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专利号: 2023100016687
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,具体包括以下步骤;

步骤一:巷道空间探测;

在巷道空间中分别确定出高压空气储气室(2)和储热室(4)的位置;

首先,根据巷道围岩稳定性及支护可靠性进行判断,找出围岩(1)符合高压空气(13)储存条件的巷道空间范围作为高压空气的储气室(2),同时标记好高压空气储气室(2)的多个末端以确定出分割墙位置(3);

其次,选择靠近地面的巷道空间作为储热室(4),用于放置空气加热系统(6)进行储热;

步骤二:修筑储气室;

先根据所确定的分割墙位置(3),在高压空气储气室(2)的每个末端均砌筑分隔墙(5),以利用分隔墙(5)对高压空气储气室(2)进行密封;再对高压空气储气室(2)的分隔墙(5)和周围的围岩(1)进行二次加固;

同时,建立地下空间监测系统,对高压空气储气室(2)进行实时的监测和分析,为高压空气储气室(2)的建立及长期安全运行提供保障;

步骤三:安装空气加热系统;

先根据所确定的储热室(4)位置,在储热室(4)中安装空气加热系统(6),同时对储热室(4)周围的围岩(1)进行二次加固,保证空气加热系统(6)的安全;所述空气加热系统(6)由箱体(16)、安装于箱体(16)中且两端部均位于箱体(16)外部的管道四(18)、装填于箱体(16)和管道四(18)之间空间中的导热油(15)、装配于箱体(16)内部且位于导热油(15)中的加热电阻丝(17)组成;

步骤四:安装高压空气管道;

S41,安装管道一(8),并使管道一(8)的进气端与位于地面上的空气压缩机(7)的出气口连接,使其出气端密封的连接于一面分隔墙(5)上的预留孔中,进而与高压空气储气室(2)相连通;所述管道一(8)上连接有通断控制阀一;

S42,安装管道三(11),并使管道三(11)的一端穿入储热室(4),并与管道四(18)的一端连接,使其另一端密封的连接于其余一面或两面分隔墙(5)上的预留孔中,进而与高压空气储气室(2)相连通;所述管道三(11)上连接有通断控制阀三;

S43,安装管道二(9),并使管道二(9)的进气端穿入储热室(4),并与管道四(18)的另一端连接,使其出气端与位于地面上的透平发电机(10)的进气口连接;所述管道二(9)上连接有通断控制阀二;

步骤五:建立电力连接;

建立空气压缩机(7)与发电站(12)中风力或光伏发电设备之间的电力连接,建立透平发电机(10)与电网(14)之间的电力连接,建立风力或光伏发电设备与空气加热系统(6)之间的电力连接;

步骤六:储气室二氧化碳‑纳米密封材料复合堵漏;

通过管道一(8)向高压空气储气室(2)内泵注携带纳米密封材料的二氧化碳流体,利用二氧化碳的易扩散、强渗透特性将纳米密封材料送入围岩周围的裂隙内,并利用地层的温度作用使纳米密封材料的体积发生膨胀,以实现对围岩裂隙的密封,同时,利用膨胀后的纳米密封材料将一部分二氧化碳封堵在围岩裂隙内,以在围岩周围形成二氧化碳富集带;

步骤七:压缩空气储能;

当电网低谷负荷时,打开通断控制阀一,利用管道一(8)连通高压空气储气室(2)与空气压缩机(7),关闭通断控制阀二和三,使用风力或光伏发电设备产生的一部分富余电能驱动空气压缩机(7)工作,将高压空气(13)注入到高压空气储气室(2)中进行高压封存作业;

同时,利用风力或光伏发电设备产生的另一部分富余电能对空气加热系统(6)进行供电,使加热电阻丝(17)升温并对导热油(15)进行加热充能;

步骤八:释放空气发电;

关闭通断控制阀一,打开通断控制阀二和三,通过管道二(9)连通储热室(4)和透平发电机(10),通过管道三(11)连通储热室(4)和高压空气储气室(2),使高压空气储气室(2)中的高压空气(13)通过管道三(11)注入到空气加热系统(6)中的管道四(18)中,同时,通过导热油(15)对进入管道四(18)中的高压空气(13)进行加热增压,并使加热增压之后的高压空气(13)通过管道二(9)供给透平发电机(10)进行发电,该过程中,透平发电机(10)产生的电能在电网(14)高峰负荷时接入电网(14);

步骤九:交替进行储能及发电作业;

根据发电、用电情况,重复步骤七和步骤八,进行高压空气储气室(2)中高压空气(13)以及储热室(4)中热能的循环充放,使储能和发电过程灵活交替进行。

2.根据权利要求1所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤一中,围岩稳定性主要包括围岩结构、围岩强度和流变特性,支护可靠性包括支护强度、支护刚度和支护稳定性。

3.根据权利要求1或2所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤二中,进行二次加固时均采用钢筋混凝土结构进行。

4.根据权利要求3所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤三中的管道四(18),在步骤四中的管道一(8)、管道二(9)和管道三(11)的承受压力均不小于10MPa的气体压力。

5.根据权利要求4所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤七中,高压空气储气室(2)中的高压空气(13)的压力为3~5MPa。

6.根据权利要求1所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤六中,二氧化碳的注入压力大于高压空气储气室(2)围岩孔隙压力,小于高压空气储气室(2)围岩破裂压力。

7.根据权利要求1所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤六中,所使用的纳米密封材料为高分子聚合物,且具有良好的热膨胀性能。

8.根据权利要求5所述的一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法,其特征在于,在步骤三中,导热油(15)为烷基联苯型导热油。