一种废弃露天煤矿储碳发电系统

本发明属于能源存储，尤其涉及一种废弃露天煤矿储碳发电系统。

背景技术：

1、近年来，随着科技和工业等方面的快速发展，能源需求逐步增加，而煤炭、石油等化石能源的使用会带来诸如环境污染、碳排放等问题，太阳能及风能等可再生能源规模不断扩大，但可再生能源发电具有明显的季节性和波动性，难以保障高用电峰期的能源电网稳定运行，而二氧化碳作为温室气体的主要成分，利用其进行压气储能，既可以进行能源储存，又达到了二氧化碳封存的效果。

2、露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分，具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势。对于露天煤矿开采后造成的废弃矿坑，最简单直接的做法是填土掩埋，但是填土掩埋存在着回填物难以获取，且工程量巨大、耗时长、成本高等问题，国内对于废弃露天煤矿坑的治理工作主要采取了生态修复和景观设计等手段，而目前大多数露天煤矿开采完毕后进行回填复垦，经过开挖的地下空间资源未利用，造成资源的浪费。由于露天煤矿开采深度大，具有较大空间，且边坡稳定，供电、供水等配套设施完善，大多分布于我国北部地区，拥有丰富的太阳能和风能，通过可再生能源与地下氢储能技术的耦合，利用废弃露天煤矿坑进行二氧化碳的封存发电。

3、因此，提出一种废弃露天煤矿储碳发电系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种废弃露天煤矿储碳发电系统，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种废弃露天煤矿储碳发电系统，包括：

4、动力机构；

5、多级压缩机构，与所述动力机构传动连接，所述多级压缩机构内设置有第一热交换组件；

6、高压储气罐，与所述多级压缩机构连通；

7、多级膨胀机构，与所述动力机构传动连接，所述多级膨胀机构内设置第二热交换组件，所述多级膨胀机构与所述高压储气罐连通；

8、发电机，与所述多级膨胀机构传动连接，所述发电机与电网电性连接；

9、循环组件，与所述第一热交换组件以及所述第二热交换组件连通；

10、低压储气库，与所述多级压缩机构以及所述多级膨胀机构连通，所述动力机构、所述多级压缩机构、所述高压储气罐、所述多级膨胀机构、所述循环组件、所述第一热交换组件以及所述第二热交换组件均位于所述低压储气库内，所述低压储气库由废弃露天煤矿的矿坑改造而成；

11、二氧化碳监测系统，设置在所述低压储气库以及所述高压储气罐内。

12、优选的，所述动力机构包括：

13、电源，与发电装置电性连接；

14、电动机，与所述电源电性连接；

15、优选的，所述多级压缩机构包括：

16、低压压缩机，进气口与所述低压储气库连通；

17、高压压缩机，进气口与所述低压压缩机连通，出气口与所述高压储气罐连通；

18、所述低压压缩机以及所述高压压缩机均与所述电动机传动连接。

19、优选的，所述第一热交换组件包括：

20、一级冷却器，进气口与所述低压压缩机连通，出气口与所述高压压缩机连通，所述一级冷却器的出气口与所述高压压缩机之间设置有一级冷却器出气口温控开关，所述一级冷却器的一级冷却器进水口以及一级冷却器出水口均与所述循环组件连通，所述一级冷却器出水口与所述循环组件之间设置有一级冷却器出水口温控开关；

21、二级冷却器，进气口与所述高压压缩机的出气口连通，出气口与所述高压储气罐连通，所述二级冷却器的出气口与所述高压储气罐之间设置有二级冷却器出气口温控开关，所述二级冷却器的二级冷却器进水口以及二级冷却器出水口均与所述循环组件连通，所述二级冷却器出水口与所述循环组件之间设置有二级冷却器出水口温控开关以及电加热器，所述二级冷却器出水口温控开关靠近所述二级冷却器，所述电加热器与所述电源电性连接。

22、优选的，所述多级膨胀机构包括：

23、低压膨胀机，进气口与所述高压储气罐连通；

24、高压膨胀机，进气口与所述低压膨胀机连通，出气口与所述低压储气库连通；

25、所述低压膨胀机以及所述高压膨胀机均与所述电动机传动连接。

26、优选的，所述第二热交换组件包括：

27、一级加热器，进气口与所述低压膨胀机连通，出气口与所述高压膨胀机连通，所述一级加热器的出气口与所述高压膨胀机之间设置有一级加热器出气口温控开关，所述一级加热器的一级加热器进水口以及一级加热器出水口均与所述循环组件连通，所述一级加热器出水口与所述循环组件之间设置有一级加热器出水口温控开关；

28、二级加热器，进气口与所述高压膨胀机连通，出气口与所述低压储气库连通，所述二级加热器的出气口与所述低压储气库之间设置有二级加热器出气口温控开关，所述二级加热器的二级加热器进水口以及二级加热器出水口均与所述循环组件连通，所述二级加热器出水口与所述循环组件之间设置有二级加热器出水口温控开关以及电冷却器，所述二级加热器出水口温控开关靠近所述二级加热器出水口，所述电冷却器与所述电源电性连接。

29、优选的，所述循环组件包括：

30、低温蓄冷罐，所述低温蓄冷罐的进水口与所述电冷却器的出水口连通，所述低温蓄冷罐的出水口与所述一级冷却器进水口以及所述二级冷却器进水口连通；

31、常温储热罐，所述常温储热罐的两进水口分别与所述一级冷却器出水口温控开关的出水口以及所述一级加热器出水口温控开关的出水口连通；

32、高温储热罐，所述高温储热罐的进水口与所述电加热器的出水口连通，所述高温储热罐的出水口与所述一级加热器进水口以及所述二级加热器进水口连通。

33、优选的，所述低压储气库包括：

34、矿坑衬砌层，铺设在矿坑内围岩的表面，所述矿坑衬砌层包括由内到外顺序铺设的喷射混凝土、防水材料以及密封材料；

35、超高弹性纤维膜，罩设在所述围岩的开口处。

36、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

37、本发明的系统在工作时，通过动力机构带动多级压缩机构运动，将二氧化碳压缩储存至高压储气罐内，压缩二氧化碳产生的热量通过第一热交换组件储存至循环组件内，在电高峰期时，高压储气罐内的二氧化碳放出进入多级膨胀机构，多级膨胀机构带动发电机发电，之后并网至电网中，将二氧化碳膨胀过程中产生的冷量储存至循环组件内，产生的低压二氧化碳释放到所述低压储气库中。

38、本发明的废弃露天煤矿储碳发电系统，与现有储碳系统相比，废弃露天煤矿坑空间巨大，边坡稳定，且配套设施完善，进行二氧化碳封储的同时，利用丰富的可再生资源对二氧化碳压气储能；与现有地下压气储能系统相比，本发明中能够利用换热系统，收集压缩二氧化碳和膨胀二氧化碳过程中的热量和冷量进行利用。

技术特征：

1.一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述动力机构包括：

3.根据权利要求2所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述多级压缩机构包括：

4.根据权利要求3所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述第一热交换组件包括：

5.根据权利要求4所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述多级膨胀机构包括：

6.根据权利要求5所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述第二热交换组件包括：

7.根据权利要求6所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述循环组件包括：

8.根据权利要求1所述的一种废弃露天煤矿储碳发电系统，其特征在于，所述低压储气库(8)包括：

技术总结本发明属于能源存储技术领域，尤其涉及一种废弃露天煤矿储碳发电系统，工作时，通过动力机构带动多级压缩机构运动，将二氧化碳压缩储存至高压储气罐内，压缩二氧化碳产生的热量通过第一热交换组件储存至循环组件内，在发电高峰期时，高压储气罐内的二氧化碳放出进入多级膨胀机构，多级膨胀机构带动发电机发电，之后并网至电网中，将二氧化碳膨胀过程中产生的冷量储存至循环组件内，产生的低压二氧化碳释放到所述低压储气库中；本发明中，废弃露天煤矿坑空间巨大，边坡稳定，且配套设施完善，进行二氧化碳封储的同时，利用丰富的可再生资源对二氧化碳压气储能；能够利用换热系统，收集压缩二氧化碳和膨胀二氧化碳过程中的热量和冷量进行利用。技术研发人员：蔚立元,邱世凯,胡波文,郭江峰,时旭阳,张涛,魏超,金宝受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14