網調峰主要依靠火電機組，已經無法解決間歇式能源的并網問題，原因在于頻繁增減火電機組的發電負荷，會大幅縮短機組壽命、降低機組發電效率。諸如此類問題已經嚴重制約了新能源產業的發展。為從根本解決問題，只有發展電能大規模儲存技術。一方面，通過電能大規模儲存技術在電網中的廣泛應用，增強電網的調峰能力；另一方面，大規模儲能技術在風電場和太陽能發電廠的應用，可以解決棄風和棄光問題，將間歇能源轉化為穩定、可控的優質能源。

目前，儲能技術的種類較多，而在眾多物理儲能技術中，可進行大規模應用的僅有壓縮空氣儲能技術(CAES)和抽水蓄能技術(PHES)。雖然抽水蓄能系統比起其他儲能系統有諸多優勢，但抽水蓄能系統仍有不可避免的缺點。抽水蓄能系統需要上下游水庫來儲存水，抽水蓄能系統的上下游水庫需要筑壩來實現，而大壩會對生態環境造成破壞，并且會影響當地的生態系統；此外，抽水蓄能系統還有投資成本高、回收期限長、經濟性較差等缺點，以上特點導致抽水蓄能系統無法廣泛應用。并且傳統的壓縮空氣儲能技術(CAES) 中儲氣容器都是容積固定不變的，壓縮空氣在儲能和釋能階段的壓力都是變化的，大大降低了系統的發電效率。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復合抽水儲能系統及方法，充分利用了廢棄礦井的全部可利用空間，實現儲能系統儲能和發電過程中恒壓運行，將能源最大化利用，提高了能源利用率。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于廢棄礦井的地下恒壓壓縮空氣復合抽水儲能系統，包括廢棄礦井、地上水庫、壓氣機機組和膨脹機組；

所述廢棄礦井包括水平巷道和地下采空區，水平巷道連通地下采空區；

所述地上水庫通過管道連通水平巷道；

所述壓氣機機組設置在地上，壓氣機機組的氣體出口通過管道連接地下采空區的氣體入口，地下采空區的氣體出口連通設置在地上的膨脹機組的氣體入口。

優選的，還包括設置在地面上的熱交換器和內燃機機組，所述熱交換器的吸熱側入口連通地下采空區的氣體出口，熱交換器的吸熱側出口連通膨脹機組的氣體入口，內燃機機組的尾氣通道連通熱交換器的放熱側入口。

優選的，還包括設置在地面上的第二水輪機機組，所述地上水庫的水入口之間通過第二水輪機機組連通水平巷道的水出口。

優選的，所述廢棄礦井還包括地下回水庫，所述水平巷道設置在地下回水庫和地下采空區之間；

所述地下回水庫的水入口通過第一水輪機機組連通地上水庫的水出口，所述地下回水庫的水出口通過水泵機組與地上水庫的水入口連通。

進一步的，所述水平巷道通過井筒與地面連通，水平巷道與井筒的連接部位設置有中央機房；