一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统和方法，涉及压缩空气储能技术领域，该系统包括封堵机构、进气机构、出气机构、压力监测机构、水文观测孔和瓦斯压力监测孔，所述封堵机构将报废煤矿的可利用空间封堵形成密闭的储气空间，所述进气机构和所述出气机构分别能够对所述储气空间进气控制和出气控制，所述压力监测机构能够监测相邻于所述储气空间的井下废弃空间的压力，所述水文观测孔设置在矿区含水地层中，所述瓦斯压力监测孔设置在邻近矿井相关煤层中。本发明专利技术的优点在于：实现了大容量的压缩空气存储和释放，能够判断地层压力传递对临近矿井瓦斯赋存和水文的安全影响。全影响。全影响。

【技术实现步骤摘要】
一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统和方法


[0001]本专利技术涉及压缩空气储能
，尤其涉及一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统和方法。

技术介绍

[0002]储能技术是影响未来能源格局的关键技术之一，对提高能源效率，促进新能源相关产业发展，推动能源战略转型以及加快碳达峰、碳中和战略目标的实现具有重大意义。压缩空气储能，是继抽水蓄能之后，第二大被认为适合GW级大规模电力储能的技术。
[0003]压缩空气存储是压缩空气储能系统中核心环节之一。目前国内几处实施的方案是利用废弃的地下盐矿矿洞或高压储气罐储存压缩空气，存在的不足有：我国废弃且地质条件合适的盐矿矿洞较少且分布极不均衡，难以推广使用；目前国内中高压储罐的最大容积约100m3，用于大容量压缩空气储能系统显然远远不足，且造价高昂。
[0004]目前，利用煤矿地下空间存储压缩空气的技术尚处于起步阶段，一般考虑利用生产矿井的废弃岩巷，将其封堵形成密闭空间后进行储能，其重点在于考虑空间密闭技术和加固承压技术。如公布号为CN109356650A的专利文献公开了一种利用煤矿井下巷道进行压缩空气储能的方法，首先对巷道断面进行改造，然后对巷道两端面进行封堵，最后将柔性储气袋放入处理后的巷道内，通过连接于柔性储气袋的进气管和出气管进行压缩空气的存储和调用。公告号为CN110057121B的专利文献公开了一种利用废弃井工煤矿地热进行高效压气储能的方法及装置，将导热储气袋固定于不同深度的巷道内，各导热储气袋通过输气管连接充气压缩系统以及排气发电系统。
>[0005]现有的利用煤矿地下空间存储压缩空气的技术不足之处包括：(1)生产矿井的废弃岩巷的空间相对较小；(2)没有考虑高压气体渗漏所引起的地层压力传递对临近矿井瓦斯赋存和水文的安全影响；(3)没有考虑对进出气瓦斯浓度的监测；(4)没有考虑对高压气体所携带的大量热能的控制，存在一定隐患。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现大容量的压缩空气存储和释放，并且能够判断地层压力传递对临近矿井瓦斯赋存和水文的安全影响。
[0007]本专利技术是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，包括封堵机构、进气机构、出气机构、压力监测机构、水文观测孔和瓦斯压力监测孔，所述封堵机构将报废煤矿的可利用空间封堵形成密闭的储气空间，所述进气机构和所述出气机构分别能够对所述储气空间进气控制和出气控制，所述压力监测机构能够监测相邻于所述储气空间的井下废弃空间的压力，所述水文观测孔设置在矿区含水地层中，所述瓦斯压力监测孔设置在邻近矿井相关煤层中。
[0008]利用废弃煤矿进行压缩空气储能可以有效应对矿井报废退出后的经济和社会问题，废弃煤矿的巨大地下空间可实现大容量的压缩空气存储和释放；通过水文观测孔监测
地下水文变化情况，通过瓦斯压力监测孔监测邻近矿井相关煤层的瓦斯压力，将压力监测机构的监测数据与地下水文变化情况以及邻近矿井相关煤层的瓦斯压力相结合，能够综合分析储气空间的压力向周围岩层传递情况，相应判断地层压力传递对临近矿井瓦斯赋存和水文的安全影响，从而及时采取相应措施，保护临近矿井安全生产。
[0009]优选地，所述进气机构包括进气管和进气监测单元，所述进气管穿入所述储气空间中，所述进气监测单元包括设置在所述进气管上的第一流量传感器、第一压力传感器和第一温度传感器；所述出气机构包括出气管和出气监测单元，所述出气管穿入所述储气空间中，所述出气监测单元包括设置在所述出气管上的第二流量传感器、第二压力传感器、第二温度传感器和瓦斯浓度传感器。能够对进出气的流量、压力、温度、瓦斯浓度等情况进行监测，保证了储能安全。
[0010]优选地，所述进气管上还设置有第一电动闸阀和第一手动闸阀，所述出气管上还设置有第二电动闸阀和第三手动闸阀。方便自动控制和检修。
[0011]优选地，所述进气管上还设置有第一释压阀，所述出气管上还设置有第二释压阀。通过释压阀进行超压保护，检修时可拆除第一释压阀或第二释压阀，由无人机携带摄像机经由进气管或出气管进入储气空间观测检查。
[0012]优选地，所述进气机构还包括放空管和第二手动闸阀；所述放空管的一端连接所述进气管的中段，另一端连通外界空气；所述放空管上设置有第三手动闸阀。需要检查储气空间的内部情况时，关闭进气，打开出气，打开第二手动闸阀，可释放压缩空气。
[0013]优选地，所述出气管上还设置有过滤装置。过滤装置能够过滤井下的粉尘、水汽等，保护汽轮机等发电装置。
[0014]优选地，所述压力监测机构包括压力监测管、第三压力传感器和第四手动闸阀，所述压力监测管穿入相邻于所述储气空间的井下废弃空间中，所述压力监测管上设置有第三压力传感器和第四手动闸阀。第三压力传感器可监测井下废弃空间的压力变化情况，第四手动闸阀用于压力监测管的检修。
[0015]优选地，所述封堵机构包括封堵墙体和锚杆；所述封堵墙体采用圆锥台状钢筋混凝土结构，其大直径底面朝向低压侧，小直径底面朝向高压侧；沿所述封堵墙体的高度方向间隔设置有多层锚杆，每层多个锚杆沿所述封堵墙体的周向排成一圈；所述锚杆的一部分固定连接在所述封堵墙体中，另一部分固定连接在围岩中。具有较好的封堵和承压效果。
[0016]优选地，该系统还包括热交换机构，所述热交换机构连接在所述进气机构的上游。热交换机构可将高温压缩空气进行热交换至常温之后存储入井下空间，消除了高温带来的安全风险，同时避免了空气温度大幅变化对于岩壁密封质量的影响，交换出的热量可供气体释放时加热用。
[0017]利用报废煤矿进行压缩空气储能的方法，采用所述利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，包括以下步骤：
[0018]步骤一，选取报废煤矿的可利用空间；
[0019]步骤二，对可利用空间的围岩情况进行分析，对围岩薄弱地带进行注浆加固；
[0020]步骤三，加固完成后，对可利用空间先衬砌防渗漏混凝土，再内衬不锈钢板进行密封；
[0021]步骤四，密封完成后，通过封堵机构对可利用空间进行封堵，形成密闭的储气空
间，设置进气机构、出气机构、压力监测机构、水文观测孔和瓦斯压力监测孔；
[0022]步骤五，利用储气空间存储压缩空气，并持续监测地层压力传递对临近矿井瓦斯赋存和水文的安全影响；
[0023]步骤六，需要检查储气空间的内部情况时，先释放完毕储气空间中的压缩空气，然后由无人机携带摄像机进入储气空间观测检查；
[0024]步骤七，后期需要对围岩局部处理时，从地面注浆进行加固处理。
[0025]本专利技术的优点在于：
[0026]1、利用废弃煤矿进行压缩空气储能可以有效应对矿井报废退出后的经济和社会问题，废弃煤矿的巨大地下空间可实现大容量的压缩空气存储和释放。
[0027]2、通过水文观测孔监测地下水文变化情况，通过瓦斯压力监测孔监测邻近矿井相关煤层的瓦斯压力，将压力监测机构的监测数据与地下水文变化情况以及邻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：包括封堵机构、进气机构、出气机构、压力监测机构、水文观测孔和瓦斯压力监测孔，所述封堵机构将报废煤矿的可利用空间封堵形成密闭的储气空间，所述进气机构和所述出气机构分别能够对所述储气空间进气控制和出气控制，所述压力监测机构能够监测相邻于所述储气空间的井下废弃空间的压力，所述水文观测孔设置在矿区含水地层中，所述瓦斯压力监测孔设置在邻近矿井相关煤层中。2.如权利要求1所述的利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：所述进气机构包括进气管和进气监测单元，所述进气管穿入所述储气空间中，所述进气监测单元包括设置在所述进气管上的第一流量传感器、第一压力传感器和第一温度传感器；所述出气机构包括出气管和出气监测单元，所述出气管穿入所述储气空间中，所述出气监测单元包括设置在所述出气管上的第二流量传感器、第二压力传感器、第二温度传感器和瓦斯浓度传感器。3.如权利要求2所述的利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：所述进气管上还设置有第一电动闸阀和第一手动闸阀，所述出气管上还设置有第二电动闸阀和第三手动闸阀。4.如权利要求2所述的利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：所述进气管上还设置有第一释压阀，所述出气管上还设置有第二释压阀。5.如权利要求2所述的利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：所述进气机构还包括放空管和第二手动闸阀；所述放空管的一端连接所述进气管的中段，另一端连通外界空气；所述放空管上设置有第三手动闸阀。6.如权利要求2所述的利用报废煤矿进行压缩空气储能的系统，其特征在于：所述出气管上还设置有过滤装置。7.如权利要求1所述的利用报废煤矿进行压缩空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：许斌，秦勇，尹海生，李启，倪有李，
申请(专利权)人：煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：