[發明專利]礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202111393857.0
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114033490B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 鄭天文;梅生偉;陳來軍;張躍;張程云;蔣力波;潘磊
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21F17/16;F01D15/10;F01D17/14;F04B37/12;F04B39/06;F04B39/10;F04B41/02;F04B41/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁曉婷

本發明提供一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統及其控制方法，涉及儲能技術領域。系統包括多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回熱器、第一儲熱罐、第二儲熱罐以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井連通，豎井中的輸氣管路與多個水平礦洞巷道之間設置輸氣支路，每條輸氣支路上設置有閥門；多級壓縮機、多級冷卻器、多級回熱器和多級透平機依次連通，輸氣支路連通到多級冷卻器與多級回熱器之間的管道上，多級回熱器、第一儲熱罐、多級冷卻器以及第二儲熱罐依次連通，形成循環回路。該系統及其控制方法能夠最大化利用水平礦洞巷道的體積，在安全范圍內提高系統整體儲氣壓力和儲能密度。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，具體而言，涉及一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統及其控制方法。

背景技術

大規模開發新能源成為當今社會應對環境污染的主要方式。但風能、太陽能等新能源天生具有波動性和隨機性的特征，給電網系統的安全運行帶來了嚴峻的挑戰。儲能技術在解決新能源消納、增強電網靈活性、改善新能源發電并網特性等方面具有顯著優勢。

壓縮空氣儲能作為一種大規模物理儲能技術，具有“零碳排”、“長壽命”、“高效率”的優勢，是解決新能源消納、提高電網安全穩定運行的最有效手段之一。隨著壓縮空氣儲能技術的快速發展，大容量儲氣技術已成為制約其規模化發展和廣泛應用的關鍵。

我國礦產資源豐富，如何充分利用廢棄礦洞作為規模化非補燃壓縮空氣儲能電站的儲氣庫，突破礦洞儲氣型壓縮空氣儲能電站的技術瓶頸是促進電網更加友好地實現新能源消納，保證電網穩定運行的關鍵。常規礦石開采后會留下大量沿地層分布的水平礦洞巷道。不同水平巷道之間會間隔一定厚度的圍巖，如何最大化利用水平礦洞巷道體積，在安全范圍內提高整體儲氣壓力是提供礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統儲能密度的關鍵。

發明內容

本發明的目的包括提供了一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統及其控制方法，其能夠最大化利用水平礦洞巷道的體積，在安全范圍內提高系統整體儲氣壓力和儲能密度。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統，礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統包括電動機、多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回熱器、第一儲熱罐、第二儲熱罐、發電機以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井連通，沿豎井的深度方向布置輸氣管路，輸氣管路與多個水平礦洞巷道之間設置輸氣支路，每條輸氣支路上設置有閥門；

電動機、多級壓縮機、多級冷卻器、多級回熱器、多級透平機和發電機依次連通，輸氣支路連通到多級冷卻器與多級回熱器之間的管道上，多級回熱器、第一儲熱罐、多級冷卻器以及第二儲熱罐依次連通，形成循環回路。

在可選的實施方式中，多級壓縮機包括第一壓縮機和第二壓縮機，多級冷卻器包括第一冷卻器和第二冷卻器，第一冷卻器包括a1接口和b1接口，第二冷卻器包括a2接口和b2接口；

電動機、第一壓縮機、a1接口、b1接口、第二壓縮機、a2接口和b2接口依次連通。

在可選的實施方式中，第一冷卻器包括c1接口和d1接口，第二冷卻器包括c2接口和d2接口；

第一儲熱罐、c1接口、d1接口和第二儲熱罐依次連通；

第一儲熱罐、c2接口、d2接口和第二儲熱罐依次連通。

在可選的實施方式中，多級透平機包括第一透平機和第二透平機，多級回熱器包括第一回熱器和第二回熱器，第一回熱器包括a3接口和b3接口，第二回熱器包括a4接口和b4接口；

b2接口、a3接口、b3接口、第一透平機、a4接口和b4接口依次連通。

在可選的實施方式中，第一回熱器包括c3接口和d3接口，第二回熱器包括c4接口和d4接口；