[发明专利]基于深井的复合储能系统

说明书

本发明属于机械储能技术领域，旨在解决现有技术不能实现高效、安全的大容量储能问题，具体涉及一种基于深井的复合储能系统，包括控制系统、深井、重物模块、重力升降装置、变流装置和压缩空气储能装置；重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机；横梁与桁架可移动连接；电动发电机可移动地装设于横梁；压缩空气储能装置包括用于控制深井预设腔室启闭的可移动密封装置和用于进行压缩空气势能与电能变换控制的变换装置；变换装置包括空气压缩机、膨胀机、进气管道、出气管道、进气阀和出气阀，空气压缩机通过进气管道与预设井腔连通；膨胀机通过出气管道与预设井腔连通；本发明占地极小、储能量大、造价低、安全性高。

技术领域

本发明属于机械储能技术领域，具体涉及一种基于深井的复合储能系统。

背景技术

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革，是实现碳达峰、碳中和的重要途径，也是当今能源领域的大趋势。但是可再生能源发电受气候条件的影响大，导致波动性大，且调节能力和惯量支撑能力较差，其大规模并网将影响电网的实时功率平衡和稳定性，从而产生弃风、弃光等现象。储能技术可有效解决时空不匹配和并网稳定性问题，是可再生能源大规模高效开发利用、实现我国能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。随着可再生能源越来越多地接入电网，对储能技术提出了迫切的需求。

近年来，各种储能技术蓬勃发展，抽水储能、压缩空气储能和重力势能储能是重要的物理储能技术，与电池等储能技术相比，具有安全可靠、可规模化、环境友好无污染以及经济性好等优势，而目前发展最成熟的抽水储能受地理条件限制大，对地形和地势依赖严重，且我国可修建抽水储能的地理资源极其有限，选址困难，导致抽水蓄能系统无法广泛应用。

重力储能具有本征安全、自放电率为零、可规模化、无任何污染等其他储能方式无可比拟的优势，最近国际上有关重力储能的发展很迅速。典型的案例包括：①苏格兰Gravitricity公司，基于废弃矿井利用电动绞盘提升废弃钻机的重力储能（详见Science ,2021, 372 6541, 446）；该技术方案简单易行，但是仅提升单一重物，地下空间利用率十分有限, 导致储能量有限，且可利用的废弃矿井有限、选址缺少灵活性。②瑞士EnergyVault公司利用多臂塔吊和混凝土预制块，把混凝土水泥预制块用多臂塔吊交替不停往高空搭积木的方式进行堆叠，从而完成电能和重力的存储和释放；该技术方案虽然储能量大，但是在地面上堆叠很高的混凝土预制块，受风力等天气影响大，且具有倒塌的隐患。

为了克服现有重力储能方案的不足之处，本发明提出基于深井（竖井或者斜井均可）的地下综合储能系统，一方面大幅度提高了重力储能系统的容量和选址灵活性，另一方面实现了资源的综合利用，使得系统的综合效益大大提高。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术不能实现高效、安全的大容量储能，本发明的第一方面提供了一种基于深井的复合储能系统，该储能系统包括控制中心、深井系统、重物模块、重力升降装置、变流装置和压缩空气储能装置，所述重力升降装置、所述变流装置均与所述控制中心信号连接；所述压缩空气储能装置用于进行空气压缩储能。

所述重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机，所述支撑组件设置于地面；所述桁架沿着第一方向设置于所述支撑组件顶部，所述横梁沿着第二方向设置于所述桁架，所述第二方向与所述第一方向水平垂直设置，所述横梁与所述桁架可移动连接；所述电动发电机可移动地装设于所述横梁。

所述变流装置的一端与电网连接，另一端与所述电动发电机通讯连接，所述变流装置在电能存储阶段调节所述电动发电机的转速，在释放电能的发电阶段把所述电动发电机的电能回馈至电网。

所述压缩空气储能装置包括可移动密封装置和变换装置，所述可移动密封装置、所述变换装置均与所述控制中心信号连接；所述可移动密封装置用于控制所述深井系统的预设腔室的启闭；所述变换装置用于进行压缩空气势能与电能的变换控制。