适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统

专利查询2022-9-11  155



1.本实用新型涉及开发一套废弃矿井抽水蓄能电站的稳压和排气能量回收系统,可广泛应用于利用地下倾斜巷道封堵将废弃煤矿井、废弃金属矿井改造的抽水蓄能电站。


背景技术:

2.随着国内外“碳达峰碳中和”的目标提出和实施,一是需要更环保、更高效率的开发和利用资源,二是需要加大风光可再生能源利用幅度,同时配套建设大规模的储能电站。利用地下巷道封堵将废弃煤矿井、废弃金属矿井改造成为抽水蓄能电站,将会实现资源循环利用,同时大幅度降低储能电站的成本,降低风光可再生能源的发电成本,促进风光资源的开发利用。
3.通过调研收资,大部分的废弃煤矿、废弃金属矿地下巷道为上下倾斜巷道,封堵成为地下水库后,地下水库的落差将超过100m以上,有的倾斜巷道落差达到200~300m,远超出水泵、水轮发电机组高效率的工作区域。为解决高差的影响,一是采用多台水泵、水轮机发电机组,在不同时段运行,梯次利用,大幅度增加水泵、水轮机发电机组的工艺设备投资;二是采用高压变频器控制水泵、水轮机发电机组的转速,使设备在高效率区域运行,但电气设备增加造成的投资更加巨大。
4.另外由于地下巷道封堵成的水库结构为有限空间,当地上水库的水通过水轮机发电后排入地下水库,随着水位上升,水库内的空气被挤压排出地下水库,空气流速较高,有时将达到30~50m/s,水库排气的余压造成流速过高,一是带来对周边环境的噪声影响,二是存在较大的能量损失。已有煤矿的对外排风系统,用作抽水蓄能电站时不再适用。


技术实现要素:

5.本实用新型要解决的技术问题是:针对废弃煤矿、废弃金属矿等地下巷道,解决现有能量损失大、排风系统不适用的问题,提供一种适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统。
6.一种适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统,包括地下巷道水库,地下巷道水库通过升压水泵连通地上水库,地上水库还连接水轮发电机组,地下巷道水库通过排气主管道与大气相连进行排气,还包括巷道空气室,巷道空气室通过支管道连通排气主管道连通,在支管道上设置充气管道电动阀门;在所述的排气主管道上还设置有对空排气电动阀门,对空排气电动阀门的空气侧连接两个排气支路:其一,直接通过对空排气旁路电动阀门对空排气;其二,通过空气透平发电机组进口电动阀门连接低压差低转速变速空气透平发电机组,低压差低转速变速空气透平发电机组设置排气出口。
7.在地下巷道水库的最低点设置地下巷道水库水侧最低点测压装置,在其空气侧设置地下巷道水库空气侧测压装置。
8.采用上述技术方案的本实用新型,通过利用地下已有巷道改造封堵、密封,改造为压力空气室,对地下巷道水库进行稳压,扩大水泵、水轮发电机组的高效率运行范围,减少
设备能源消耗,有效降低设备投资成本。
9.本实用新型在排气管道上加装低压差低转速变速空气透平发电机组对排气余压带来的能量进行回收利用发电,同时排出口的气压将与大气环境气压相差极小,降低给环境带来的噪声。
附图说明
10.图1为本实用新型的原理结构图。
具体实施方式
11.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图,对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
12.本实用新型,一种废弃矿井抽水蓄能电站的稳压和排气能量回收系统,在原有的抽水蓄能系统上进行改进。原有抽水蓄能系统包括地下巷道水库2,地下巷道水库2通过升压水泵3连通地上水库1,地上水库1还连接水轮发电机组4,原有的地下巷道水库2通过排气主管道13直接与大气相连进行排气。原有的抽水蓄能系统在电能富裕时,将地下巷道水库2内的水通过提升水泵3排入地上水库1储存,电能转化为势能,当需要用电时,将地上水库1内的水流入水轮发电机组4进行发电,势能转化为电能。地下巷道水库2内空气侧通过排气主管道13直接和大气相连,对地下水库进行排气和补气。
13.本实用新型改进后的系统,在地下巷道水库2的最低点设置地下巷道水库水侧最低点测压装置12,在其空气侧设置地下巷道水库空气侧测压装置6;另外,新增设置巷道空气室5,巷道空气室5通过支管道14连通排气主管道13连通,在支管道14上设置充气管道电动阀门8;在所述的排气主管道13上还设置有对空排气电动阀门7,对空排气电动阀门7的空气侧连接两个排气支路:其一,直接通过对空排气旁路电动阀门10对空排气;其二,通过空气透平发电机组进口电动阀门11连接低压差低转速变速空气透平发电机组9,低压差低转速变速空气透平发电机组9设置排气出口。需要说明的是,为正常工作需要,地下巷道水库水侧最低点测压装置12、地下巷道水库空气侧测压装置6、充气管道电动阀门8、对空排气电动阀门7、对空排气旁路电动阀门10、空气透平发电机组进口电动阀门11均与控制器相连接。
14.本实用新型的工作原理是:
15.1、稳压系统:在地下巷道水库2的排气主管道上连接有巷道空气室5,并以充气电动阀门8为开关,控制巷道空气室5进行充放气,对地下巷道水库2进行稳压控制。本实用新型利用巷道空气室5进行充放气,形成压力气囊,稳定地下巷道水库2的压强,提高水泵、水轮发电机组运行效率。
16.2、余压发电系统:巷道空气室5之后排气管道上连接有低压差低转速变速空气发电机组9,并以对空排气电动阀门7、空气透平发电机组进口电动阀门11进行余压发电回收能量和降低噪声功能开关控制,本实用新型以低压差低转速变速空气透平发电机组9发电,回收地下巷道水库2空气侧的余压能量,同时降低环境噪声,提高整套系统的能源利用效率。
17.3、微压差直接排气充放气系统:在对空排气电动阀门7与空气透平发电机组进口
电动阀门11之间排气管道与大气直接相连,排气管道出口处设置格珊式消音器,并以对空排气旁路电动阀门10进行常压充放气控制。
18.4、压力监测系统:在地下巷道水库2的顶部排气管道装设空气侧测压装置6,地下巷道水库2的底部水管道附近装设水侧测压装置12,通过测出的压强控制充气电动阀门8、对空排气电动阀门7、空气透平发电机组进口电动阀门11、空排气旁路电动阀门10的开关顺序。
19.本实用新型的工作过程是:
20.地上水库放水发电阶段:地上水库1内的水通过水轮发电机组4进行发电并流入地下巷道水库2中,地下巷道水库2水位上升,关闭对空排气阀门7,打开充气管道电动阀门8,巷道空气室5通过管道与地下巷道水库2连通,保持气侧压力平衡,随着水位继续上升,地下巷道水库2装设的地下巷道水库水侧最低点测压装置12和地下巷道水库空气侧测压装置6测得压强持续升高,空气被挤压入巷道空气室5储存,地下巷道水库2的压强维持在一定范围内,保证水轮发电机组的高效率运行。
21.地下巷道水库水侧最低点测压装置12测得压强超出水轮发电机组4高效率运行范围时,需要排除空气进行降压,此时关闭充气管道电动阀门8和对空排气旁路电动阀门10,切断巷道空气室5和地下巷道水库2的连通,打开对空排气阀门7和空气透平发电机组进口电动阀门11,使地下巷道水库2上部的高压气体通过管道进入低压差低转速变速空气透平发电机组9进行发电,降压后排入大气,既回收能量也降低噪声。由于气体排出,地下巷道水库2的水侧压力下降,水轮发电机组重新回归高效率运行区域。
22.当地下巷道水库空气侧测压装置6检测气压与外界大气压相差不大,不足以驱动低压差低转速变速空气透平发电机组9进行发电,关闭空气透平发电机组进口电动阀门11,打开对空排气旁路电动阀门10,将剩余气体通过管道、管道出口消音器排向大气。
23.地上水库储水蓄能阶段:首先打开对空排气旁路电动阀门10,对空排气电动阀门7,保持充气管道电动阀门8关闭状态,提升水泵3开始工作,将水提升至地上水库1。当地下巷道水库2内水位降低,地下巷道水库水侧最低点测压装置12测的压强低于提升水泵3高效率工作范围,关闭对空排气旁路电动阀门10、对空排气电动阀门7,将外界大气与地下巷道水库2隔离,开启充气管道阀门8,使巷道空气室5内高压气体部分流入地下巷道水库2,地下巷道水库水侧最低点测压装置12测的压强开始回升,提高提升水泵3工作效率。当提升水泵3将地下巷道水库2的水绝大部分提升至地上水库1时,停止水泵运行,保持排气系统各阀门状态,巷道空气室5与地下巷道水库2连通,维持空气侧压力,等待进入下一次循环。
24.最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征:
1.一种适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统,包括地下巷道水库(2),地下巷道水库(2)通过升压水泵(3)连通地上水库(1),地上水库(1)还连接水轮发电机组(4),地下巷道水库(2)通过排气主管道(13)与大气相连进行排气,其特征在于:还包括巷道空气室(5),巷道空气室(5)通过支管道(14)连通排气主管道(13),在支管道(14)上设置充气管道电动阀门(8);在所述的排气主管道(13)上还设置有对空排气电动阀门(7),对空排气电动阀门(7)的空气侧连接两个排气支路:其一,直接通过对空排气旁路电动阀门(10)对空排气;其二,通过空气透平发电机组进口电动阀门(11)连接低压差低转速变速空气透平发电机组(9),低压差低转速变速空气透平发电机组(9)设置排气出口。2.根据权利要求1所述的适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统,其特征在于:在地下巷道水库(2)的最低点设置地下巷道水库水侧最低点测压装置(12),在其空气侧设置地下巷道水库空气侧测压装置(6)。

技术总结
一种适用于废弃矿井抽水蓄能的稳压排气回收能量系统,地下巷道水库通过升压水泵连通地上水库,地上水库还连接水轮发电机组,地下巷道水库与大气相连进行排气,还包括巷道空气室,巷道空气室通过支管道连通排气主管道连通,在支管道上设置充气管道电动阀门;在所述的排气主管道上还设置有对空排气电动阀门,对空排气电动阀门的空气侧连接两个排气支路:其一,直接通过对空排气旁路电动阀门对空排气;其二,通过空气透平发电机组进口电动阀门连接低压差低转速变速空气透平发电机组。本实用新型通过利用地下已有巷道进行改造,对地下巷道水库进行稳压,扩大水泵、水轮发电机组的高效率运行范围,减少设备能源消耗,有效降低设备投资成本。投资成本。投资成本。


技术研发人员:程文皓 张浩程
受保护的技术使用者:西北农林科技大学
技术研发日:2021.09.24
技术公布日:2022/3/8

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