一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统及运行方法与流程

本发明涉及压缩空气储能电站人工硐室储气库及首次注气方案，更具体地说它是一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统。本发明还涉及这种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统的运行方法。

背景技术：

1、在新能源发电占比不断增加的背景下，电网端发电功率的波谷差值也随之增大，为消纳出力不稳定的可再生能源，储能可发挥关键作用；在现有的储能技术中，压缩空气储能具有单机功率大、储能效率高、环境友好、建设周期短、选址灵活等优点，是一种具有较好发展前景的新型储能形式；压缩空气储能电站需要使用大型储气库储存高压空气，100mw级及以上大型压缩空气储能电站通常使用盐穴或人工硐室作为储气库，其中新开挖硬岩层人工硐室储气库不依赖于盐穴资源，使电站的厂址选择范围更为灵活。

2、为减小开挖硐室的体积，降低硐室建设成本，人工硐室储气库的空气储存压力较高，最低储存压力一般高于10mpa；人工硐室储气库建成后在首次注气过程中，硐室内空气压力从大气压逐渐加压至10mpa以上，空气温升巨大，加之人工硐室储气库的散热能力有限，硐室内热量难以传导到周围的环境；根据理论计算，人工硐室储气库从环境大气压首次注气到10mpa的过程中，硐室内空气温升会超过140℃，巨大温升会使硐室的钢板密封层产生较大的热膨胀，且硐室内不均匀的温度分布使不同高度钢板密封层产生热胀差，严重影响储气库的稳定性和密封性；同时，较高的温升也会减小硐室的有效储气容量；此外，储气库首次注气过程使用压缩机进行注气，注气量大，注气时间较长，耗电量较大，会产生较高的首次注气用电费用。

3、因此，为解决现有的人工硐室储气库在首次注气过程中存在空气高温升影响硐室密封性和稳定性的技术问题，以及较高温升导致人工硐室有效储气量降低的技术问题，研发一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统及运行方法很有必要。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统。

2、本发明的第二目的是为了提供这种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统的运行方法。

3、为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统，其特征在于：包括人工硐室储气库、压缩注气系统和注水系统；

4、所述压缩注气系统包括电动机、压缩机、压缩注气管路和压缩排气管路；

5、所述电动机与压缩机连接；所述压缩注气管路一端与压缩机连接，另一端依次设置换热器和压缩注气关断阀、连接压缩排气管路后伸入人工硐室储气库内；所述压缩排气管路上设置注水排气阀；

6、所述注水系统包括水源、第一注排水管路和第二注排水管路；所述第一注排水管路一端与水源连通、另一端依次连接水泵装置和注排水关断阀后通过第二注排水管路伸入人工硐室储气库底部；

7、所述第一注排水管路、水泵装置和注排水关断阀均可拆卸的安装于人工硐室储气库外；所述第二注排水管路位于人工硐室储气库内。

8、在上述技术方案中，所述水泵装置为水泵水轮机，水泵水轮机与电动发电机连接。

9、在上述技术方案中，所述注水系统还包括水轮机和发电机；

10、所述水泵装置为注水泵，所述第一注排水管路包括注水管路和排水管路，所述注排水关断阀包括注水关断阀和排水关断阀；

11、所述注水管路一端与水源连通、另一端依次连接注水泵和注水关断阀后通过第二注排水管路伸入人工硐室储气库底部；

12、所述排水管路一端与水源连通、另一端依次连接水轮机和排水关断阀后通过第二注排水管路伸入人工硐室储气库底部。

13、在上述技术方案中，所述人工硐室储气库顶部设置有注气口，人工硐室储气库内底部设置有集水坑；

14、所述第二注排水管路通过注气口伸入集水坑；

15、所述压缩注气管路伸入注气口。

16、在上述技术方案中，所述水源为水库或河流或其他水源。

17、为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

18、步骤1：关闭压缩注气关断阀，打开注排水关断阀和注水排气阀，启动水泵水轮机，将水源中水依次通过第一注排水管路和第二注排水管路注入人工硐室储气库，人工硐室储气库水位到达注气口以上后停止水泵水轮机，关闭注排水关断阀和注水排气阀，完成人工硐室储气库的注水流程；

19、步骤2：打开压缩注气关断阀，启动压缩注气系统，由电动机带动压缩机压缩空气，压缩机出口空气经换热器冷却后向压缩注气管路注气升压；

20、步骤3：当压缩注气管路内空气压力达到额定压力后打开注排水关断阀，同时电动机带动压缩机连续运行注气，人工硐室储气库中的水依次经第二注排水管路和第一注排水管路进入水泵水轮机，水流驱动水泵水轮机带动电动发电机发电，水泵水轮机的排水经第一注排水管路返回水源；

21、步骤4：待人工硐室储气库内所有水被排出，停止压缩机和水泵水轮机，关闭压缩注气关断阀和注排水关断阀，完成人工硐室储气库的首次注气。

22、为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种降低人工硐室储气库首次注气温升的系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

23、步骤1：关闭压缩注气关断阀和排水关断阀，打开注水关断阀和注水排气阀，启动注水泵，将水源中水依次通过注水管路和第二注排水管路注入人工硐室储气库，人工硐室储气库水位到达注气口以上后停止注水泵，关闭注水关断阀和注水排气阀，完成人工硐室储气库的注水流程；

24、步骤2：打开压缩注气关断阀，启动压缩注气系统，由电动机带动压缩机压缩空气，压缩机出口空气经换热器冷却后向压缩注气管路注气升压；

25、步骤3：当压缩注气管路内空气压力达到额定压力后打开排水关断阀，同时电动机带动压缩机连续运行注气，人工硐室储气库中的水依次经第二注排水管路和排水管路进入水轮机，水流驱动水轮机带动发电机发电，水轮机的排水经排水管路返回水源；

26、步骤4：待人工硐室储气库内所有水被排出，停止压缩机和水轮机，关闭压缩注气关断阀和排水关断阀，完成人工硐室储气库的首次注气。

27、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

28、1)本发明在储气库首次注气之前将硐室内部注满水，通过压缩空气储能电站的压缩机系统压缩空气注入人工硐室储气库，人工硐室储气库内的水被压缩空气挤压后排出；整个注气过程中，人工硐室储气库内的空气压力基本保持恒定，因此硐室内空气基本不会产生温升，从而降低对人工硐室钢板密封层的热膨胀影响，提高硐室的结构稳定性和密封性。

29、2)本发明通过在人工硐室储气库腔体内注水，使人工硐室内空气在首次注气过程中始终保持压力基本恒定，温度基本恒定，减小了对硐室的结构稳定性和密封性影响；另外，基本恒定的储气库空气温度，也可提高储气库的有效容积利用率，提高储气库的储气量，降低储气库容积，节省储气库造价。

30、3)本发明在首次注气过程中，压缩机出口空气压力基本保持恒定，传统首次注气方案的压缩机排气压力随着硐室内空气压力的提高而逐渐升高，且变化范围较大，压缩机在整个注气过程中需保持实时调整，运行调节复杂，相比之下，本发明压缩注气系统的操作运行更为简单。

31、4)本发明的方案通过增设水轮机或水泵水轮机，可以回收注气过程中部分能量，降低注气过程的电费成本。根据理论计算，采用本发明后相比无回收系统时注气电耗可降低15％以上。

32、5)本发明在新建压缩空气储能电站地上以及地下工程的基础上，仅额外增设注水系统和相关的发电装置，其中水轮机或水泵水轮机、发电机或电动发电机、注水泵采用成套方案，并且可拆卸，可采用临时租赁或永久购买方式，在人工硐室储气库首次注气及每次检修后均可投入运行，并可以在其他同类工程中使用，赚取租赁费用，有利于回收投资成本。