CN113772319A - 地下岩腔、地下岩腔的形成系统及基于地下岩腔的储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下岩腔,所述地下岩腔是以碳酸盐岩层作为形成区域,通过向碳酸盐岩层注入酸溶液,由酸溶液溶解碳酸盐反应生成盐溶液和二氧化碳,排出反应生成的盐溶液和二氧化碳后,在碳酸盐岩层位置形成所述地下岩腔。其能够降低地形对储能系统布置的限制,具有较高的能量密度,提高大规模储能的经济性。本发明还公开了上述地下岩腔的形成系统,结构简单,易于实现。还公开了抽水蓄能系统,采用上述地下岩腔作为下水库使用,使得上、下水库水位差最高能达到4000m,提高了抽水蓄能系统的单位能量密度。还公开了压缩空气蓄能系统,采用上述地下岩腔作为储气腔室,结构稳定,安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸盐岩层的应用,具体涉及地下岩腔、地下岩腔的形成系统及基于地下岩腔的储能系统。
背景技术
目前,储能系统尝试采用地下储存技术来贮存能量介质,所述能量介质为水或气体,多为利用现有的废弃矿井作为地下储存腔室,一方面废弃矿井位置确定,限制了储能系统的布置位置,另一方面废弃矿井与地面的距离有限,进而限制了重力储能的单位能量密度。
重力储能技术是一种利用高差势能进行能量储存的方法。目前,抽水蓄能是运用最为广泛的重力储能技术,其通过水泵水轮机将水从低水位水库向高水位水库提升储存电能,反之则获取电能。抽水蓄能由于其较低的单位成本(0.2元/kWh),是目前最具优势的大规模储能技术。但常规抽水蓄能仍然存在以下几个缺点:
1、受地形限制,抽水蓄能上、下水库高差通常仅为100~550米,因此,其单位能量密度仅为0.27Wh/L至1.5Wh/L,为了满足区域日调峰需求,上、下水库的体积大小通常为500万立方米至700万立方米,建设工程量巨大。
2、受地形条件限制,很多地区并没有建设抽水蓄能电站的条件。
3、由于较高的工程投入成本,以及较低的发电收益,抽水蓄能电站的投资回收期通常高达15年以上,有些甚至多达20~30年。
CN109537542A公开了一种全地下抽水蓄能电站,包括:高位储水区、中位储水区和低位储水区;输水通道,连通于高位储水区与中位储水区之间,及连通于中位储水区和低位储水区之间;以及双向发电机组,设置于高位储水区与中位储水区之间、及设置于中位储水区与低位储水区之间,利用所述双向发电机组经所述输水通道抽水蓄能或发电;其中,至少中位储水区和低位储水区作为地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。但是由于废弃矿井自身位置限制,高位储水去和低位储水区的最大高差仅能达到800m,能量密度有限。并且采用废弃矿井的地下空间作为地下储水区,抽水蓄能电站的选址受矿井位置限制。同时废弃矿井形貌受矿井自身区域影响,基本不可控制,稳定性和安全性存疑。
压缩空气蓄能是一种具有发展潜力的大规模蓄能方式,它具有动态响应快、成本低、环境友好等优点。典型的压缩空气蓄能发电系统工作过程如下:在电网用电的低谷时期,使用价格相对便宜且有剩余的电力驱动空气压缩机压缩空气,并将压缩后的高压空气储存在特定的密闭空间(如废旧的矿洞)中。在用电高峰时期,将高压空气驱动涡轮机做功发电。因此,如何建设大型储气库是压缩空气储能能否规模化应用的关键技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下岩腔的形成方法及基于地下岩腔的储能系统,其能够降低地形对储能系统布置的限制,具有较高的能量密度,提高大规模储能的经济性。
本发明所述的地下岩腔,所述地下岩腔是以碳酸盐岩层作为形成区域,通过向碳酸盐岩层注入酸溶液,由酸溶液溶解碳酸盐反应生成盐溶液和二氧化碳,排出反应生成的盐溶液和二氧化碳后,在碳酸盐岩层位置形成所述地下岩腔。通过调整酸溶液的注入量调整地下岩腔的大小,进而使得地下岩腔能够满足不同场景的使用需求。
进一步,所述碳酸盐岩层为灰岩层或白云岩层,优选地,所述碳酸盐岩层为灰岩层;所述酸溶液为pH≤2的酸溶液,优选地,所述酸溶液为pH≤1的酸溶液。
一种地下岩腔的形成系统,包括钻孔、注液管路、排液管路和排气管路,所述钻孔由地面连通至碳酸盐岩层,所述注液管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为酸溶液注入口;所述排液管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为盐溶液排出口;所述排气管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为和二氧化碳排出口。
进一步,还包括两碱制取组件,所述两碱制取组件包括电解槽、将电解槽分为阳极区和阴极区的阳离子交换膜、布置于阳极区的阳极电极和布置于阴极区的阴极电极;所述阳极区的出液口与注液管路的酸溶液注入口连通;所述阴极区设有注气孔,该注气孔与排气管路的二氧化碳排出口连通。
所述两碱制取组件将制取两碱产生的酸溶液输出给地下岩腔,并接收从地下岩腔排出的盐溶液和二氧化碳,形成循环利用。
利用所述两碱制取组件,在阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物QH的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液,所述有机溶剂与钠盐溶液互不相溶;或者,在阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物Q的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液和溶解有化合物QH的有机溶剂,所述有机溶剂与钠盐溶液和阴极电解液互不相溶,在阳极电极和阴极电极之间施加直流电源。
在电流作用下,阳极区钠盐溶液中的钠离子透过阳离子交换膜到达阴极区,化合物QH释放出H+并恢复到氧化态的Q,释放出的H+与钠盐溶液中的阴离子结合生成酸溶液,将该酸溶液通过注液管路输送到碳酸盐岩层,作为溶解碳酸盐岩层的原料。
当制取纯碱时,所述阴极电解液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸氢钠和碳酸钠混合溶液,通过注气孔向阴极区持续通入溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳,在电流作用下生成碳酸钠溶液。
当制取烧碱时,所述阴极电解液为氢氧化钠溶液,在电流作用下生成氢氧化钠溶液。
所述化合物Q和化合物QH为能够发生PCET反应的化合物,Q为其氧化态,QH为其还原态。
进一步,当阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物QH的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液,所述能够发生PCET反应的化合物为蒽醌类化合物。
所述蒽醌类化合物为以下结构式中的至少一种:
当阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物Q的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液和溶解有化合物QH的有机溶剂,所述能够发生PCET反应的化合物为荧黄素类化合物或酚嗪类化合物。
所述荧黄素类化合物为以下结构式中的至少一种:
所述酚嗪类化合物为以下结构式中的至少一种:
所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2二氯乙烷、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、磺化煤油、乙酸乙酯、正丁醇和环己烷中的至少一种。
进一步,溶解碳酸盐反应生成的盐溶液与硫酸钠溶液、制取两碱得到的碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液反应生成硫酸钙、碳酸钙或氢氧化钙产品。
进一步,所述钻孔内设有作为注液管路的内套管、作为排液管路的中间套管和作为排气管路的外套管,所述中间套管套在内套管外部,所述外套管套在中间套管外部,外套管与钻孔内壁贴合;所述内套管的内孔用于注入酸溶液,所述内套管和中间套管之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成盐溶液,所述中间套管和外套管之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳。
一种基于地下岩腔的储能系统,包括上水库和位于地下的下水库,所述上水库和下水库之间通过输水通道连通,且在输水通道上布置有双向发电机组,所述上水库为海洋、湖泊、河流或地面人工水库;所述下水库为上述的的地下岩腔。
进一步,所述上水库和下水库的水位差为200~4000m;优选地,所述上水库和下水库的水位差为1200~1700m。形成地下岩腔的碳酸盐岩层厚度不小于20m;优选地,形成地下岩腔的碳酸盐岩层厚度不小于80m,当该厚度小于80m时,地下岩腔的储存能力和腔体稳定性都会受到影响。
一种基于地下岩腔的储能系统,采用上述的地下岩腔作为储气腔室,该储气腔室通过输送管道分别与空气压缩机和气动发电机组连接;蓄能时,断开气动发电机组与储气腔室的连接,空气压缩机生产的压缩空气由输送管道进入地下岩腔贮存;发电时,断开空气压缩机与储气腔室的连接,贮存在地下岩腔内的压缩空气由输送管道进入气动发电机组进行发电。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明采用碳酸盐开采造腔工艺制成地下岩腔,碳酸盐岩从前寒武纪到现在均有产出,分布极广,约占沉积岩总量的1/5~1/4。并且灰岩分布相当广泛,特别是在华北及东北南部,因中奥陶世海侵达到最高潮,普遍沉积了层厚而质纯的灰岩,为地下岩腔的形成提供了地质基础,进而能够在不同地区形成地下岩腔。并且碳酸盐岩的岩性均一,易于开采加工,大幅降低了地下岩腔的形成成本。
2、本发明所述的地下岩腔的形成方法能够结合制取两碱联产石膏工艺,形成一套联合生产系统,在造腔过程中产出高附加值的碳酸钙、硫酸钙、碳酸钠或氢氧化钠,实现了地下岩腔形成过程中副产物的资源化利用。并且地下岩腔能够作为重力储能系统的下水库或者作为压缩空气蓄能系统中的储气腔室,废弃后还能够用于处理固体垃圾,从而实现了地下岩腔在制造过程中获取产品、运行过程中储存能源、废弃后处理固体垃圾的三重作用,大幅提高了造腔的经济性。
3、本发明以地下岩腔作为下水库,使得上、下水库水位差最高能达到4000m,使得抽水蓄能电站的能量密度高达4.5~9.53Wh/L,是传统抽水蓄能电站的3~35.3倍。并且由于高差较大,无需设置较大的下水库即可实现高能量密度,进而能够减小下水库的体积,降低了生产制造成本。模拟分析,与现有的4*250MW抽水蓄能电站对比,由于需要建设制碱设备,因此总投资约将增加17%,但由于副产物资源化利用产生收入,项目投资回收期从16.83年减少至8.7年,其中包含5年的建设周期,并且30年运营期的利润总额从65.78亿元增加至190.6亿,增幅189.83%。
4、本发明以地下岩腔作为压缩空气蓄能系统中的储气腔室,解决了建设大规模储气室的技术难题,相比建设金属储气罐或采用废弃矿井,其成本低,结构稳定性好,安全性更高。
附图说明
图1是本发明地下岩腔的形成系统的结构示意图;
图2是本发明制取两碱的电解反应原理图之一;
图3是本发明制取两碱的电解反应原理图之二;
图4是本发明制取两碱的电解反应原理图之四。
图5是本发明抽水蓄能系统的结构示意图;
图6是本发明压缩空气蓄能系统的结构示意图。
图中,1—地下岩腔,2—钻孔,3—内套管,4—中间套管,5—外套管,6—上水库,7—下水库,8—双向发电机组,9—储气腔室,10—空气压缩机,11—气动发电机组。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作详细说明。
实施例一,一种以碳酸盐岩层作为形成区域的地下岩腔,通过向碳酸盐岩层注入酸溶液,由酸溶液溶解碳酸盐反应生成盐溶液和二氧化碳,排出反应生成的盐溶液和二氧化碳后,在碳酸盐岩层位置形成所述地下岩腔。通过调整酸溶液的注入量调整地下岩腔的大小,进而使得地下岩腔能够满足不同场景的使用需求。
参见图1,所示的地下岩腔的形成系统,选择碳酸盐岩层作为地下岩腔1的形成区域,从地面向下钻出与碳酸盐岩层连通的钻孔2,通过钻孔向碳酸盐岩层注入酸溶液,该酸溶液溶解碳酸盐反应生成盐溶液和二氧化碳,布置管路排出反应生成的盐溶液和二氧化碳,在碳酸盐岩层位置形成地下岩腔。
所述钻孔2内设有作为注液管路的内套管3、作为排液管路的中间套管4和作为排气管路的外套管5,所述中间套管3套在内套管3外部,所述外套管5套在中间套管4外部,外套管5与钻孔2内壁贴合。所述内套管3的内孔用于注入酸溶液,所述内套管3和中间套管4之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成盐溶液,所述中间套管4和外套管5之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳。采用一个钻孔布置多个套管,同时实现了酸溶液的注入和产物的排出,减少了钻孔工序,节约了成本。需要说明的是,本发明所述的注液管路、排液管路和排气管路位于地面的部分设有多个泵体和控制阀,以实现液、气的输入和输出控制,这些泵体和控制阀为现有常规结构,本发明不再进行赘述。
所述碳酸盐岩层为灰岩层,所述酸溶液为pH≤2的盐酸溶液或甲酸溶液。优选地,所述酸溶液为pH≤1的盐酸溶液或甲酸溶液,通过限定酸溶液的pH值,保证了其能够与碳酸盐快速反应,提高了溶解效率。
为了提高地下岩腔造腔的经济性,将地下岩腔形成系统与两碱制取组件连接,所述两碱制取组件包括电解槽、将电解槽分为阳极区和阴极区的阳离子交换膜、布置于阳极区的阳极电极和布置于阴极区的阴极电极;所述阳极区的出液口与注液管路的酸溶液注入口连通;所述阴极区设有注气孔,该注气孔与排气管路的二氧化碳排出口连通。
利用两碱制取组件,在阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物QH的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液,所述有机溶剂与钠盐溶液互不相溶。在阳极电极和阴极电极之间施加直流电源,所述化合物QH为能够发生PCET反应的化合物,QH为其还原态。具体地,所述能够发生PCET反应的化合物为蒽醌类化合物。
参见图2,Q有机溶液指的是溶解于有机溶剂中的化合物QH反应为Q而生成的富含Q的有机溶液,QH有机溶液指的是还原生成的富含QH的有机溶液。
当制取烧碱时,所述两碱制取组件将制取两碱产生的酸溶液输出给地下岩腔,并接收从地下岩腔排出的盐溶液,形成循环利用;,所述阴极电解液为氢氧化钠溶液。在电流作用下,阳极区钠盐溶液中的钠离子透过阳离子交换膜到达阴极区,化合物QH释放出H+并恢复到氧化态的Q,释放出的H+与钠盐溶液中的阴离子结合生成酸溶液,将该酸溶液通过注液管路输送到碳酸盐岩层,作为溶解碳酸盐岩层的原料。阴极电解液中的水电离出H+和OH-,H+在阴极电极上还原为氢气,OH-与透过阳离子交换膜到达阴极区的钠离子结合生成氢氧化钠溶液。
溶解于有机溶剂中的化合物QH反应为Q而生成的富含Q的有机溶液,将该富含Q的有机溶液和氢气通入氢化反应器,且采用阴极电极上由H+还原得到的氢气作为还原化合物Q的氢气来源,在催化剂钯黑的作用下将有机溶液中的Q再生为QH,然后将还原生成的富含QH的有机溶液与钠盐溶液混合通入阳极区进行电解反应,循环使用。
参见图3,Q有机溶液指的是溶解于有机溶剂中的化合物QH反应为Q而生成的富含Q的有机溶液,QH有机溶液指的是还原生成的富含QH的有机溶液。
碳酸盐岩溶解后生成盐溶液还能够用于生产氢氧化钙,具体为,将盐溶液中的Ca2+与制取纯碱得到的氢氧化钠溶液结合生成氢氧化钙。
当制取纯碱时,所述两碱制取组件将制取两碱产生的酸溶液输出给地下岩腔,并接收从地下岩腔排出的二氧化碳,形成循环利用;所述阴极电解液为碳酸钠溶液,通过排气管路向阴极区的注气孔持续通入溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳。在电流作用下,阳极区反应与制取烧碱时相同,阴极电解液中的水电离出H+和OH-,H+在阴极电极上还原为氢气,OH-与通入的CO2结合生成CO3 2-,CO3 2与透过阳离子交换膜到达阴极区的钠离子结合生成碳酸钠溶液。
制取两碱工艺中的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2二氯乙烷、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、磺化煤油、乙酸乙酯、正丁醇和环己烷中的至少一种,根据具体工艺条件进行合理选择、搭配。电解反应时,化合物QH和氧化生成的Q几乎完全溶解于有机相,不进入水相,避免了电催化剂因氧化失活。同时通过循环泵即可实现化合物Q和化合物QH的转移,简化了催化剂的交换过程,提高了反应效率。
酸盐岩溶解后生成盐溶液还能够用于生产碳酸钙,具体为,将盐溶液中的Ca2+与制取纯碱得到的碳酸钠溶液结合生成碳酸钙沉淀。
碳酸盐岩溶解后生成盐溶液还能够用于生产石膏,具体为,将盐溶液中的Ca2+与芒硝化盐后的SO4 2-结合生成高纯CaSO4沉淀,即石膏产品。
本发明通过碳酸盐岩开采造腔工艺与制取两碱联产石膏工艺相结合,在造腔过程中还能够产出高附加值的碳酸钙、硫酸钙、碳酸钠或氢氧化钠。并且在基于地下岩腔的抽水蓄能电站达到设计寿命后,地下岩腔还能够用于处理固体垃圾,从而实现了地下岩腔在制造过程中获取产品、运行过程中储存能源、废弃后处理固体垃圾的三重作用,大幅提高了造腔的经济性。
实施例二,一种地下岩腔的形成系统,包括钻孔、注液管路、排液管路和排气管路,所述注液管路一端伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为酸溶液注入口,所述排液管路和排气管路一端伸入至地下碳酸盐岩层,另一端分别作为盐溶液和二氧化碳排出口。
将地下岩腔形成系统与两碱制取组件连接,所述两碱制取组件包括电解槽、将电解槽分为阳极区和阴极区的阳离子交换膜、布置于阳极区的阳极电极和布置于阴极区的阴极电极;所述阳极区的出液口与注液管路的酸溶液注入口连通;所述阴极区设有注气孔,该注气孔与排气管路的二氧化碳排出口连通。
两碱制取具体为:参见图4,采用阳离子交换膜将电解槽分为阳极区和阴极区,阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物Q的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液和溶解有化合物QH的有机溶剂,所述有机溶剂与钠盐溶液和阴极电解液互不相溶,在阳极电极和阴极电极之间施加直流电源;所述化合物Q和化合物QH为能够发生PCET反应的化合物,Q为其氧化态,QH为其还原态。具体地,所述能够发生PCET反应的化合物为荧黄素类化合物或酚嗪类化合物。
当生产烧碱时,所述阴极电解液为氢氧化钠溶液。阳极区钠盐溶液中的钠离子透过阳离子交换膜到达阴极区,化合物QH释放出H+并恢复到氧化态的Q,释放出的H+与钠盐溶液中的阴离子结合生成酸溶液,将该酸溶液通过注液管路的注入口输送到碳酸盐岩层,作为溶解碳酸盐岩层的原料。阴极电解液中的水电离出H+和OH-,H+在阴极电极与电催化剂Q结合形成QH,OH-与透过阳离子交换膜到达阴极区的钠离子结合生成氢氧化钠溶液。
当生产纯碱时,阴极电解液为碳酸钠溶液,通过排气管路向阴极区的注气孔持续通入溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳。在电流作用下,阳极区反应与制取烧碱时相同,阴极电解液中的水电离出H+和OH-,H+在阴极电极与电催化剂Q结合形成QH,OH-与通入的二氧化碳结合生成CO3 2-,CO3 2与透过阳离子交换膜到达阴极区的钠离子结合生成碳酸钠溶液。
所述钠盐溶液为氯化钠溶液或甲酸钠溶液,相应地阳极区得到盐酸溶液或甲酸溶液,调节盐酸溶液或甲酸溶液的pH≤2,然后通过钻孔注入到碳酸盐岩层溶解碳酸盐,反应迅速,产物对环境友好,便于抽取和后续处理。
制取两碱工艺中的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2二氯乙烷、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、磺化煤油、乙酸乙酯、正丁醇和环己烷中的至少一种,根据具体工艺条件进行合理选择、搭配。电解反应时,化合物QH和氧化生成的Q几乎完全溶解于有机相,不进入水相,避免了电催化剂因氧化失活。同时通过循环泵即可实现化合物Q和化合物QH的转移,简化了催化剂的交换过程,提高了反应效率。
碳酸盐岩溶解后生成盐溶液还能够用于生产石膏,具体为,将盐溶液中的Ca2+与芒硝化盐后的SO4 2-结合生成高纯CaSO4沉淀,即石膏产品。
碳酸盐岩溶解后生成盐溶液还能够用于生产碳酸钙,具体为,将盐溶液中的Ca2+与制取纯碱得到的碳酸钠溶液结合生成碳酸钙沉淀。
实施例三,一种基于地下岩腔的抽水蓄能电站,参见图5,包括上水库1和位于地下的下水库2,所述上水库1和下水库2之间通过输水通道连通,且在输水通道上布置有双向发电机组3,所述上水库1为海洋、湖泊、河流或地面人工水库;所述下水库2为实施例一所述的地下岩腔。
所述双向发电机组包括水泵和水轮机,当需要发电时,水从上水库1向下水库2流动带动双向发电机组3的水轮机发电。当能量过剩时,利用双向发电机组3的水泵将下水库2中的水抽回上水库完成储能。
所述上水库1和下水库2的水位差为200~4000m,具体根据碳酸盐岩层深度和分布面积进行合理选择。优选地,所述上水库和下水库的水位差为1200~1700m,综合考虑能量密度和地下岩腔的造腔成本,提高了抽水蓄能电站的经济性。
在形成地下岩腔时,选择的碳酸盐岩层厚度不小于80m,厚度小于80m时,地下岩腔的储存能力和腔体稳定性都会受到影响。
实施例四,一种基于地下岩腔的压缩空气蓄能电站,参见图6,采用实施例二所述的地下岩腔的形成系统制成的地下岩腔作为储气腔室9,该储气腔室通过输送管道分别与空气压缩机10和气动发电机组11连接,为了减少钻孔工序,将储气腔室成腔的钻孔用于布置输送管道。蓄能时,断开气动发电机组11与储气腔室9的连接,空气压缩机10生产的压缩空气由输送管道进入地下岩腔贮存。发电时,断开空气压缩机10与储气腔室9的连接,贮存在地下岩腔内的压缩空气由输送管道进入气动发电机组11进行发电。在某些实际应用中,空气压缩机10压缩后的空气会通过热交换器进行冷却,而进入发电组11前的空气则会通过热交换器加热。相比建设金属储气罐或采用废弃矿井,以地下岩腔作为压缩空气蓄能系统中的储气腔室成本低,结构稳定性好,安全性更高。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地下岩腔,其特征在于:所述地下岩腔是以碳酸盐岩层作为形成区域,通过向碳酸盐岩层注入酸溶液,由酸溶液溶解碳酸盐反应生成盐溶液和二氧化碳,排出反应生成的盐溶液和二氧化碳后,在碳酸盐岩层位置形成所述地下岩腔。
2.根据权利要求1所述的地下岩腔,其特征在于:所述碳酸盐岩层为灰岩层或白云岩层,优选地,所述碳酸盐岩层为灰岩层;
所述酸溶液为pH≤2的酸溶液,优选地,所述酸溶液为pH≤1的酸溶液。
3.一种地下岩腔的形成系统,其特征在于:包括钻孔、注液管路、排液管路和排气管路,所述钻孔由地面连通至碳酸盐岩层,所述注液管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为酸溶液注入口;所述排液管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为盐溶液排出口;所述排气管路一端通过所述钻孔伸入至地下碳酸盐岩层,另一端作为和二氧化碳排出口。
4.根据权利要求3所述的地下岩腔的形成系统,其特征在于:还包括两碱制取组件,所述两碱制取组件包括电解槽、将电解槽分为阳极区和阴极区的阳离子交换膜、布置于阳极区的阳极电极和布置于阴极区的阴极电极;所述阳极区的出液口与注液管路的酸溶液注入口连通;所述阴极区设有注气孔,该注气孔与排气管路的二氧化碳排出口连通;
所述两碱制取组件将制取两碱产生的酸溶液输出给地下岩腔,并接收从地下岩腔排出的盐溶液和二氧化碳,形成循环利用;
利用所述两碱制取组件,在阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物QH的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液,所述有机溶剂与钠盐溶液互不相溶;或者,在阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物Q的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液和溶解有化合物QH的有机溶剂,所述有机溶剂与钠盐溶液和阴极电解液互不相溶;在阳极电极和阴极电极之间施加直流电源;
在电流作用下,阳极区钠盐溶液中的钠离子透过阳离子交换膜到达阴极区,化合物QH释放出H+并恢复到氧化态的Q,释放出的H+与钠盐溶液中的阴离子结合生成酸溶液,将该酸溶液通过注液管路输送到碳酸盐岩层,作为溶解碳酸盐岩层的原料;
当制取纯碱时,所述阴极电解液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸氢钠和碳酸钠混合溶液,通过注气孔向阴极区持续通入溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳,在电流作用下生成碳酸钠溶液;
当制取烧碱时,所述阴极电解液为氢氧化钠溶液,在电流作用下生成氢氧化钠溶液;
所述化合物Q和化合物QH为能够发生PCET反应的化合物,Q为其氧化态,QH为其还原态。
5.根据权利要求4所述的地下岩腔的形成系统,其特征在于:当阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物QH的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液,所述能够发生PCET反应的化合物为蒽醌类化合物;
所述蒽醌类化合物为以下结构式中的至少一种:
当阳极区加入钠盐溶液和溶解有化合物Q的有机溶剂,阴极区加入阴极电解液和溶解有化合物QH的有机溶剂,所述能够发生PCET反应的化合物为荧黄素类化合物或酚嗪类化合物;
所述荧黄素类化合物为以下结构式中的至少一种:
所述酚嗪类化合物为以下结构式中的至少一种:
所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2二氯乙烷、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、磺化煤油、乙酸乙酯、正丁醇和环己烷中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的地下岩腔的形成系统,其特征在于:溶解碳酸盐反应生成的盐溶液与硫酸钠溶液、制取两碱得到的碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液反应生成硫酸钙、碳酸钙或氢氧化钙产品。
7.根据权利要求3或4所述的地下岩腔的形成系统,其特征在于:所述钻孔内设有作为注液管路的内套管、作为排液管路的中间套管和作为排气管路的外套管,所述中间套管套在内套管外部,所述外套管套在中间套管外部,外套管与钻孔内壁贴合;所述内套管的内孔用于注入酸溶液,所述内套管和中间套管之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成盐溶液,所述中间套管和外套管之间的间隙用于排出溶解碳酸盐反应生成的二氧化碳。
8.一种基于地下岩腔的储能系统,包括上水库和位于地下的下水库,所述上水库和下水库之间通过输水通道连通,且在输水通道上布置有双向发电机组,其特征在于:所述上水库为海洋、湖泊、河流或地面人工水库;
所述下水库为权利要求1或2所述的地下岩腔或权利要求3~7任一项所述的形成系统制成的地下岩腔。
9.根据权利要求8所述的基于地下岩腔的储能系统,其特征在于:所述上水库和下水库的水位差为200~4000m;优选地,所述上水库和下水库的水位差为1200~1700m;
形成地下岩腔的碳酸盐岩层厚度不小于20m;优选地,形成地下岩腔的碳酸盐岩层厚度不小于80m。
10.一种基于地下岩腔的储能系统,其特征在于:采用权利要求1或2所述的地下岩腔或权利要求3~7任一项所述的形成系统制成的地下岩腔作为储气腔室,该储气腔室通过输送管道分别与空气压缩机和气动发电机组连接;
蓄能时,断开气动发电机组与储气腔室的连接,空气压缩机生产的压缩空气由输送管道进入地下岩腔贮存;
发电时,断开空气压缩机与储气腔室的连接,贮存在地下岩腔内的压缩空气由输送管道进入气动发电机组进行发电。
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