[发明专利]一种废弃井巷抽水储能的系统及方法

说明书

技术领域

本发明一种废弃井巷抽水储能的系统及方法，属于废弃矿井采空区再利用与新能源应用技术领域。

背景技术

新能源发电以其燃料成本低，环境污染少等优点成为发展最快的发电形式，在能源结构中扮演着不可或缺的角色，发展可再生能源是许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国推进能源生产和消费革命、推动能源转型的重要措施。2016年全国风电装机14864万千瓦，太阳能发电7742万千瓦，分别占全国的电力装机总量的9%和5%。但是由于风能、太阳能的间歇性、随机性，增加了新能源并网输出功率的不确定性，增加了电力系统调度的难度，很大程度上制约了新能源技术的发展，很多地区出现了大规模的弃风和弃光现象。而储能技术被认为是提升电网接纳风电和太阳能发电能力的重要手段。

电池储能、热储存、抽水蓄能等储能技术可以起到移峰填谷、提高电网运行稳定性和经济性，以及为电网提供调频、调相、事故备用等作用，可以有效解决新能源电力系统中大规模弃风、弃光的现象。

抽水蓄能技术已经成功运用了100多年，它是目前人类大规模电能储蓄中成熟度最高、可靠性和经济性最好的技术。抽水储能指将水抽到高处的蓄水池中储存，需要时再开闸放水，利用水力涡轮发电的一种蓄能方式。

随着煤炭去产能的深入推进，大批煤矿被淘汰，成为废弃矿井。在煤炭去产能、矿区转型发展的大背景下，废弃矿井利用项目顺势而生，其中废弃矿井空间利用就是一个热点研究内容。

到2020年，我国废弃矿井数量将达到约1．2万个，按每个矿井60万立方米计算，将包含72亿立方米地下空间资源。波兰、德国、美国、澳大利亚等国家在废弃矿井资源化利用方面做了大量探索，主要利用模式包括：旅游和科普教育、地下储库、特殊实验或疗养场所。2017年3月，德国煤炭巨头鲁尔集团（RAG）决定与杜伊斯堡-埃森大学合作，计划将服役150年的Prosper-Haniel煤矿于2018年关停以后改造成一个200MW的抽水蓄能水电站，用于储存过剩的风能和太阳能，这是全世界第一个建设规划中的抽水储能电站。

废弃矿井抽水储能技术将传统的抽出储能技术与废弃矿井治理相结合，利用废弃井巷间或其与地表的势差实现抽水储能，不仅可以获得传统抽水蓄能电站移峰填谷、提高电网运行稳定性和经济性，为电网提供调频、调相、事故备用等功能，同时还具有不依赖地表地形，可以大规模节约地面土地资源等优势。

结合新能源领域发展瓶颈和废弃矿井空间利用的问题，在此提出了一种利用废弃矿井抽水储能的系统和方法。

发明内容

本发明结合新能源领域发展瓶颈和废弃矿井空间利用的问题，提出了一种废弃井巷抽水储能的系统及方法，解决了新能源领域发展中电力储存和废弃矿井空间利用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种废弃井巷抽水储能的系统，包括多个存在落差的废弃井巷、巷道、机电硐室和井筒，所述巷道位于废弃井巷之间或下方，所述巷道两端均与井筒连通，所述井筒的上端与地面连通，所述巷道内设置有机电硐室，所述机电硐室内设置可逆式抽水蓄能机组，所述可逆式抽水蓄能机组上连接有多个第一通水道和第二通水道，并通过阀门控制第一通水道和第二通水道与可逆式抽水蓄能机组之间的通断，其中，多个所述第一通水道的一端与可逆式抽水蓄能机组连通，多个所述第一通水道的另一端分别与对应的废弃井巷连通，用于将上方的废弃井巷内的水排入下方的废弃井巷内，并通过可逆式抽水蓄能机组发电，多个所述第二通水道的一端与可逆式抽水蓄能机组连通，多个所述第二通水道经过巷道、井筒伸出地面，每个所述废弃井巷上均连接有第三通水道，所述第三通水道的一端与废弃井巷连通，所述第三通水道的另一端与地面连通，用于通过补水或排水平衡废弃井巷内的水量，伸出地面的第二通水道与第三通水道连通，通过可逆式抽水蓄能机组将下方的废弃井巷内的水经第一通水道、第二通水道和第三通水道提升到上方的废弃井巷内或直接通过第一通水道逆向给上方的废弃井巷补水，进行抽水蓄能。

所述废弃井巷与地面之间设置有通气道，所述通气道一端与废弃井巷连通，所述通气道另一端延伸至地表，与地面设置的甲烷收集处理装置连接。

本发明一种废弃井巷抽水储能的方法，按下述步骤实施：

第一步：对废弃井巷内部做防水处理；

第二步：将处于下方的废弃井巷内注满水待用；

第三步：将风力或太阳能或核能发电站供大于求时的部分电能输入机电硐室内，并驱动机电硐室内的可逆式抽水蓄能机组将下方废弃井巷内的水抽到其上方的废弃井巷内，进行抽水蓄能；