CN107786152B - 矿井水能地热能综合循环利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水能地热能换热热传导技术领域的矿井水能地热能综合循环利用系统，包括地面塌陷区集水池，所述地面塌陷区集水池的水面上漂浮有太阳能发电站，所述地面塌陷区集水池的左侧通过管道设有地面水处理系统和水源热泵系统，所述水源热泵系统通过管道连接有用户端，通过利用太阳能技术开发矿井潜在的水能和地热能资源，克服了太阳能发电的瓶颈；在不同的标高设置两个蓄水仓，实现了矿井水及水热资源的循环利用和矿井水力循环发电；整个系统的发电量可根据塌陷区水量、蓄水仓的容量和矿井涌水量个性化设置；该系统为生产矿井及废弃矿井的可持续发展提供了新途径。
Description
技术领域
本发明涉及水能地热能换热热传导技术领域，具体为矿井水能地热能综合循环利用系统。
背景技术
降低煤炭消费比重，大力发展水电、太阳能、风能、地热能等可再生能源，是我国能源结构调整的方向。随着煤炭去产能的深入推进，一批矿井将限产、停产，还有一批煤矿将被淘汰，成为废弃矿井。如何利用这些矿井资源，急需寻求有效的途径和方法，实现矿区区域经济、矿井可持续发展。
煤炭开采后，在地下形成巨大的、高落差地下采场空间，在地面一些矿区因开采塌陷将形成大面积积水水体。相对于地下采场空间，地面塌陷区积水水体蕴藏有丰富的势能，蓄水空间和水位落差均已存在，只需做相应的改造，即可实现塌陷区水体水力发电。
矿井水是煤炭生产过程中排放量最多的废水，一般采用在井下设置水仓的方法将不同水平的矿井水收集起来，再通过泵站将其抽到地表，直接作为废水排掉，而忽略了矿井水中所蕴含的低品位热能。矿井水温度常年在18℃至22℃之间，是非常好的低温热源。目前通过水源热泵技术，提取矿井水中的热量，为用户实现供暖和制冷，但提取热量后的矿井水并没有回灌到矿井中，未真正发挥矿井水中所蕴含的低品位热能效益，基于此，本发明设计了矿井水能地热能综合循环利用系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供矿井水能地热能综合循环利用系统，以解决上述背景技术中提出的废弃矿井资源亟需可持续发展和利用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：矿井水能地热能综合循环利用系统，包括地面塌陷区集水池，所述地面塌陷区集水池的水面上漂浮有太阳能发电站，所述地面塌陷区集水池的左侧通过管道设有地面水处理系统和水源热泵系统，所述水源热泵系统通过管道连接有用户端，所述地面水处理系统的另一侧通过管道连接有水轮机发电站、一级排水站和二级排水站，所述水轮机发电站和一级排水站的另一侧通过管道连接有一级蓄水仓，所述一级蓄水仓通过管道连接有井下生产用水系统，所述水源热泵系统的另一侧通过管道设有水泵，所述水泵的进水端通过管道连接有地下水处理系统，所述二级排水站和地下水处理系统的另一侧通过管道连接有二级蓄水仓，所述二级蓄水仓的另一侧通过管道连接有矿井涌水沉降池。
优选的，所述太阳能发电站包括浮体、追日装置、蓄电池和太阳能发电板，太阳能发电板通过逆变器与蓄电池电性连接，且太阳能发电板通过追日装置与浮体连接。
优选的，所述水轮机发电站和一级蓄水仓位于矿井下，且水轮机发电站的发电量由地面塌陷区集水池的水体和一级蓄水仓的天然落差及容积决定。
优选的，所述一级蓄水仓的标高高于二级蓄水仓，且两者间的落差由矿井井下生产空间决定。
优选的，所述一级排水站、二级排水站、水源热泵系统和水泵均通过电线与太阳能发电站连接。
优选的，所述二级蓄水仓与矿井涌水沉降池之间设有过滤装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用了煤矿开采已形成的地上地下空间，克服了地面水力发电站对地势落差等地貌环境的依赖；通过利用太阳能技术开发矿井潜在的水能和地热能资源，克服了太阳能发电的瓶颈；在不同的标高设置两个蓄水仓，实现了矿井水及水热资源的循环利用和矿井水力循环发电；整个系统的发电量可根据塌陷区水量、蓄水仓的容量和矿井涌水量个性化设置；该系统为生产矿井及废弃矿井的可持续发展提供了新途径。
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为本发明结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-地面塌陷区集水池，2-地面水处理系统，3-太阳能发电站，4-水轮机发电站，5-一级蓄水仓，6-一级排水站，7-二级蓄水仓，8-地下水处理系统，9-水泵，10-井下生产用水系统，11-水源热泵系统，12-用户端，13-二级排水站，14-矿井涌水沉降池。
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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：矿井水能地热能综合循环利用系统，包括地面塌陷区集水池1，地面塌陷区集水池1的水面上漂浮有太阳能发电站3，地面塌陷区集水池1的左侧通过管道设有地面水处理系统2和水源热泵系统11，水源热泵系统11通过管道连接有用户端12，地面水处理系统2的另一侧通过管道连接有水轮机发电站4、一级排水站6和二级排水站13，水轮机发电站4和一级排水站6的另一侧通过管道连接有一级蓄水仓5，一级蓄水仓5通过管道连接有井下生产用水系统10，水源热泵系统11的另一侧通过管道设有水泵9，水泵9的进水端通过管道连接有地下水处理系统8，二级排水站13和地下水处理系统8的另一侧通过管道连接有二级蓄水仓7，二级蓄水仓7的另一侧通过管道连接有矿井涌水沉降池14。
其中，太阳能发电站3包括浮体、追日装置、蓄电池和太阳能发电板，太阳能发电板通过逆变器与蓄电池电性连接，且太阳能发电板通过追日装置与浮体连接，吸收并将更多的太阳能转化成电能，水轮机发电站4和一级蓄水仓5位于矿井下，且水轮机发电站4的发电量由地面塌陷区集水池1的水体和一级蓄水仓5的天然落差及容积决定，一级蓄水仓5的标高高于二级蓄水仓7，且两者间的落差由矿井井下生产空间决定，一级排水站6、二级排水站13、水源热泵系统11和水泵9均通过电线与太阳能发电站3连接，二级蓄水仓7与矿井涌水沉降池14之间设有过滤装置，表面矿井涌水中的杂物堵住系统管道。
本实施例的一个具体应用为：通过地面塌陷区集水池1收集雨水和井下的一级蓄水仓5的天然落差，利用井下设置的水轮机发电站4，将蕴藏于地面塌陷区集水池1中水体的势能转化为电能；发电后水体进入井下的一级蓄水仓5后用于井下生产用水系统10，其余水量利用一级排水站6排出经地面水处理系统2汇入地面塌陷区集水池1，井下生产用水系统10生产后的污水和矿井涌水沉降池14收集的矿井涌水汇入到井下的二级蓄水仓7，一部分水经地下水处理系统8后作为水源热泵系统11的低温热源，其余水体利用二级排水站13排出，经地面水处理系统2后汇入地面塌陷区集水池1，利用地面塌陷区集水池1集水，实现了矿井水及水能、地热资源的循环利用；一级排水站6和二级排水站13、水源热泵系统11及水泵9所需电能由漂浮的太阳能发电站3提供。
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、材料或者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 (6)
1.矿井水能地热能综合循环利用系统，包括地面塌陷区集水池(1)，其特征在于：所述地面塌陷区集水池(1)的水面上漂浮有太阳能发电站(3)，所述地面塌陷区集水池(1)的左侧通过管道设有地面水处理系统(2)和水源热泵系统(11)，所述水源热泵系统(11)通过管道连接有用户端(12)，所述地面水处理系统(2)的另一侧通过管道连接有水轮机发电站(4)、一级排水站(6)和二级排水站(13)，所述水轮机发电站(4)和一级排水站(6)的另一侧通过管道连接有一级蓄水仓(5)，所述一级蓄水仓(5)通过管道连接有井下生产用水系统(10)，所述水源热泵系统(11)的另一侧通过管道设有水泵(9)，所述水泵(9)的进水端通过管道连接有地下水处理系统(8)，所述二级排水站(13)和地下水处理系统(8)的另一侧通过管道连接有二级蓄水仓(7)，所述二级蓄水仓(7)的另一侧通过管道连接有矿井涌水沉降池(14)。
2.根据权利要求1所述的矿井水能地热能综合循环利用系统，其特征在于：所述太阳能发电站(3)包括浮体、追日装置、蓄电池和太阳能发电板，太阳能发电板通过逆变器与蓄电池电性连接，且太阳能发电板通过追日装置与浮体连接。
3.根据权利要求1所述的矿井水能地热能综合循环利用系统，其特征在于：所述水轮机发电站(4)和一级蓄水仓(5)位于矿井下，且水轮机发电站(4)的发电量由地面塌陷区集水池(1)的水体和一级蓄水仓(5)的天然落差及容积决定。
4.根据权利要求1所述的矿井水能地热能综合循环利用系统，其特征在于：所述一级蓄水仓(5)的标高高于二级蓄水仓(7)，且两者间的落差由矿井井下生产空间决定。
5.根据权利要求1所述的矿井水能地热能综合循环利用系统，其特征在于：所述一级排水站(6)、二级排水站(13)、水源热泵系统(11)和水泵(9)均通过电线与太阳能发电站(3)连接。
6.根据权利要求1所述的矿井水能地热能综合循环利用系统，其特征在于：所述二级蓄水仓(7)与矿井涌水沉降池(14)之间设有过滤装置。
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