利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统的制作方法

1.本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统。

背景技术：

2.金属矿山围岩一般致密、坚硬、孔隙率低、密闭性好，不易透气，且能够承载足够大的压强。例如金矿的围岩金伯利岩、伟晶岩、角闪石英岩，铁矿的围岩变粒岩、石英砂岩，黄铁矿的围岩片岩、斑岩、花岗岩等。
3.而金属矿山采掘之后的巷道、平硐，坚固性好，稳定性好，对其合理应用，以避免长期闲置而造成的浪费，并减少对其改造所需的成本，具有重大的意义

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统，以实现硐室的合理应用，避免长期闲置而造成的浪费，且无需较大的改造成本。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，所述气液能相变用储能系统包括：储水箱、通气口阀门、设置在水箱内的电加热器、输电管线、补水管线、输气管线及硐室挡板；
7.所述储水箱和所述通气口阀门设置在废弃矿山的硐室内，所述硐室挡板密封设置在硐室的硐口；所述硐室包括巷道和平硐；
8.所述电加热器的电源输入端与输电管线的一端连接，所述输电管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输电管线用于将硐室外部的电能输送至所述电加热器的电源输入端；
9.所述补水管线的一端连接至所述储水箱的内部，所述补水管线的另一端位于所述硐室的外部，所述补水管线用于向所述储水箱输送介质；
10.所述通气口阀门与输气管线的一端连接，所述输气管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输气管线用于向硐室的外部输送蒸汽；
11.所述输电管线、补水管线和所述输气管线均穿过所述硐室挡板。
12.可选的，所述气液能相变用储能系统还包括顶部滑移台和底部滑移台；
13.所述硐室挡板的顶部和底部分别通过密封滑动连接槽与所述顶部滑移台和所述底部滑移台一一对应的可滑动连接。
14.可选的，所述气液能相变用储能系统还包括平台，所述平台设置在所述硐室的底部，所述储水箱设置在所述平台上。
15.可选的，所述气液能相变用储能系统还包括设置在所述硐室的底部的集水池和潜水泵。
16.可选的，所述补水管线的一端设置有定压补水器。
17.可选的，所述储水箱的数量为多个。
18.一种利用废弃矿山的风光热联合供电系统，所述供电系统包括风电机组、光电盖板、直供电站、调峰电站、补水站和上述的气液能相变用储能系统；
19.所述风电机组敷设在废弃矿山的渣石堆上，所述光电盖板敷设在废弃矿山的露天采坑内；
20.所述风电机组和所述光电盖板均与所述直供电站连接；
21.所述气液能相变用储能系统中的输电管线的另一端与直供电站连接；
22.所述气液能相变用储能系统中的补水管线的另一端与所述补水站连接；
23.所述气液能相变用储能系统中的输气管线的另一端与所述调峰电站连接；
24.所述直供电站和所述调峰电站均与用电工程连接。
25.可选的，所述调峰电站包括蒸汽轮机发电站；
26.所述蒸汽轮机发电站的进气口与所述输气管线的另一端连接，所述蒸汽轮机发电站的电能输出端与所述用电工程连接。
27.可选的，所述调峰电站还包括orc(organic rankine cycle，有机朗肯循环)发电站和余热利用综合站；
28.所述orc发电站的进气口与所述蒸汽轮机发电站的出气口连接，所述orc发电站的出气口与所述余热利用综合站的进气口连接，所述余热利用综合站的出气口与所述补水站连接。
29.可选的，所述orc发电站还可以替换为高温热泵，利用高温热泵对温度进行提取，对注入储水箱的矿井水等水体进行提温，降低供电系统的能耗和成本。
30.可选的，所述余热利用综合站包括补热系统、供暖系统或种养殖系统。
31.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
32.本发明公开了一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统，所述气液能相变用储能系统包括：储水箱、通气口阀门、设置在水箱内的电加热器、输电管线、补水管线、输气管线及硐室挡板；所述储水箱和所述通气口阀门设置在废弃矿山的硐室内，所述硐室挡板密封设置在硐室的硐口；所述电加热器的电源输入端与输电管线的一端连接，所述输电管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输电管线用于将硐室外部的电能输送至所述电加热器的电源输入端；所述补水管线的一端连接至所述储水箱的内部，所述补水管线的另一端位于所述硐室的外部，所述补水管线用于向所述储水箱输送介质；所述通气口阀门与输气管线的一端连接，所述输气管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输气管线用于向硐室的外部输送蒸汽；所述输电管线、补水管线和所述输气管线均穿过所述硐室挡板。本发明利用硐室的坚固性好且稳定性好的优点，直接将硐室作为储藏高压气体的容器，将储水箱设置在该容器内，储水箱加热产生的高压高温的气体从输气管线输出，进而形成气液能相变用储能系统，实现了硐室的合理应用，避免了长期闲置而造成的浪费，且无需较大的改造成本。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明实施例提供的一种利用废弃矿山的风光热联合供电系统的结构示意图；
35.图2为本发明实施例提供的电磁驱动螺杆的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本发明的目的是提供一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统，以实现硐室的合理应用，避免长期闲置而造成的浪费，且无需较大的改造成本。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.实施例1
40.压力的增大会使得水的沸点升高，1个标准大气压下水的沸点为100℃，2个标准大气压下水的沸点约120℃，5个标准大气压下水的沸点为151℃，10个标准大气压下水的沸点为180℃。基于此，本发明实施例提供一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统。
41.如图1所示，所述气液能相变用储能系统包括：储水箱、通气口阀门、设置在水箱内的电加热器、输电管线、补水管线、输气管线及硐室挡板；所述储水箱和所述通气口阀门设置在废弃矿山的硐室内，所述硐室挡板密封设置在硐室的硐口；所述硐室包括巷道和平硐；所述电加热器的电源输入端与输电管线的一端连接，所述输电管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输电管线用于将硐室外部的电能输送至所述电加热器的电源输入端；所述补水管线的一端连接至所述储水箱的内部，所述补水管线的另一端位于所述硐室的外部，所述补水管线用于向所述储水箱输送介质；所述通气口阀门与输气管线的一端连接，所述输气管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输气管线用于向硐室的外部输送蒸汽；所述输电管线、补水管线和所述输气管线均穿过所述硐室挡板。其中，储水箱的数量可为多个，对于具体个数在此不做限制，可根据硐室的大小而定。
42.本发明实施例1将金属矿山采矿形成的地下的硐室(包括巷道和平硐)进行改造，由于金属矿山围岩较坚硬，密闭性好，不易变形，简单在硐室壁喷涂隔热材料即可形成密闭隔热腔体。在硐室的底部搭建水泥或其他材质的平台，平整硐室的底板面，以及对硐室的底板面进行加固，形成平台。在平台上方根据硐室的宽、高建设适宜的储水箱，储水箱应能耐高温。
43.硐室的硐口处建设密闭设施，包括顶部滑移台、底部滑移台、以及硐室挡板组成，三者结合可对硐室进行封闭，硐室挡板与顶部滑移台、底部滑移台之间结合部位有密封可滑动接槽，以及电磁驱动螺杆，用于人工维护调试进出。底部滑移台中埋设输电线管，输电管线送入硐室。底部滑移台埋设输水管线，用于对储水箱进行补水。具体的，当进行人工维护时，通过硐室挡板在顶部滑移台、底部滑移台的滑动，释放硐室内的高压；当正常工作时，
通过电磁驱动螺杆固定硐室挡板。电磁驱动螺杆的结构如图2所示，其中的匹配螺杆a设置在顶部滑移台和底部滑移台的第一预设位置，匹配螺杆b设置在硐室挡板的第二预设位置，当需要需要固定时，移动硐室挡板，使第一预设位置和第二预设位置正对，然后通电，驱动匹配螺杆b向匹配螺杆a的方向运动，实现紧固，该紧固方式仅为常用方式中的一种，用以说明本方案的可行性，不限定本发明的保护范围。
44.每个储水箱中安置电加热器，用于电热转换。电加热器由通过输电管线与地表的直供电站(井下输电总控)相连。输电管线可由输电管路支撑架支撑。
45.每个储水箱内部定压补水器，通过补水管线对储水箱补水。补水管线通至地表，与地表的补水站相连。
46.顶部滑移台内部埋设有输气管线，输气管线深入硐室，并在顶部滑移台内侧设有通气口阀门，输气管线通至地表的调峰电站，在地表的调峰电站的前端设有通气阀门。
47.气液能相变用储能系统还包括设置在所述硐室的底部的集水池和潜水泵。以实现硐室内的水的收集。
48.实施例2
49.本发明实施例2提供一种利用废弃矿山的风光热联合供电系统，所述供电系统包括风电机组、光电盖板、直供电站、调峰电站、补水站和上述的气液能相变用储能系统；所述风电机组敷设在废弃矿山的渣石堆上，所述光电盖板敷设在废弃矿山的露天采坑内；所述风电机组和所述光电盖板均与所述直供电站连接；所述气液能相变用储能系统中的输电管线的另一端与直供电站连接；所述气液能相变用储能系统中的补水管线的另一端与所述补水站连接；所述气液能相变用储能系统中的输气管线的另一端与所述调峰电站连接；所述直供电站和所述调峰电站均与用电工程连接。
50.本发明实施例2在渣土堆敷设风电机组、在露天采坑敷设光电机组，通过集电线路输送至直供电站，实现地表废弃矿坑利用。示例性的，本发明实施例2中的光电机组还可布设于地表渣土山、矿坑及塌陷区，此时该光电机组采用水面光伏发电。
51.示例性的，所述调峰电站包括蒸汽轮机发电站；所述蒸汽轮机发电站的进气口与所述输气管线的另一端连接，所述蒸汽轮机发电站的电能输出端与所述用电工程连接，通过调峰电站的蒸汽轮机发电站二次发电。
52.示例性的，所述调峰电站还包括orc发电站和余热利用综合站；所述orc发电站的进气口与所述蒸汽轮机发电站的出气口连接，所述orc发电站的出气口与所述余热利用综合站的进气口连接，所述余热利用综合站的出气口与所述补水站连接。经过蒸汽轮机发电站发电后的高温气体进入orc发电站，利用温度形成其他材质体积变化做功发电，进行热能提取。温度为40
°‑
70
°
度之间的液体输送至余热利用综合站，通过烘干为其他需热设置补热、供暖、种养殖等方式进一步提取热能。充分提取热能后，将水体灌入补水站，对井下进行供水。
53.本发明实施例中的废弃矿山的硐室可用于金属矿山调峰储能，亦可用于采煤矿山巷道，完成生产任务后，做处理后进行改造。
54.本发明实施例2的工作原理为：
55.(1)将风电、光电发出的电通过集电线路收集，汇聚至直供电站，直供电站一部分电能输送至用电工程利用，高于用电需求无法利用的部分，沿输电管线输送至地下，通过地
下硐室储水箱中电加热器对储水箱中的水进行加热。
56.(2)水被持续加热形成蒸汽，体积剧烈膨胀，由于硐室的体积固定，持续膨胀的蒸汽的体积不能得到扩散，造成硐室内压力持续增大。而压力的增大又进一步提升了水变成蒸汽的临界点。当压力达到2个大气压时，水汽相变需要临界温度119℃，当压力达到5个大气压时水汽相变需要临界温度150℃，当压力达到10个大气压时，水汽相变临界温度为180℃。相变临界温度的增高，增加了水的储热能力，增加了硐室内储能的能力。从热导率、密闭性、安全性的角度，可将硐室温度设定为150—180℃，硐室压力处于5-10mpa。
57.(3)在风电、光电供电效能弱化时，打开输气口阀门，将高压气体缓慢放出，驱动蒸汽轮机发电站二次发电。高压气体放出后，硐室内的压力逐步下降，使得水的沸点逐步下降。当硐室内压力由10mpa降低为5mpa时，水的沸点由180
°
降为150
°
，水的沸点降低，使得水汽转化更充分，水汽持续转化，延缓了硐室内压力下降的降幅和速率。则温度和压力储存的能量得到统一的、缓慢的释放，使得蒸汽轮机二次发电稳定、可控。
58.(4)经过蒸汽轮机发电站发电后的高温气体进入orc发电站，利用温度形成其他材质体积变化做功发电，进行热能提取。此时气体变为液体二次放热，并逐步降低温度至小于70
°
。
59.(5)温度为40
°‑
70
°
度之间的液体输送至余热利用综合站，通过烘干、为其他需热设置补热、供暖、种养殖等方式进一步提取热能。充分提取热能后，将水体灌入补水站，对井下进行供水，至此达成了常温水—高温高压汽—高温汽—高温水的水体循环和电能—物理能—机械能—电能的能量循环。
60.发明优势：
61.一、风电清洁能源开发利用时效性强，不稳定，弃风弃光现象明显，研发多能互补转化，进行电能调峰填谷，可充分利用风光电设施，增强风光电设施发电效率，平稳电能输出。
62.二、本发明利用金属废弃渣土山、露天坑及地下采掘工程，进行改造，基于水热相变、硐室压变能够人为平抑电能峰谷波动，以便更好的利用。
63.三、废弃金属矿山硐室其独特的特性，适宜于改造，利用本发明改造后可将废弃矿山进行二次发电。
64.四、利用水相变及水相变造成的压力变进行电能—物理能—机械能—电能的能量转换，能量改变过程中能量损耗较低。大大提高了无法储能造成的弃风弃光问题，提高清洁能源利用率。根据调查统计，用电高峰电价大于1元，用电低谷电价小于0.2元，利用本体系经济社会效益巨大。
65.五、尽管岩体导热可能造成一部分热量损失，但在规模化、持续性运用的情况下，损失的能量较少，利用本体系可将70％的弃风、弃光转化为能源。
66.六、本发明属于风光储清洁能源开发利用体系、属于废弃矿山二次开发利用体系，经济效益高。
67.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
68.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述气液能相变用储能系统包括：储水箱、通气口阀门、设置在水箱内的电加热器、输电管线、补水管线、输气管线及硐室挡板；所述储水箱和所述通气口阀门设置在废弃矿山的硐室内，所述硐室挡板密封设置在硐室的硐口；所述电加热器的电源输入端与输电管线的一端连接，所述输电管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输电管线用于将硐室外部的电能输送至所述电加热器的电源输入端；所述补水管线的一端连接至所述储水箱的内部，所述补水管线的另一端位于所述硐室的外部，所述补水管线用于向所述储水箱输送介质；所述通气口阀门与输气管线的一端连接，所述输气管线的另一端位于所述硐室的外部，所述输气管线用于向硐室的外部输送蒸汽；所述输电管线、补水管线和所述输气管线均穿过所述硐室挡板。2.根据权利要求1所述的利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述气液能相变用储能系统还包括顶部滑移台和底部滑移台；所述硐室挡板的顶部和底部分别通过密封滑动连接槽与所述顶部滑移台和所述底部滑移台一一对应的可滑动连接。3.根据权利要求1所述的利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述气液能相变用储能系统还包括平台，所述平台设置在所述硐室的底部，所述储水箱设置在所述平台上。4.根据权利要求1所述的利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述气液能相变用储能系统还包括设置在所述硐室的底部的集水池和潜水泵。5.根据权利要求1所述的利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述补水管线的一端设置有定压补水器。6.根据权利要求1所述的利用废弃矿山的气液能相变用储能系统，其特征在于，所述储水箱的数量为多个。7.一种利用废弃矿山的风光热联合供电系统，其特征在于，所述供电系统包括风电机组、光电盖板、直供电站、调峰电站、补水站和权利要求1-6任一项所述的气液能相变用储能系统；所述风电机组敷设在废弃矿山的渣石堆上，所述光电盖板敷设在废弃矿山的露天采坑内；所述风电机组和所述光电盖板均与所述直供电站连接；所述气液能相变用储能系统中的输电管线的另一端与直供电站连接；所述气液能相变用储能系统中的补水管线的另一端与所述补水站连接；所述气液能相变用储能系统中的输气管线的另一端与所述调峰电站连接；所述直供电站和所述调峰电站均与用电工程连接。8.根据权利要求7所述的利用废弃矿山的风光热联合供电系统，其特征在于，所述调峰电站包括蒸汽轮机发电站；所述蒸汽轮机发电站的进气口与所述输气管线的另一端连接，所述蒸汽轮机发电站的电能输出端与所述用电工程连接。
9.根据权利要求8所述的利用废弃矿山的风光热联合供电系统，其特征在于，所述调峰电站还包括orc发电站和余热利用综合站；所述orc发电站的进气口与所述蒸汽轮机发电站的出气口连接，所述orc发电站的出气口与所述余热利用综合站的进气口连接，所述余热利用综合站的出气口与所述补水站连接。10.根据权利要求9所述的利用废弃矿山的风光热联合供电系统，其特征在于，所述余热利用综合站包括补热系统、供暖系统或种养殖系统。

技术总结

本发明公开了一种利用废弃矿山的气液能相变用储能系统及联合供电系统，所述气液能相变用储能系统包括：储水箱、通气口阀门、设置在水箱内的电加热器、输电管线、补水管线、输气管线及硐室挡板。本发明利用硐室的坚固性好且稳定性好的优点，直接将硐室作为储藏高压气体的容器，将储水箱设置在该容器内，储水箱加热产生的高压高温的气体从输气管线输出，进而形成气液能相变用储能系统，实现了硐室的合理应用，避免了长期闲置而造成的浪费，且无需较大的改造成本。的改造成本。的改造成本。