基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统及方法与流程

本申请涉及储能，尤其涉及基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统及方法。

背景技术：

1、在矿石采尽后就成了废弃的空矿井，如何利用废弃的硐室，提高矿井的资源利用，矿洞主体结构包含作为交通道的竖井段，以及开采区的横井段，一般情况下竖井段长度约700m以上，作为挖矿区域的横井段式主要的开采区最长的横井高达4、5公里，空间巨大，如将废弃的矿井需要重新填埋，其资金投入巨大，如何利用废弃的空矿井相关技术中具有建造人工硐室地下油、气库的研究。

2、其中压缩空气储能系统是一种在用电低谷期将电能转化为空气压力势能存储，在用电高峰期用空气动力能推动膨胀机发电的储能系统。压缩空气储能系统可建造单机装机100mw以上的大型电站，仅次于抽水蓄能电站，具有储能周期长、单位储能投资小、寿命长和效率高的优点。传统的压缩空气储能系统利用岩石洞穴、废弃盐穴和废弃矿井等作为储气装置，对地理环境依赖性较大，且在发电过程中需要消耗天然气等化石能源。因此如何将将废弃的矿井改造为压缩空气储能可利用的洞穴储气，用于改善相关技术中现有压缩空气储能主要是利用海底盐穴或是陆地的洞穴储气，该方案有较大的环境限制，储能密度偏低、压缩和透平设备长期偏离设计工况运行，难以广泛利用的缺陷。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的目的在于提出基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统及方法，通过将废弃矿井改建为压缩空气储能储气库，不仅可以有效利用其结构特征设置多个储气室，且系统在储能工况时可直接将高压空气存储在水气共容室内无能量转换损失并在释能工况时，利用压力液体在存储高压空气的多个水气共容室内循环流通，将高压空气恒压全容量释放，实现利用少量的压力液体在水气共容室之间循环，显著减少势能资源供应。

3、为达到上述目的，根据本申请的第一个方面提出了基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统，包括

4、多个设置在矿井中的水气共容室；每一所述水气共容室均与进排气管道，进水管道和排水管道分别连通；所述进排气管道用于向所述水气共容室内输入或排出气体；所述进水管道和所述排水管道分别用于向所述水气共容室输入和排出压力液体；设置与所述水气共容室一一对应的水泵水轮机；所述水泵水轮机均分别与所述进水管道和所述排水管道连通；以及

5、空气压缩释能组件，其与所述水气共容室连通，用于向所述水气共容室内通入压缩空气及释放压缩空气。

6、在一些实施例中，所述进排气管道、所述进水管道和所述排水管道分别连接每一所述水气共容室，并分别设置有与所述水气共容室对应的多个阀门。

7、在一些实施例中，所述进水管道和所述排水管道均分别与容置有压力液体的蓄液池连通。

8、在一些实施例中，所述进水管道中的压力液体通过所述水泵水轮机为水泵工作模式输送；所述排水管道中的压力液体通入所述水泵水轮机时，所述水泵水轮机为水轮机工作模式。

9、在一些实施例中，所述空气压缩释能组件包括空气压缩组件和空气膨胀组件；所述水气共容室通过充气管路和排气管路分别与所述空气压缩组件和空气膨胀组件连接；所述空气压缩组件用于向所述水气共容室中通入压缩空气；所述空气膨胀组件以使所述水气共容室中储存的压缩空气通入所述膨胀机组中做功发电。

10、在一些实施例中，所述空气压缩组件包括依次串联的压缩机；其中所述压缩机的出口连接所述水气共容室。

11、在一些实施例中，所述空气压缩释能组件还包括低温蓄热组件，其在不同工况下回收所述空气压缩释能组件中的热量或向所述空气压缩释能组件释放热量。

12、在一些实施例中，所述低温蓄热组件包括低温介质罐、一级换热器、高温介质罐、二级换热器依次连接组成的换热回路；所述低温介质罐和所述高温介质罐中分别容置有不同温度的换热介质，所述换热介质分别与空气压缩组件输出的压缩空气以及输入所述空气膨胀组件中的压缩空气换热。

13、在一些实施例中，所述水气共容室由内到外依次为柔性密封层、钢衬层和混凝土层。

14、根据本申请的第二个方面提出了基于矿井的分布式全容量压缩空气储能方法，利用上述任一实施例中所述的系统进行储能；初始阶段中进水管道进口端的水气共容室中充满压力液体，其他所述水气共容室内均为空；包括以下过程：

15、储能阶段：空气经过空气压缩释能组件压缩生成压缩空气，并通过进排气管道送入充满压力液体的所述水气共容室中；同时该所述水气共容室中的压力液体根据所述进水管道的延伸方向，并经过排水管道输入水泵水轮机，水泵水轮机输出的压力液体通过所述进水管道进入下游的所述水气共容室中；直至全部的所述水气共容室中均充满压缩空气；

16、释能阶段，先将进水管道进口端的所述水气共容室中充满压力液体；同时其中的压缩空气通过所述进排气管道进入空气压缩释能组件膨胀做功；依次将所述水气共容室中的压缩空气均排出，进行空气压缩释能组件膨胀做功。

17、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述进排气管道、所述进水管道和所述排水管道分别连接每一所述水气共容室，并分别设置有与所述水气共容室对应的多个阀门。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述进水管道和所述排水管道均分别与容置有压力液体的蓄液池连通。

4.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述进水管道中的压力液体通过所述水泵水轮机为水泵工作模式输送；所述排水管道中的压力液体通入所述水泵水轮机时，所述水泵水轮机为水轮机工作模式。

5.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩释能组件包括空气压缩组件和空气膨胀组件；所述水气共容室通过充气管路和排气管路分别与所述空气压缩组件和空气膨胀组件连接；所述空气压缩组件用于向所述水气共容室中通入压缩空气；所述空气膨胀组件以使所述水气共容室中储存的压缩空气通入所述膨胀机组中做功发电。

6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩组件包括依次串联的压缩机；其中所述压缩机的出口连接所述水气共容室。

7.根据权利要求1-6任一所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩释能组件还包括低温蓄热组件，其在不同工况下回收所述空气压缩释能组件中的热量或向所述空气压缩释能组件释放热量。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述低温蓄热组件包括低温介质罐、一级换热器、高温介质罐、二级换热器依次连接组成的换热回路；所述低温介质罐和所述高温介质罐中分别容置有不同温度的换热介质，所述换热介质分别与空气压缩组件输出的压缩空气以及输入所述空气膨胀组件中的压缩空气换热。

9.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述水气共容室由内到外依次为柔性密封层、钢衬层和混凝土层。

10.基于矿井的分布式全容量压缩空气储能方法，其特征在于，利用权利要求1-9中任一所述的系统进行储能；初始阶段中进水管道进口端的水气共容室中充满压力液体，其他所述水气共容室内均为空；包括以下过程：

技术总结本申请提出基于矿井的分布式全容量压缩空气储能系统及方法，包括多个设置在矿井中的水气共容室；每一水气共容室均与进排气管道，进水管道和排水管道分别连通；进排气管道用于向水气共容室内输入或排出气体；进水管道和排水管道分别用于向水气共容室输入和排出压力液体；设置与水气共容室对应的水泵水轮机；水泵水轮机均分别与进水管道和排水管道连通；以及空气压缩释能组件，其与水气共容室连通，用于向水气共容室内通入压缩空气及释放压缩空气。本申请通过将废弃矿井改建为压缩空气储能储气库，不仅可以有效利用多个储气室，且系统在储能工况时可直接将高压空气存储在水气共容室内无能量转换损失并在释能工况时，将高压空气恒压全容量释放。技术研发人员：于在松,韩伟,赵瀚辰,寇攀高,梁舒婷,杨晓,陆续,姚明宇,张可臻,张顺奇,宋晓辉受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23