隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术属于储能技术领域，旨在解决现有的空气储能系统自动化程度低、储能效率低的问题，具体涉及一种隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，包括由位于地下深处岩层中的隧洞构成的地下储气室、地上水源、动力设备、储热装置和总控中心；地下储气室的内部可以自动清淤；储能时，外部空气被压入至地下储气室的内部作为压缩空气存储，放出的热能被储热装置收集并存储，地下储气室内部的水被排出返回至地上水源；发电时，压缩空气吸收存储的热能通过动力设备进行发电，地上水源的水进入地下储气室。本发明专利技术可以减少等压强压缩空气储能系统储热装置的占地、建造成本，实现自动清淤，有效降低系统保养、维护难度，提高发电功率和发电效率。提高发电功率和发电效率。提高发电功率和发电效率。

【技术实现步骤摘要】
隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统


[0001]本专利技术属于储能
，具体涉及一种隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统。

技术介绍

[0002]为了实现我国在2030年碳达峰，2060年碳中和的目标，需要构建新型电力系统，其典型特征是新能源电源占比高，电力电子设备占比高。以风电和光伏为主的新能源将逐步替代燃煤火电机组。相较于风电，光伏短时出力更稳定，度电成本更低，出力与负荷曲线相似度更高，太阳能电池板报废后更易于处理；将成为未来新能源构成的主要组成部分。光伏发电出力与日照变化关联明显，在一天之中存在峰谷波动，储能是平滑光伏出力峰谷变化，实现能量的昼夜转移，满足负荷用电需求的重要保障。
[0003]抽水储能系统和压缩空气储能系统是两种已投入商业运营的电网侧规模化储能系统，其中，压缩空气储能系统中，按照储气装置的特点，可以分为等体积压缩空气储能系统和等压强压缩空气储能系统。等压强压缩空气储能系统具有储能密度大，储能、发电运行过程储气室压力恒定(有助于保持压缩机/膨胀机工作在恒压工况)的优势，从而，更有利于实现高能量循环效率。
[0004]加拿大Hydrostor公司提出了蓄水库和电站建于地面，储气室位于地下的等压强压缩空气储能系统，通过立井挖掘地下储气室，完工后，在其中充满水形成的水柱维持地下储气室压强，立井的底部与地下储气室密封，通过输水管道连接立井和地下储气室；地面电站和地下储气室通过立井中的高压输气管道连接；该系统的缺点在于，立井当中灌满水，用于形成维持地下储气室压强的水柱，而水柱水流量受限于连接立井与地下储气室的输水管道的截面积，因此，立井没有被很好地利用，而且，立井底部的输水管道容易受淤塞影响；通过立井开挖地下储气室，人员和大型机械进入地下储气室困难，不利于后期保养和维修，而且，立井以及其中的输气管道长期浸泡于水中，加快了老化，提高了故障率，同时又增加了保养和维修的难度；另外，需要额外考虑储热装置的布置，占用地上空间放置储热罐，或者开挖地下空间储存储热介质；此外，长期工作过程中，地面水库与地下储气空间水源交换易造成淤泥淤积，影响系统效率和储能量，需要耗费大量人力物力进行清淤，且较难实现。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的空气储能系统自动化程度低、储能效率低的问题，本专利技术提供了一种隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，包括地下储气室，用于存储压缩空气；所述地下储气室由位于地下深处岩层中的隧洞构成；
[0006]地上水源，用于维系所述地下储气室所需压强；
[0007]动力设备；
[0008]储热装置，设置有加热电阻；以及
[0009]总控中心；
[0010]所述地下储气室的内部设置有淤泥厚度检测装置、清淤装置和淤泥浓度检测装置，所述淤泥厚度检测装置、所述清淤装置、所述淤泥浓度检测装置均与所述总控中心信号连接；当所述总控中心获取的所述淤泥厚度检测装置、所述淤泥浓度检测装置检测的淤泥信息超过预设阈值时，控制所述清淤装置进行自动化清淤作业；
[0011]储能时，外部空气经所述动力设备被压入至所述地下储气室的内部作为压缩空气存储，被压缩的外部空气放出的热能被所述储热装置收集并存储，所述地下储气室内部的水被排出返回至所述地上水源；发电时，所述地下储气室内部的压缩空气吸收存储的热能通过所述动力设备进行发电，所述地上水源的水进入所述地下储气室。
[0012]在一些优选实施例中，所述动力设备包括压缩机机组、膨胀机组、换热装置、电动机和发电机，所述电动机、所述发电机均与所述压缩机机组连接；所述换热装置设置于所述压缩机机组与所述储热设置之间；所述储热装置与所述地下储气室连接；所述压缩机机组、所述膨胀机组、所述换热装置、所述电动机、所述储热装置、所述发电机均与所述总控中心信号连接。
[0013]在一些优选实施例中，所述储热装置为隧道斜井空间经密封处理后的储热介质空腔；所述加热电阻利用弃风弃光电能为储热介质进行加热。
[0014]在一些优选实施例中，所述储热装置包括高温储热装置和低温储热装置，所述高温储热装置、所述低温储热装置均与所述换热装置通过管路连接；
[0015]在工作过程中，储热介质从所述低温储热装置经过第一热力管线进入所述换热装置；吸收热量后的储热介质再经过第二热力管线进入所述高温储热装置。
[0016]在一些优选实施例中，所述压缩机机组与所述膨胀机组为多级设置。
[0017]在一些优选实施例中，所述高温储热装置包括多个高温储热罐；
[0018]所述低温储热装置包括多个低温储热罐；
[0019]多个所述高温储热罐以及多个所述低温储热罐均放置于隧道斜井中。
[0020]在一些优选实施例中，所述地上水源与所述地下储气室的高度落差为H，H>1000m；
[0021]所述动力设备设置于隧道斜井一侧横向挖掘的隧洞中。
[0022]在一些优选实施例中，所述清淤装置包括多个清淤机器人，多个所述清淤机器人均匀设置于所述地下储气室的底部；
[0023]所述清淤机器人包括清淤机器人电机和清淤机器人涡轮，所述清淤机器人电机与所述总控中心信号连接；
[0024]在工作过程中，所述清淤机器人电机在所述总控中心的控制下带动所述清淤机器人涡轮旋转，以进行沉淀淤泥的搅拌，使与混入水中。
[0025]在一些优选实施例中，所述地上水源为自然水域中的江、河、湖，或者水库。
[0026]在一些优选实施例中，所述地下储气室的内部依次设置有加固层、耐压层以及防水层；
[0027]所述加固层与腔室内壁之间设置有第一压力检测装置，
[0028]所述防水层的外侧设置有第二压力检测装置，所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置均与所述总控中心信号连接；
[0029]当所述总控中心获取的所述第一压力检测装置、所述第二压力检测装置检测数值信息异常时在，自动发出报警信息。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]1)本专利技术充分利用隧道斜井空间放置储热装置，避免占用地上空间或者另外挖掘地下空间放置储热装置，减少储热装置的占地和建造成本。
[0032]2)本专利技术公开的方案用隧道斜井代替立井导入地下储气室，便于人员和重型机械进入地下，有利于后期的保养和维护。
[0033]3)通过输水管道连接地上水源和地下储气室，相比于整个立井充满水的方案，可以降低立井底部输水管道淤塞风险，避免输气管道和隧道浸泡在水中，减小故障率，易于系统运行过程中的保养和维修。
[0034]4)地下储气室的自动清淤装置可以自动清理淤泥，有利于维持系统高效运行。
[0035]5)合理利用弃风、弃光电能增加储热量，提高膨胀发电过程中加热功率，从而更好地平滑风光波动性，提高发电功率和发电量。
附图说明
[0036]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，其特征在于，包括地下储气室，用于存储压缩空气；所述地下储气室由位于地下深处岩层中的隧洞构成；地上水源，用于维系所述地下储气室所需压强；动力设备；储热装置，设置有加热电阻；以及总控中心；所述地下储气室的内部设置有淤泥厚度检测装置、清淤装置和淤泥浓度检测装置，所述淤泥厚度检测装置、所述清淤装置、所述淤泥浓度检测装置均与所述总控中心信号连接；当所述总控中心获取的所述淤泥厚度检测装置、所述淤泥浓度检测装置检测的淤泥信息超过预设阈值时，控制所述清淤装置进行自动化清淤作业；储能时，外部空气经所述动力设备被压入至所述地下储气室的内部作为压缩空气存储，被压缩的外部空气放出的热能被所述储热装置收集并存储，所述地下储气室内部的水被排出返回至所述地上水源；发电时，所述地下储气室内部的压缩空气吸收存储的热能通过所述动力设备进行发电，所述地上水源的水进入所述地下储气室。2.根据权利要求1所述的隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，其特征在于，所述动力设备包括压缩机机组、膨胀机组、换热装置、电动机和发电机，所述电动机、所述发电机均与所述压缩机机组连接；所述换热装置设置于所述压缩机机组与所述储热设置之间；所述储热装置与所述地下储气室连接；所述压缩机机组、所述膨胀机组、所述换热装置、所述电动机、所述储热装置、所述发电机均与所述总控中心信号连接。3.根据权利要求2所述的隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，其特征在于，所述储热装置为隧道斜井空间经密封处理后的储热介质空腔；所述加热电阻利用弃风弃光电能为储热介质进行加热。4.根据权利要求3所述的隧道斜井储热等压强压缩空气储能系统，其特征在于，所述储热装置包括高温储热装置和低温储热装置，所述高温储热装置、所述低温储热装置均与所述换热装置通过管路连接；在工作过程中，储热介质从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖立业，聂子攀，张京业，邱清泉，
申请(专利权)人：齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院，
类型：发明
国别省市：