废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统

本技术属于可再生能源利用，涉及一种废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，尤其涉及一种利用废弃矿井建立光伏-地热电池跨季节储能系统。

背景技术：

1、目前储能技术包括电化学储能、抽水蓄能、压缩空气储能等，其都具有寿命长、响应速度快的优点，但电化学储能进行商业化大规模储能时所需成本高，传统的地上抽水蓄能和压缩空气储能对选址要求苛刻。我国太阳能分布广泛且资源丰富，但因储能技术的限制，导致太阳能发电存在间歇性、波动性等问题，无法实现大规模持续供能。

2、目前，国内外对废弃矿井开发利用主要包括三个方面：①地热能、残余煤等伴生资源开采；②地下空间利用：物资储存、压缩空气储能等；③井下特殊条件利用：抽水蓄能、深地实验室等。对废弃矿井地热资源直接开采，尾水回灌不当将引起储层温度下降，降低服务年限；对于富水型矿井，抽水蓄能和压缩空气储能在前期改造中的投入会增加投资成本。

3、经过对国内外现有的技术专利文献的检索发现，cn108088009b提到了地下储冷系统和地下储热系统，但是cn108088009b需要的储冷和储热系统建立的选址有局限性，需要在建筑物地下或建筑物附近地下，同时需要在地下建造储冷、储热管路，成本较高。cn108088009b的储热介质、储冷介质可以用油、熔盐、防冻液或导热油等流体，但这些流体注入地下发生泄漏会污染土壤环境以及地下水。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型为了解决废弃矿井开发利用中地热资源品位低，富水型矿井难以再利用的问题，提供一种废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，该储能系统为可再生能源大规模存储提供了可能，弥补了地热能地理依赖性强以及太阳能在时间上、空间上供需不匹配。

2、为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，包括位于废弃矿井采空区且用废弃矿井改造的回灌区和储热区，废弃矿井采空区上方安装有光伏太阳能集热器、电网单元和用户单元，光伏太阳能集热器上安装与回灌区和储热区管道连接的双工质热交换器，与双工质热交换器连接的回灌区和储热区管道上分别连接冷水泵和热水泵，储热区与用户单元的用户供暖管道连接的出水管上依次设置有串联的多级闪蒸器，闪蒸器上均连接有发电机组，发电机组分别连接冷凝器和变压器，发电机组通过变压器接入电网单元，用户供暖管道与回灌区管路连接，发电机组与冷凝器连通且均汇流至储热区与用户供暖管道连接的出水管中，将发电机组发电后的水回灌至地下或根据实际需求将发电后的水满足供暖需求后输送至回灌区。

4、进一步，回灌区与双工质热交换器连接的出水管上设置有供水开关阀和带冷水泵电机的冷水泵，双工质热交换器与储热区连接的进水管上设置有储热单向阀和带热水泵电机的热水泵。有益效果：开启供水开关阀、冷水泵电机、储热单向阀和热水泵电机，将回灌区的水采出输送至双工质热交换器，光伏太阳能集热器收集的热量与回灌区的水在双工质热交换器中完成热量交换，完成热量交换的热水经热水泵和储热单向阀输送至储热区，为光伏能的储热过程。

5、进一步，储热区与用户单元的用户供暖管道连接的出水管上还设置有供热开关阀、带热泵电机的热水循环泵。

6、进一步，发电机组由涡轮机和发电机组成，各级闪蒸器闪蒸后的水和与涡轮机相连的各个冷凝器中的饱和水汇聚在同一管道。

7、进一步，回灌区与用户单元的用户供暖管道连接的进水管上设置有带水泵电机的水泵以及回灌单向阀。有益效果：开启水泵电机和供水单向阀，将供暖后的水经供暖后回灌管道回灌至回灌区；不需要供暖时，开启水泵电机和供水单向阀，将来自闪蒸器、冷凝器的饱和水经发电后回灌管道回灌至回灌区，为供暖阶段。

8、进一步，光伏太阳能集热器采用抛物槽接收器，光伏太阳能集热器的传热流体为硝酸盐类熔融盐。有益效果：硝酸盐类熔融盐工作温度可以达到565℃。

9、进一步，水泵、冷水泵、热水泵均利用废弃矿井原来取水水泵改造而成。

10、一种废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统的发电方法，包括以下步骤：

11、s1、将回灌区的水采出输送至双工质热交换器，光伏太阳能集热器收集的热量与回灌区的水在双工质热交换器中完成热量交换，完成热量交换的热水经热水泵和储热单向阀输送至储热区；

12、s2、热水循环泵将储热区采出的热水输送至闪蒸器进行闪蒸，闪蒸器产生的蒸汽输送至发电机组进行发电，完成发电后的蒸汽在冷凝器中完成冷凝，根据需要进行供暖，实现水的循环利用；变压器将发电机组中产生的电量输送至电网单元，电网单元向用户单元供电；

13、s3、冷凝器将离开发电机组的蒸汽冷凝并与来自闪蒸器的饱和水混合(此时的水温≥50℃)，在冬季满足用户供暖需求后回灌至地下；在夏季将来自冷凝器的水直接回灌至地下。

14、本实用新型的有益效果在于：

15、1、本实用新型所公开的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，利用废弃矿井的巷道群和采空区的恒温岩土体为储能空间，光伏集热器提供热能，在夏季或白天太阳光照强时储存多余的热能，并在冬季或晚上高能源需求时提取热量，实现能源灵活利用，甚至跨季节性储能发电。既解决了废弃矿井开发利用中地热资源品位低，富水型矿井难以利用等问题；又为可再生能源大规模存储提供可能，弥补地热能地理依赖性强以及太阳能在时间上、空间上供需不匹配问题。

16、2、本实用新型所公开的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，有效的推动了废弃矿井资源开发利用的技术进步，使废弃矿井地下伴生和残余资源以及产煤作业遗留的设备设施等得到充分利用。本实用新型将太阳能光伏集热与地下热储结合，与现阶段太阳能发电技术相比，可以实现可再生能源大规模储能问题，解决了太阳能发电时间、空间上供需不匹配的问题；与传统地热能开发利用相比，本实用新型弥补了地热能地理依赖性强，无法实现远距离供暖发电问题，有效解决了地热能连续开采导致地热品位下降，采出温度降低的问题；同时，设置回灌区避免采热发电过程中储层塌陷、地面沉降问题，以及实现水的循环利用可以有效避免发电过程中地面排水引发环境污染、生态破坏等问题。太阳能与地热能都是可持续的清洁能源，通过本系统可以更好的满足个性化需求和提高能源的利用效率，达到节能减排的效果。

17、本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，包括位于废弃矿井采空区(3)且用废弃矿井改造的回灌区(1)和储热区(2)，废弃矿井采空区(3)上方安装有光伏太阳能集热器(11)、电网单元(27)和用户单元，光伏太阳能集热器(11)上安装与回灌区(1)和储热区(2)管道连接的双工质热交换器(10)，与双工质热交换器(10)连接的回灌区(1)和储热区(2)管道上分别连接冷水泵(9)和热水泵(12)，储热区(2)与用户单元的用户供暖管道(29)连接的出水管上依次设置有串联的多级闪蒸器，闪蒸器上均连接有发电机组，发电机组分别连接冷凝器和变压器，发电机组通过变压器接入电网单元，用户供暖管道与回灌区(1)管路连接，发电机组与冷凝器连通且均汇流至储热区(2)与用户供暖管道(29)连接的出水管中，将发电机组发电后的水回灌至地下或根据实际需求将发电后的水满足供暖需求后输送至回灌区(1)。

2.如权利要求1所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述回灌区(1)与双工质热交换器(10)连接的出水管上设置有供水开关阀(5)和带冷水泵电机(8)的冷水泵(9)，双工质热交换器(10)与储热区(2)连接的进水管上设置有储热单向阀(14)和带热水泵电机(13)的热水泵(12)。

3.如权利要求2所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述储热区(2)与用户单元的用户供暖管道(29)连接的出水管上还设置有供热开关阀(15)、带热泵电机(17)的热水循环泵(16)。

4.如权利要求1所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述发电机组由涡轮机和发电机组成，各级闪蒸器闪蒸后的水和与涡轮机相连的各个冷凝器中的饱和水汇聚在同一管道。

5.如权利要求2所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述回灌区(1)与用户单元的用户供暖管道(29)连接的进水管上设置有带水泵电机(6)的水泵(7)以及回灌单向阀(4)。

6.如权利要求1所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述光伏太阳能集热器(11)采用抛物槽接收器，光伏太阳能集热器的传热流体为硝酸盐类熔融盐。

7.如权利要求5所述的废弃矿井光伏-地热电池跨季节储能系统，其特征在于，所述水泵(7)、冷水泵(9)、热水泵(12)均利用废弃矿井原来取水水泵改造而成。

技术总结本技术涉及一种废弃矿井光伏‑地热电池跨季节储能系统，包括位于废弃矿井采空区且用废弃矿井改造的回灌区和储热区，废弃矿井采空区上方安装有光伏太阳能集热器、电网单元和用户单元，光伏太阳能集热器上安装与回灌区和储热区管道连接的双工质热交换器，回灌区和储热区管道上分别连接冷水泵和热水泵，储热区与用户单元的用户供暖管道连接的出水管上依次设置有串联的多级闪蒸器，闪蒸器上发电机组分别连接冷凝器和变压器，发电机组通过变压器接入电网单元，用户供暖管道与回灌区管路连接，发电机组与冷凝器连通且均汇流至储热区与用户供暖管道连接的出水管中；有效解决了可再生能源大规模储存问题，促进废弃矿井的开发利用。技术研发人员：甘泉,张丰收,刘艳婷,马跃强,汪涛,廖志伟受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：20231023技术公布日：2024/7/9