CN110828862B - 一种盐穴液流电池的电能存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种盐穴液流电池的电能存储装置，包括：气囊，所述气囊位于盐穴内，所述盐穴位于地表下面，所述盐穴内存储有卤水，所述气囊内存储有电解液；第二管道，所述第二管道的一端与所述气囊连接，所述第二管道的另一端位于地表上面，所述第二管道用于向所述气囊内注入所述电解液；第一管道，所述第一管道嵌套在所述第二管道外面，所述第一管道的一端连接盐穴的井筒入口，所述第一管道的另一端位于地表上面，所述第一管道用于将所述卤水从所述盐穴内排出，采用这样的电能存储装置，将电解液与盐穴内的饱和卤水隔离，不会污染地下水资源，同时，无需更换原有的电解液，因此，可有效节约能耗。

Description

一种盐穴液流电池的电能存储装置
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种盐穴液流电池的电能存储装置。
背景技术
现有的盐穴液流电池是在地下盐穴中建造电池系统，将电能储存在液态电解质中。具体是采用盐水和可回收聚合物形成的电解液，并存储在地下的巨大盐穴中。
盐矿开采后遗留了几十万方的盐矿地下空间，每个盐洞的容量有10万立方米(350万立方英尺)，因此电池总容量也达到700MWh，输出功率可以达到120MW，可以为大约7.5万个家庭提供一天所需用电。因此，该盐穴的利用价值极高。
盐穴中本身是充满了饱和卤水，其中包含有饱和NaCl，还有K+、Ca2+、Mg2+，还有SO4 2 +、CO3 2+等，该金属离子对液流电池电解液的影响非常大，而且，液流电池的电解液采用重金属/硫酸混合物，有可能会污染地下水资源。
为了克服上述的问题，现有的方法是改变电解液，从而适应该盐穴原有的情况，具体是利用可回收聚合物作为盐水电解质的活性分子，与常规氧化还原液流电解质所采用的重金属/硫酸混合物相比，这些材料更加环保，但是，由于盐穴内情况非常复杂，离子的状态并不容易控制，每个地区的盐矿离子含量都不相同，因此，需要研发适应不同地区盐穴情况的电解质，研发难度较大。
因此，如何简便地利用原有的电解液实现存储电能是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种盐穴液流电池的电解液存储装置。
一方面，本发明实施例提供了一种盐穴液流电池的电能存储装置，包括：
气囊，所述气囊位于盐穴内，所述盐穴位于地表下面，所述盐穴内存储有卤水，所述气囊内存储有电解液；
第二管道，所述第二管道的一端与所述气囊连接，所述第二管道的另一端位于地表上面，所述第二管道用于向所述气囊内注入所述电解液；
第一管道，所述第一管道嵌套在所述第二管道外面，所述第一管道的一端连接盐穴的井筒入口，所述第一管道的另一端位于地表上面，所述第一管道用于将所述卤水从所述盐穴内排出。
进一步地，所述气囊具体为双层气囊，所述双层气囊具体包括内层膜和外层膜。
进一步地，还包括：泄漏检测器；
所述泄漏检测器包括多对电极、电源以及警示灯，所述多对电极通过导线与所述电源连接，所述警示灯设置于所述导线上，所述多对电极设置于所述内存膜与所述外层膜之间，所述电源与所述警示灯均设置于地面上；
在所述电解液或所述卤水泄漏时，所述电解液或所述卤水将其中一对以上的电极导通，使得所述电源点亮所述警示灯。
进一步地，在所述盐穴形态为规则形态时，注入电解液之后的所述气囊与所述盐穴之间的距离为0.2～1m。
进一步地，在所述盐穴形态为畸形时，注入电解液之后的所述气囊与所述盐穴之间的距离为1～2m。
进一步地，所述气囊的材料具体为如下任意一种：
PVC材料和TPU材料。
进一步地，所述电解液的密度与所述饱和卤水的密度相等。
进一步地，所述第一管道上设置有第一控制阀，所述第二管道上设置有第二控制阀。
进一步地，所述气囊具体为可折叠的气囊。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的盐穴液流电池的电能存储装置，包括：连接盐穴井筒入口的第一管道，气囊、连接该气囊进口的第二管道，其中，该第二管道嵌套于第一管道内，该气囊用于存储电解液，该盐穴内存储有卤水，通过第二管道向该气囊内通入电解液时，将该盐穴内的卤水排出，采用这样的电能存储装置，将电解液与盐穴内的卤水隔离，不会污染地下水资源，同时，无需更换原有的电解液，因此，可有效节约能耗。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中盐穴液流电池的电能存储装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中盐穴为畸形时对应的气囊结构示意图；
图3示出了本发明实施例中将气囊放置在盐穴中结构示意图；
图4示出了本发明实施例中泄漏检测器的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种盐穴液流电池的电能存储装置，如图1所示，包括：气囊102，气囊102位于盐穴A内，盐穴A位于地表下面，盐穴A内存储有卤水，气囊102内存储有电解液；
第二管道103，第二管道103的一端与气囊102连接，第二管道103的另一端位于地表上面，第二管道103用于向气囊102内注入电解液；
第一管道101，第一管道101嵌套在第二管道103外面，第一管道101的一端连接盐穴A的井筒入口，第一管道101的另一端位于地表上面，第一管道101用于将卤水从盐穴A内排出。
在具体的使用过程中，通过第二管道103向该气囊102内注入电解液，在气囊102的体积变大的过程中，该盐穴A内的卤水经第一管道101排出。使得该电能存储装置中的电解液与盐穴A内的卤水隔离，不会造成对地下水的污染，同时，该气囊102并不会占用过多的体积，可以保证具有极大容积的电解液，从而保障储能容量。
在一种优选的实施方式中，该气囊102具体为双层气囊，该双层气囊包括内层膜和外层膜。该气囊102采用双层膜，其中一层膜破损泄漏电解液或者饱和卤水时，另一层膜还可以抵挡一段时间。确保该气囊的安全性。
在该装置还包括泄漏检测器，用于检测该气囊是否有破损，造成电解液泄漏或者卤水泄漏。具体地，该电解液和卤水均为导电溶液，该泄漏检测器在检测到电解液或者卤水时，电路即会接通，通过电路传往地面。
如图4所示，该泄漏检测器包括多对电极401、电源402以及警示灯403，多对电极401通过导线与电源402连接，警示灯403设置于导线上，多对电极401设置于内层膜与外层膜之间，电源402与警示灯403均设置于地面上；
在电解液或所述卤水泄漏时，电解液或卤水将其中一对以上的电极导通，使得电源402点亮警示灯。
泄漏检测器使用电极，在内外层膜之间布置多对电极，该多对电极成树杈状，可以延伸至内层膜与外侧膜之间的任意位置，具体可以在一根导向的上、中、下不同的位置，电极通过导线连接到地面的电源上，当任何位置泄漏，无论是里面的电解液还是外部的饱和卤水，都会导致电极连接，进而通电，地面警示灯亮，表示已泄漏。
如果该泄漏检测器检测到有电解液或者卤水漏进该双层气囊的内层膜和外层膜之间时，需要通过该第一管道101向该盐穴内注入卤水，这样，在驱动气囊102外壁的压力作用下，将气囊102内的电解液通过第二管道103排出，此时，气囊102可直接废弃在该盐穴A内，无需进行回收，而且，气囊102被放空电解液之后，几乎不占体积。提高了工作效率。
由于盐穴A形态并不一定是规则的，为了保证气囊满载时的形态与该盐穴A的形态大体一致，充分利用盐穴的空间，需要采用声呐测腔方法，定制适应于不同盐穴A形态的气囊。
该声呐测腔法具体是通过一体化测井绞车的电缆将BSF2声呐测距仪沿钻井井筒下放，声呐测距仪的声呐探头出套管后进入盐穴腔体，在某一水平剖面上向盐穴腔体发射声脉冲，声呐接收装置检测接收回波信号，经连接井下仪器的电缆传回地面数据处理系统，得到某一深度上的腔体水平剖面图，改变测量深度，可获得不同深度的腔体水平剖面图；对盐穴腔体的顶部、底部、异常部分，使用倾斜测量功能，得到不同倾斜角度下的测量距离；两种原始测量数据经计算机处理及后期解释，最终得到整个腔体的体积、深度、三维图像及各种相关参数。
该气囊102的材料具体为如下任意一种：
PVC(Polyvinyl chloride聚氯乙烯)材料和TPU(Thermoplastic polyurethanes热塑性聚氨酯弹性体橡胶)材料。
其中，该PVC材料可抗汽油、石油和盐水侵蚀，耐磨、耐压、耐晒，且具有一定的承载力。
该TPU材料具有高强度、耐磨、弹性好、奶曲折、气密性好等优点。
该盐穴形态有规则的，也有不规则成畸形的。
在该盐穴A形态为规则形态时，考虑到盐穴A的蠕变，为了保证气囊不与盐穴A直接接触，将注入电解液之后的气囊与盐穴A之间的距离保持0.2～1m。
在该盐穴A形态为畸形时，如图2所示，注入电解液之后的气囊102与该盐穴A之间的距离保持在1～2m。从而避免气囊102与盐穴A的直接接触。
在通过第二管道103向该气囊102内注入电解液之前，还需将该采用声呐测腔法得到的气囊102由盐穴A外装入该盐穴A内，该气囊具体为可折叠的气囊，以便于通过该第一管道101将该折叠后的气囊102放入该盐穴A内，如图3所示，先将该气囊102折叠成小体积的结构，例如折叠成管柱状，以便于可以被盐穴A的井筒容纳，由于第二管道103与该气囊102的入口连通，该第二管道103可以将气囊102经盐穴的井筒送入该盐穴A内，完成气囊102的放置。
接着，通过该第二管道103向该气囊102内注入电解液，在气囊102逐渐膨胀的过程中，该盐穴A内的卤水经第一管道101排出。
在向该气囊102内注入电解液时，记录注入的电解液的体积，以确保电解液的体积不大于该气囊102的体积，以免气囊被撑破。
由于注入的电解液的密度与卤水的密度不相同，如果电解液的密度大于卤水的密度，则充盈后的气囊会有下沉的力；如果电解液的密度小于卤水的密度，则充盈后的气囊会有上浮的力。这两种都不利于电解液在盐穴中的存储。因此，可以通过调节卤水的密度，从而与电解液的密度相等，使得充盈后的气囊不受任何力的作用，确保存储电解液的气囊的安全。
在具体的实施方式中，盐穴内的卤水具体采用饱和卤水。
具体的，向该饱和卤水中加入对环境没有影响的物质来调节该饱和卤水的密度，可以使得电解液密度与饱和卤水的密度相等。全钒液流电池的电解液密度约为1.4g/cm3，略大于饱和卤水的密度1.2g/cm3，电解液的密度大于饱和卤水。地下盐矿的饱和卤水中有氯化钙，氯化钙、溴化钙两者以一定比例复配后密度可达到1.40-1.80g/cm3；氯化钙、溴化钙和溴化锌三者以一定比例复配后密度可在达到1.8-2.3g/cm3。采用上述任意一种方式，可以提高饱和卤水的密度，使得电解液密度与饱和卤水的密度相等。
在具体的实施方式中，在该第一管道101上设置有第一控制阀1011，在第二管道103上设置有第二控制阀1031，用于将盐穴A与外界环境隔离，将气囊102内的电解液与外界隔离。当然，通过开启第一控制阀1011和第二控制阀1031，实现电解液的注入和排出以及卤水的注入和排出。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的盐穴液流电池的电能存储装置，包括：连接盐穴井筒入口的第一管道，气囊、连接该气囊进口的第二管道，其中，该第二管道嵌套于第一管道内；通过第二管道向该气囊内通入电解液时，将该盐穴内的饱和卤水排出，采用这样的电能存储装置，将电解液与盐穴内的饱和卤水隔离，不会污染地下水资源，同时，无需更换原有的电解液，因此，可有效节约能耗。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种盐穴液流电池的电能存储装置，其特征在于，包括：
气囊，所述气囊位于盐穴内，所述盐穴位于地表下面，所述盐穴内存储有卤水，所述气囊内存储有电解液；
第二管道，所述第二管道的一端与所述气囊连接，所述第二管道的另一端位于地表上面，所述第二管道用于向所述气囊内注入所述电解液；
第一管道，所述第一管道嵌套在所述第二管道外面，所述第一管道的一端连接盐穴的井筒入口，所述第一管道的另一端位于地表上面，所述第一管道用于将所述卤水从所述盐穴内排出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气囊具体为双层气囊，所述双层气囊具体包括内层膜和外层膜。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：泄漏检测器；
所述泄漏检测器包括多对电极、电源以及警示灯，所述多对电极通过导线与所述电源连接，所述警示灯设置于所述导线上，所述多对电极设置于所述内层 膜与所述外层膜之间，所述电源与所述警示灯均设置于地面上；
在所述电解液或所述卤水泄漏时，所述电解液或所述卤水将其中一对以上的电极导通，使得所述电源点亮所述警示灯。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述盐穴形态为规则形态时，注入电解液之后的所述气囊与所述盐穴之间的距离为0.2～1m。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述盐穴形态为畸形时，注入电解液之后的所述气囊与所述盐穴之间的距离为1～2m。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气囊的材料具体为如下任意一种：
PVC材料和TPU材料。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解液的密度与所述卤水的密度相等。
8.如权利要求1～7任一所述的装置，其特征在于，所述第一管道上设置有第一控制阀，所述第二管道上设置有第二控制阀。
9.如权利要求1-7任一所述的装置，其特征在于，所述气囊具体为可折叠的气囊。
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