CN105978165B - 一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法 - Google Patents

一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法。包括如下步骤承载轨道的设置、输送装置的更换、硬石膏矿采空区的表面清理、储能机组的建立、散热系统的建立、地面设施的建立等过程。本发明通过在硬石膏矿采空区的支巷道内放置储能机组，由于硬石膏矿采空区位于地下较深位置，温度比较恒定，不受外界环境的影响，使得储能机组的运行效率高，降低对储能机组的温度维护成本；而且将储能机组设置在硬石膏矿采空区内，减少储能机组的占地面积。

Description

一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法
技术领域
本发明属于硬石膏矿储电技术领域，特别是涉及一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法。
背景技术
面对日益枯竭的传统能源，不断恶化的环境，世界各国加快了寻找替代能源的步伐，纷纷出台新能源政策和措施，新能源产业正成为未来经济发展的主要增长点。储能技术与新能源应用、电网的发展紧密相连，可以有效提高能源利用效率，并且可以解决偏远地区供电等问题。
储能蓄电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。电池储能系统与光伏、风力发电结合，平滑功率输出，提高电网接纳比例，充分利用新能源，减少有害气体的排放；调节负荷曲线，削峰填谷，提高配电设备和线路的利用率，参与电网调频，改善大电网的供电水平；作为微型电网的重要组成部分，解决民生问题，改善局部地区供电质量；为特殊地区如灾害现场、地铁站、机场码头、军事基地等提供应急电力。
由于风能的波动和负荷的扰动，特别是在孤网运行且风能穿透比较高(或风机停机)时，微电网需要大型储能系统来保证系统电能的稳定性。电池储能系统具有快速、独立地输出有功/无功的潜在能力，在负荷平定、不间断电源、电能质量治理等方面具有很高的应用价值。
电能的储存一般采用电池组，如锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池或钒电池或超级电容进行储存电能，一般将该电池或电容组成储电机组，并建立存放该机组的箱体，一般是将箱体固定在地面上，该方式占用地面较大，而且易受到自然环境的影响，环境的温度变化会对电池的储能效率产生影响。
发明内容
本发明为一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，通过在硬石膏矿采空区的支巷道内放置储能机组，或采用储存压缩空气的方式进行电能的储存，解决了现有的电能的储存一般采用电池组，建立存放该机组的箱体，一般是将箱体固定在地面上，该方式占用地面较大，而且易受到自然环境的影响，环境的温度变化会对电池的储能效率产生影响等问题。
本发明提供了硬石膏矿采空区在储能、储物方面的方法，包括如下步骤：
a承载轨道的设置：在硬石膏矿的支巷道上铺设一层地基，在地基上固定轨道，轨道上配合有承载输送设施；
b输送装置的更换：将硬石膏矿开采用的运料车斗更换成平板轨道车，将主巷道内的采矿设备移除；
c硬石膏矿采空区的表面清理：将主巷道和支巷道内的地面碎石，灰尘杂物清理干净，再通过高压水进行表面的清洗，再通过鼓风风干；
d储能机组的建立：将储能机组放置在平板轨道车上，通过井道内的输送电梯运送到主巷道的轨道上，将储能机组运送到支巷道的承载输送设施上；
e散热系统的建立：在井道的两端分别安装有散热装置，在支巷道的端口处同样安装有散热装置；散热装置用于对巷道内进行空气的流通和降温；
f地面设施的建立：地面上设置有供电输出和供电输入，通过供电输入端将电量存储到储能机组内，当需要供电时，通过供电输出端输出电量，供电输入端电量的来源来自风能的垃圾电或光伏的电能或市电的谷电；所述地面上还设置有中压开关柜和低压开关柜，所述储能机组分别与中压开关柜和低压开关柜电连接。
进一步地，所述步骤a中承载输送设施的结构采用双层金属板，在两金属板的夹层内固定有橡胶层，在一金属板的表面固定有与轨道配合的滚轮。
进一步地，所述步骤b中的平板轨道车采用电动的形式，通过将储电机组放置在平板轨道车上运输到支巷道的承载输送设施上，便于对储能机组进行运输和安装。
进一步地，所述步骤c中所述硬石膏矿采空区的表面清理中还包括在主巷道和支巷道的内表面进行涂料的粉刷，涂料厚度在1mm-5mm。
进一步地，所述步骤d中所述储能机组为锂离子电池或钠硫电池或铅酸电池或钒电池或超级电容的储能形式，通过将相关的储能部件安装在支巷道内。
进一步地，所述主巷道和井道内还安装有可燃气体检测装置和温度检测装置；可燃气体检测装置包括可燃气体报警器、可燃气体探测器，用于检测巷道内的气体，避免危险气体对矿井造成危害；温度检测装置采用温度传感器，连接到控制终端，即主机服务器，通过设定支巷道内的适合储能机组的运行温度，来控制步骤e中散热装置的运行，一般储能机组的运行温度在5℃-15℃的范围；由于在硬石膏矿在地下300-500m的深度，温度比较恒定，不受外界环境的影响。
进一步地，所述步骤e中散热装置为工业大型风机，通过在主巷道、支巷道和井道上分别固定散热通风装置，将储存在支巷道内的储能机组的产热进行降温，使得储能机组稳定在波动小的范围内。
本发明具有以下有益效果：
本发明充分利用硬石膏矿采空区在储能、储物方面应用，石膏矿储能或储物的方式，具有节约土地、投资省、运营定员少、安全性高、环保污染少、使用寿命长等特点。通过在硬石膏矿采空区的支巷道内放置储能机组，由于硬石膏矿采空区位于地下较深位置，温度比较恒定，不受外界环境的影响，使得储能机组的运行效率高，降低对储能机组的温度维护成本；而且将储能机组设置在硬石膏矿采空区内，减少储能机组的占地面积。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的系统图；
图2为本发明的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的结构图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1和图2所示，本发明为一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，包括如下步骤：
(1)承载轨道的设置：在硬石膏矿的支巷道5上铺设一层地基，在地基上固定轨道，轨道上配合有承载输送设施；承载输送设施的结构采用双层金属板，在两金属板的夹层内固定有橡胶层，在一金属板的表面固定有与轨道配合的滚轮。
(2)输送装置的更换：将硬石膏矿开采用的运料车斗更换成平板轨道车，将主巷道4内的采矿设备移除；平板轨道车采用电动的形式，通过将储电机组放置在平板轨道车上运输到支巷道5的承载输送设施上，便于对储能机组进行运输和安装。
(3)硬石膏矿采空区的表面清理：将主巷道4和支巷道5内的地面碎石，灰尘杂物清理干净，再通过高压水进行表面的清洗，再通过鼓风风干；硬石膏矿采空区的表面清理中还包括在主巷道4和支巷道5的内表面进行涂料的粉刷，涂料厚度在1mm-5mm，在主巷道4和支巷道5的内表面刷一层涂料用于使表面干净，避免矿石表面的颗粒或灰尘的掉落，使得储能机组的放置环境保持干净，不对电池组造成灰尘或颗粒等杂质的影响。
(4)储能机组的建立：将储能机组放置在平板轨道车上，通过井道3内的输送电梯2运送到主巷道4的轨道上，将储能机组运送到支巷道5的承载输送设施上；储能机组为锂离子电池或钠硫电池或铅酸电池或钒电池或超级电容的储能形式，通过将相关的储能部件安装在支巷道5内。专利CN201110132695.5(《一种新能源发电系统的蓄电池组充放电系统及其控制方法》)中介绍了储能机组的充放电系统及其方法。应用该方法进行对该储能机组的充电和放电的形式。
在储能机组的建立中还包括现有技术中储能机组的整套系统，专利CN201410724747.1(《一种电池储能站的监控方法及监控系统》)中介绍了对电池储能方面的监控和监控方法，采用该方式对硬石膏矿采空区储存电能的监控和管理。
(5)散热系统的建立：在井道3的两端分别安装有散热装置，在支巷道5的端口处同样安装有散热装置；散热装置用于对巷道内进行空气的流通和降温；散热装置为工业大型风机，通过在主巷道4、支巷道5和井道3上分别固定散热通风装置，将储存在支巷道5内的储能机组的产热进行降温，使得储能机组稳定在波动小的范围内。
(6)地面设施的建立：地面1上设置有供电输出101和供电输入102，通过供电输入102端将电量存储到储能机组内，当需要供电时，通过供电输出101端输出电量，供电输入102端电量的来源来自风能的垃圾电或光伏的电能或市电的谷电；地面1上还设置有中压开关柜和低压开关柜，所述储能机组分别与中压开关柜和低压开关柜电连接。
主巷道4和井道3内还安装有可燃气体检测装置和温度检测装置；可燃气体检测装置包括可燃气体报警器、可燃气体探测器，用于检测巷道内的气体，避免危险气体对矿井造成危害；温度检测装置采用温度传感器，连接到控制终端，即主机服务器，通过设定支巷道5内的适合储能机组的运行温度，来控制散热装置的运行，一般储能机组的运行温度在5℃-15℃的范围；由于在硬石膏矿在地下300-500m的深度，温度比较恒定，不受外界环境的影响。
实施例二
压缩空气蓄能(CAES)电站是一种新型电能存储系统，具有动态响应快、经济性能高、环境污染小等优点，可起到负荷平衡、战略规划、提高供电质量的作用。其经济效益的来源可分为两部分，静态效益和动态效益。
利用电力系统低容负荷时的多余电能将空气压缩储存在地下洞穴中，需要时再放出，经加热后通过燃气轮机发电机组发电，以供尖峰负荷的需要。供给燃气轮机的能量是压缩空气的势能和用以加热空气的燃料化学能的总和。压缩空气蓄能电站在一个充压和释放的循环中发出的电量大于充压所需的电量。充、放能量之比称为电量比，一般为0.72～0.80，它取决于电站的规模和设计情况。在发电过程中，燃料消耗大约为4220kJ/kWh。
与常规燃汽轮机电站不同，压缩空气蓄能电站的汽轮机和压缩机布置在电动发电机组的两端，分别用离合器连接，这样可以各自独立运行。压缩空气蓄能电站压缩空气理想的储存深度是150～900m。在这样的深度下，每天的温度、压力变化不大时，空气库实际上是严密不漏的，也比较稳定。空气可以储存在岩盐或岩石中的人工洞穴中，也可利用天然的疏松的岩石含水层。
通过储存压缩空气进行电能的储存方式：基本途径：当电网能量需求较低时，利用富裕的电能驱动电机或空气压缩机，将空气压缩后储存在地下的腔室内(洞穴、废弃矿井等)。稍后释放压缩空气，气体膨胀驱动涡轮机工作发电，补充电网能量。
包括如下步骤：
(1)矿井的设备清理：将硬石膏矿采空区内的主巷道4内的设备清除；其中，将硬石膏矿采空区内的小火车轨道拆除、电缆拆掉，清除巷道内的设备机、压风机，只留出采空区。
(2)硬石膏矿采空区的表面处理：将主巷道4内的地面碎石、灰尘杂物清理干净，再通过高压水进行表面的清洗，并通过风机鼓风风干；其中，在对主巷道4的表面进行清理后，通过在主巷道4的内表面喷敷一层水泥浆，水泥浆厚度在2mm-5mm的范围，用以保护主巷道4的内表面在空气气压的冲击下保持结构的稳定，避免空气与石膏矿的矿石层发生侵蚀反应。
(3)巷道封堵：在硬石膏矿采空区的主巷道4与矿井的入口井3相交叉的位置分布进行封堵；其中，封堵工艺为：采用3m-5m厚的水泥墙封堵，在进行封堵浇注混凝土时，采用钢筋进行制模，浇注模上横向贯穿有进气管道和出气管道，封堵墙面距离入口井3的井口的中心线位置在5-20m的距离。
其中，在矿井的入口井1的入口到与主巷道4的交汇处的距离，等间距设置可燃气体检测装置，间距在10m-50m的范围；通过空气压力机将空气充入到主巷道4内，当主巷道4内的空气压力值在18-20MPa的范围，储存空气，当需要使用空气时，直接打开出气管道上的阀门进行空气的输出。
(4)安装设备：在进气管道上安装压力表，并将管口连接到空气压缩机，空气压缩机设置在主巷道4的地面上，通过一空气管道连接到进气管道上；出气管道连接另一空气管道引入到地表面上，并安装流量计和截止阀；进气管道和出气管道均采用不锈钢压力管道。
(5)空气的储存：引入空气源，在入口井1内固定两根空气管道，分别与主巷道4上的进气管道和出气管道连通；在入口井1内还固定有电缆管道。一空气管道一端连接到出气管道上，空气管道的另一端连接到发电机，通过压缩空气推动发电机转动发电，实现对电能的储存。
专利CN200410022747.3发明名称《利用废弃矿井的压缩空气蓄能发电站》的发明中介绍了利用压缩空气蓄能发电的方法，实现压缩空气推动汽轮机发电的过程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a承载轨道的设置：在硬石膏矿的支巷道(5)上铺设一层地基，在地基上固定轨道，轨道上配合有承载输送设施；
b输送装置的更换：将硬石膏矿开采用的运料车斗更换成平板轨道车，将主巷道(4)内的采矿设备移除；
c硬石膏矿采空区的表面清理：将主巷道(4)和支巷道(5)内的地面碎石，灰尘杂物清理干净，再通过高压水进行表面的清洗，再通过鼓风风干；
d储能机组的建立：将储能机组放置在平板轨道车上，通过井道(3)内的输送电梯(2)运送到主巷道(4)的轨道上，将储能机组运送到支巷道(5)的承载输送设施上；
e散热系统的建立：在井道(3)的两端分别安装有散热装置，在支巷道(5)的端口处同样安装有散热装置；
f地面设施的建立：地面(1)上设置有供电输出(101)和供电输入(102)；所述地面(1)上还设置有中压开关柜和低压开关柜，所述储能机组分别与中压开关柜和低压开关柜电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述步骤a中承载输送设施的结构采用双层金属板，在两金属板的夹层内固定有橡胶层，在一金属板的表面固定有与轨道配合的滚轮。
3.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述步骤b中的平板轨道车采用电动的形式，通过将储能机组放置在平板轨道车上运输到支巷道(5)的承载输送设施上。
4.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述步骤c中所述硬石膏矿采空区的表面清理中还包括在主巷道(4)和支巷道(5)的内表面进行涂料的粉刷，涂料厚度在1mm-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述步骤d中所述储能机组为锂离子电池或钠硫电池或铅酸电池或钒电池或超级电容的储能形式。
6.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述主巷道(4)和井道(3)内还安装有可燃气体检测装置和温度检测装置。
7.根据权利要求1所述的一种基于硬石膏矿采空区储存电能的方法，其特征在于，所述步骤e中散热装置为工业大型风机。
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