基于废弃地下矿洞的储能系统、储能发电系统及方法与流程

本申请涉及储能，特别涉及一种基于废弃地下矿洞的储能系统、储能发电系统及方法。

背景技术：

1、在双碳目标的引领下，以煤炭和石油为代表的传统化石能源，正逐步被以风、光等代表绿色、低碳的可再生清洁能源所替代，风、光等可再生清洁能源正迎来高速发展期。然而，由于风、光等可再生清洁能源的波动性、随机性和间歇性，容易导致电量供应的不平衡，进而使得电力系统不稳定。为解决上述以可再生清洁能源为主体的电力系统的安全稳定问题，大规模储能技术的应用显得尤为重要。

2、在相关技术中，通常采用压缩空气储能或者抽水储能的方法来实现大规模储能技术。然而，在相关技术中，由于传统的压缩空气储能通常利用位于地面的储能罐进行储能，从而导致存储能量较少，能量密度较低，发电的能量转换效率较低；由于抽水储能的站址选择对地形有高差要求，对地质条件与水源条件有较高的要求，从而提高了抽水储能站址选择的要求，提高了经济指标性，降低了可再生清洁能源的利用率，增加了人工成本，降低了用户的使用体验等问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于废弃地下矿洞的储能系统、储能发电系统及方法，以解决相关技术中存在可再生清洁能源的利用率较差、提高了经济指标性、增加了人工成本及降低了能量转换效率等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种基于废弃地下矿洞的储能系统，废弃地下矿洞地面上包括上水库，废弃地下矿洞地面下包括地下储气洞和下水库储水洞，其中，储能系统包括：废弃地下矿洞地面上配置的地面厂房，用于实现压气储能，其中，地面厂房包括空压机与汽轮机，空压机与汽轮机通过联通竖井中的第一输气管道与地下储气洞相连接，地下储气洞通过第二输气管道与下水库储水洞相连；废弃地下矿洞地面下配置的地下厂房，用于实现抽水蓄能，其中，地下厂房包括水泵水轮机，水泵水轮机通过第一输水管道与下水库储水洞相连，水泵水轮机通过第二输水管道与上水库相连。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：进口控制阀与出口控制阀，其中，进口控制阀设置于第二输气管道上靠近地下储气洞一侧，出口控制阀设置于第二输气管道上靠近下水库储水洞一侧。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：液位探测器，液位探测器设置于下水库储水洞内，用于检测下水库储水洞的水位高程。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：下水库控制闸门和上水库控制闸门，其中，下水库控制闸门设置于第一输水管道上靠近下水库储水洞一侧，上水库控制闸门设置于第二输水管道上靠近上水库一侧。

6、本申请第二方面实施例提供一种基于废弃地下矿洞的储能发电系统，包括：如上述实施例的基于废弃地下矿洞的储能系统；控制系统，用于根据储能需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行储能，根据发电需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行发电。

7、本申请第三方面实施例提供一种基于废弃地下矿洞的储能发电方法，方法应用于基于废弃地下矿洞的储能发电系统，其中，方法包括以下步骤：获取储能需求和发电需求；根据储能需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行储能；根据发电需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行发电。

8、可选地，在本申请的一个实施例中，根据储能需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行储能，包括：控制进口控制阀、出口控制阀、上水库控制闸门和下水库控制闸门打开；控制地面厂房的空压机将空气压缩后，通过第一输气管道、地下储气洞和第二输气管道将压缩空气输送至下水库储水洞，若下水库储水洞的压力达到下水库控制闸门可承受的第一预设压力，则基于第一预设压力控制空压机维持下水库储水洞的压力；和/或，启动地下厂房的水泵水轮机抽水，通过水泵水轮机将下水库储水洞的水输送到上水库，若下水库储水洞的水位高程小于或等于第一预设高程，则控制进口控制阀、出口控制阀、上水库控制闸门、下水库控制闸门以及水泵水轮机关闭。

9、可选地，在本申请的一个实施例中，在控制进口控制阀、出口控制阀与上水库控制闸门、下水库控制闸门以及水泵水轮机关闭之后，还包括：增大空压机的压缩功率，直到地下储气洞的压力达到第二预设压力时，控制空压机关闭。

10、可选地，在本申请的一个实施例中，根据发电需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行发电，包括：控制地面厂房的发电机启动，将地下储气洞中的高压空气通过第一输气管道进入发电机发电，直到地下储气洞内的压力小于第三预设压力时关闭发电机；和/或，控制进口控制阀、出口控制阀、上水库控制闸门和下水库控制闸门打开，开启地下厂房的水泵水轮机，利用水泵水轮机发电，直到下水库储水洞的水位高程大于第二预设高程时，控制进口控制阀、出口控制阀、上水库控制闸门、下水库控制闸门和水泵水轮机关闭。

11、可选地，在本申请的一个实施例中，在控制进口控制阀、出口控制阀、上水库控制闸门、下水库控制闸门和水泵水轮机关闭之后，还包括：控制发电机启动，利用下水库储水洞内水位上升在地下储气洞中压缩形成的高压空气发电，直到地下储气洞内的压力小于第三预设压力时关闭发电机。

12、由此，本申请至少具有如下有益效果：

13、本申请实施例通过地面厂房控制的压缩空气储能发电与地下厂房控制的抽水储能发电，利用地下储气洞和下水库储水洞，实现了压缩空气储能发电和抽水储能发电之间，既可以联合工作，提高储能发电效率；又可以独立工作，保证电网的安全和稳定，具有较高的灵活性，从而减少弃风弃光，提高对可再生清洁能源的利用效率，解决能源浪费问题，实现了对废弃资源的再利用，降低人工成本，提高经济效益。由此，解决了相关技术中通常存在可再生清洁能源的利用率较差、提高了经济指标性、增加了人工成本及降低了能量转换效率。

14、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：

1.一种基于废弃地下矿洞的储能系统(10)，其特征在于，废弃地下矿洞地面上包括上水库(22)，所述废弃地下矿洞地面下包括地下储气洞(14)和下水库储水洞(17)，其中，所述储能系统(10)包括：

2.根据权利要求1所述的基于废弃地下矿洞的储能系统(10)，其特征在于，还包括：进口控制阀(15)与出口控制阀(16)，其中，所述进口控制阀(15)设置于所述第二输气管道(132)上靠近所述地下储气洞(14)一侧，所述出口控制阀(16)设置于所述第二输气管道(132)上靠近所述下水库储水洞(17)一侧。

3.根据权利要求1所述的基于废弃地下矿洞的储能系统(10)，其特征在于，还包括：液位探测器(171)，所述液位探测器(171)设置于所述下水库储水洞(17)内，用于检测所述下水库储水洞(17)的水位高程。

4.根据权利要求1所述的基于废弃地下矿洞的储能系统(10)，其特征在于，还包括：下水库控制闸门(18)和上水库控制闸门(21)，其中，所述下水库控制闸门(18)设置于所述第一输水管道(191)上靠近所述下水库储水洞(17)一侧，所述上水库控制闸门(21)设置于所述第二输水管道(192)上靠近所述上水库(22)一侧。

5.一种基于废弃地下矿洞的储能发电系统(40)，其特征在于，包括：

6.一种基于废弃地下矿洞的储能发电方法，其特征在于，所述方法应用于所述基于废弃地下矿洞的储能发电系统，其中，所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于废弃地下矿洞的储能发电方法，其特征在于，所述根据所述储能需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行储能，包括：

8.根据权利要求7所述的基于废弃地下矿洞的储能发电方法，其特征在于，在控制所述进口控制阀、所述出口控制阀与所述上水库控制闸门、所述下水库控制闸门以及所述水泵水轮机关闭之后，还包括：

9.根据权利要求6所述的基于废弃地下矿洞的储能发电方法，其特征在于，所述根据所述发电需求控制地面厂房和地下厂房的至少一个进行发电，包括：

10.根据权利要求9所述的基于废弃地下矿洞的储能发电方法，其特征在于，在控制所述进口控制阀、所述出口控制阀、所述上水库控制闸门、所述下水库控制闸门和所述水泵水轮机关闭之后，还包括：

技术总结本申请涉及储能技术领域，特别涉及一种基于废弃地下矿洞的储能系统、储能发电系统及方法，其中，废弃地下矿洞地面上包括上水库，地面下包括地下储气洞和下水库储水洞，储能系统包括：废弃地下矿洞地面上配置的地面厂房，用于实现压气储能，地面厂房包括空压机与汽轮机，通过联通竖井中的第一输气管道与地下储气洞相连接，地下储气洞通过第二输气管道与下水库储水洞相连；地面下配置的地下厂房，用于实现抽水蓄能，地下厂房包括水泵水轮机，通过第一输水管道与下水库储水洞相连，水泵水轮机通过第二输水管道与上水库相连。由此，解决了相关技术中存在可再生清洁能源的利用率较差、提高了经济指标性、增加了人工成本及降低了能量转换效率等问题。技术研发人员：周培勇,王爽,王生海,张道法,袁涛,黄智鑫,曾锐,石刚,赵琳受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10