CN114718796A - 一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法,包括上水库、下水库、抽水厂房硐室、发电厂房硐室、引水隧洞、尾水隧洞、调压室、拦污栅、通风和输运系统和地面沟渠;所述上水库为煤矿地面塌陷区或地面水系,所述下水库为退出的井工煤矿地下巷道、硐室和采空区。根据井工煤矿工程特点,克服可逆式抽水蓄能电站水泵水轮机抽水工况和发电工况不一致的弊端,充分地下工程及地下空间建设抽水蓄能电站,可配套新能源电力系统,为电网提供调峰填谷及调频、调相、紧急事故备用等多重服务,促进新能源的发展,同时为退出矿井的地下空间利用、矿井水的综合治理提供一条新的发展方向。
Description
技术领域
本申请涉及退出煤矿地下空间再利用和新能源应用技术领域,尤其是一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法。
背景技术
抽水蓄能电站是利用上下水库高差形成的水的势能来实现储能发电,是目前公认的技术最成熟最经济的调峰和大规模储能电源,能很好地适应电力系统负荷变化,改善电力机组运行条件,为电网提供调峰填谷及调频、调相、紧急事故备用等多重服务,提高电网供电质量、运行可靠性和经济效益,传统抽水蓄能电站一般采用可逆式水泵水轮机,需要交替完成抽水和发电两个工作状态,但两个工作状态最佳工况并不一定能完美重合使得设备运行效率最佳。
受国家能源政策调整或煤炭资源枯竭影响,许多煤矿正在或即将关闭、退出,矿井关闭后,将遗留大量地下空间资源,将该地下空间合理开发利用,不仅能减少资源浪费,还变废为宝,提高矿井资源开发利用率,为关闭矿井提供一个转型脱困、可持续发展的途径,从上世纪七十年代开始,提出了利用退出矿井建造抽水蓄能电站的设想,由于金属矿井或盐穴处于侵入岩层或变质岩层,围岩强度高,渗透性低,储水性能优于以沉积岩为主的煤矿巷道围岩,因此国内外多利用金属矿井或盐穴建设抽水蓄能电站,到目前为止,尚无退出煤矿建成的工程例。因此,针对上述问题提出一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法。
发明内容
在本实施例中提供了一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法用于解决现有技术中矿井关闭后,将遗留大量地下空间资源的问题。
根据本申请的一个方面,提供了一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法,包括上水库、下水库、抽水厂房硐室、发电厂房硐室、引水隧洞、尾水隧洞、调压室、拦污栅、通风和输运系统和地面沟渠;所述上水库为煤矿地面塌陷区或地面水系,所述下水库为退出的井工煤矿地下巷道、硐室和采空区,所述抽水厂房硐室利用井工煤矿主副井井底巷道和硐室扩建而成,所述发电厂房硐室利用井工煤矿风井井底巷道和硐室扩建而成,两个所述发电厂房硐室均设置在上水库和下水库之间,所述抽水厂房硐室内设置有水泵机组,所述发电厂房硐室内设置有水轮机组,所述调压室设置在引水隧洞上和尾水隧洞上,所述拦污栅设置在引水隧洞与上水库的连接口处以及抽水厂房硐室和下水库的连接口处;
所述引水隧洞一端连通至上水库,所述引水隧洞另一端与发电厂房硐室一端连通,所述尾水隧洞一端与抽水厂房硐室和发电厂房硐室另一端连通,所述引水隧洞另一端连通至下水库,所述通风和输运系统利用退出的井工煤矿井筒及附属巷道改扩建而成,所述通风和输运系统一端与抽水厂房硐室和发电厂房硐室连通,所述通风和输运系统另一端与地面连通,用于抽水厂房硐室和发电厂房硐室与地面的通风以及行人和设备的输运,所述地面沟渠将抽水厂房硐室内水泵抽到地面的水输送回上水库。
本发明进一步的改进在于,所述上水库的死水位高于下水库的最高水位。
本发明进一步的改进在于,所述上水库库底及库边须采取加固及防渗保护措施。
本发明进一步的改进在于,所述上水库由地面水补充水源或由矿井水作为下水库补充水源。
本发明进一步的改进在于,所述下水库需采取加固及密封保护措施。
本发明进一步的改进在于,所述抽水厂房硐室利用井工煤矿主副井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水、提升等系统。
本发明进一步的改进在于,所述发电厂房硐室利用井工煤矿风井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水等系统。
本发明进一步的改进在于,所述调压室顶部有一个排气孔直通地面。
本发明进一步的改进在于,所述地面沟渠可为明渠或暗渠,下水库水体一般需进行水处理后再经由地面沟渠排入上水库。
所述一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的方法包括以下步骤:
(1)先将下水库贮水待用;
(2)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室内,并驱动抽水厂房硐室内的水泵机组将下水库内的水抽到上水库内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(3)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室内,并驱动抽水厂房硐室内的水泵机组将下水库内的水抽到上水库内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(4)重复步骤(2)和步骤(3),实现抽水蓄能循环。
通过本申请上述实施例,根据井工煤矿工程特点,克服可逆式抽水蓄能电站水泵水轮机抽水工况和发电工况不一致的弊端,充分地下工程及地下空间建设抽水蓄能电站,可配套新能源电力系统,为电网提供调峰填谷及调频、调相、紧急事故备用等多重服务,促进新能源的发展,同时为退出矿井的地下空间利用、矿井水的综合治理提供一条新的发展方向。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一种实施例的结构示意图。
图中:1、上水库;2、下水库;3、抽水厂房硐室;4、发电厂房硐室;5、引水隧洞;6、尾水隧洞;7、调压室;8、拦污栅;9、通风和输运系统;10、地面沟渠。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1所示,一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统及方法,包括上水库1、下水库2、抽水厂房硐室3、发电厂房硐室4、引水隧洞5、尾水隧洞6、调压室7、拦污栅8、通风和输运系统9和地面沟渠10;上水库1为煤矿地面塌陷区或地面水系,下水库2为退出的井工煤矿地下巷道、硐室和采空区,抽水厂房硐室3利用井工煤矿主副井井底巷道和硐室扩建而成,发电厂房硐室4利用井工煤矿风井井底巷道和硐室扩建而成,两个发电厂房硐室4均设置在上水库1和下水库2之间,抽水厂房硐室3内设置有水泵机组,发电厂房硐室4内设置有水轮机组,调压室7设置在引水隧洞5上和尾水隧洞6上,拦污栅8设置在引水隧洞5与上水库1的连接口处以及抽水厂房硐室3和下水库2的连接口处;
引水隧洞5一端连通至上水库1,引水隧洞5另一端与发电厂房硐室4一端连通,尾水隧洞6一端与抽水厂房硐室3和发电厂房硐室4另一端连通,引水隧洞5另一端连通至下水库2,通风和输运系统9利用退出的井工煤矿井筒及附属巷道改扩建而成,通风和输运系统9一端与抽水厂房硐室3和发电厂房硐室4连通,通风和输运系统9另一端与地面连通,用于抽水厂房硐室3 和发电厂房硐室4与地面的通风以及行人和设备的输运,地面沟渠10将抽水厂房硐室3内水泵抽到地面的水输送回上水库1。
上水库1的死水位高于下水库2的最高水位。
上水库1库底及库边须采取加固及防渗保护措施。
上水库1由地面水补充水源或由矿井水作为下水库2补充水源。
下水库2需采取加固及密封保护措施。
抽水厂房硐室3利用井工煤矿主副井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水、提升等系统。
发电厂房硐室4利用井工煤矿风井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水等系统。
调压室7顶部有一个排气孔直通地面。
地面沟渠10可为明渠或暗渠,下水库2水体一般需进行水处理后再经由地面沟渠10排入上水库1。
一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的方法包括以下步骤:
(1)先将下水库2贮水待用;
(2)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室3内,并驱动抽水厂房硐室3内的水泵机组将下水库2内的水抽到上水库1内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(3)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室3内,并驱动抽水厂房硐室3内的水泵机组将下水库2内的水抽到上水库1内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(4)重复步骤(2)和步骤(3),实现抽水蓄能循环。
本发明具有如下有益的技术效果:
(1)本发明根据井工煤矿工程特点,分别建立水泵机组和水轮机组,克服可逆式抽水蓄能电站水泵水轮机抽水工况和发电工况不一致的弊端,使水泵机组和水轮机组均处于最佳工况工作,提高抽水蓄能效率;
(2)本发明可有效利用煤矿井巷工程和矿区原有的道路、场地、供水、排水、供电、通风、检测等设施设备,同时将矿井水综合治理纳入系统中,降低工程费用和征地费用;
(3)本发明可有效利用煤矿地面塌陷区或地表水系与地下空间以及两者间天然的地势差,提高矿井资源开发利用率,为关闭矿井提供一个转型脱困、可持续发展的途径;
(4)本发明可以配套新能源电力系统,为电网提供调峰填谷及调频、调相、紧急事故备用等多重服务,促进新能源的发展。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:包括上水库(1)、下水库(2)、抽水厂房硐室(3)、发电厂房硐室(4)、引水隧洞(5)、尾水隧洞(6)、调压室(7)、拦污栅(8)、通风和输运系统(9)和地面沟渠(10);所述上水库(1)为煤矿地面塌陷区或地面水系,所述下水库(2)为退出的井工煤矿地下巷道、硐室和采空区,所述抽水厂房硐室(3)利用井工煤矿主副井井底巷道和硐室扩建而成,所述发电厂房硐室(4)利用井工煤矿风井井底巷道和硐室扩建而成,两个所述发电厂房硐室(4)均设置在上水库(1)和下水库(2)之间,所述抽水厂房硐室(3)内设置有水泵机组,所述发电厂房硐室(4)内设置有水轮机组,所述调压室(7)设置在引水隧洞(5)上和尾水隧洞(6)上,所述拦污栅(8)设置在引水隧洞(5)与上水库(1)的连接口处以及抽水厂房硐室(3)和下水库(2)的连接口处;
所述引水隧洞(5)一端连通至上水库(1),所述引水隧洞(5)另一端与发电厂房硐室(4)一端连通,所述尾水隧洞(6)一端与抽水厂房硐室(3)和发电厂房硐室(4)另一端连通,所述引水隧洞(5)另一端连通至下水库(2),所述通通风和输运系统(9)利用退出的井工煤矿井筒及附属巷道改扩建而成,所述通通风和输运系统(9)一端与抽水厂房硐室(3)和发电厂房硐室(4)连通,所述通通风和输运系统(9)另一端与地面连通,用于抽水厂房硐室(3)和发电厂房硐室(4)与地面的通风以及行人和设备的输运,所述地面沟渠(10)将抽水厂房硐室(3)内水泵抽到地面的水输送回上水库(1)。
2.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述上水库(1)的死水位高于下水库(2)的最高水位。
3.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述上水库(1)库底及库边须采取加固及防渗保护措施。
4.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述上水库(1)由地面水补充水源或由矿井水作为下水库(2)补充水源。
5.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述下水库(2)需采取加固及密封保护措施。
6.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述抽水厂房硐室(3)利用井工煤矿主副井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水、提升等系统。
7.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述发电厂房硐室(4)利用井工煤矿风井井底巷道或硐室改建而成,充分利用煤矿原有供电、排水等系统。
8.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述调压室(7)顶部有一个排气孔直通地面。
9.根据权利要求1所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统,其特征在于:所述地面沟渠(10)可为明渠或暗渠,下水库(2)水体一般需进行水处理后再经由地面沟渠(10)排入上水库(1)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的系统得出的一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的方法,其特征在于:所述一种利用退出井工煤矿工程和地下空间进行抽水蓄能的方法包括以下步骤:
(1)先将下水库(2)贮水待用;
(2)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室(3)内,并驱动抽水厂房硐室(3)内的水泵机组将下水库(2)内的水抽到上水库(1)内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(3)当附近电网电能供大于求,导致电力系统出现过剩电量时,将低谷电能或过剩电能输入抽水厂房硐室(3)内,并驱动抽水厂房硐室(3)内的水泵机组将下水库(2)内的水抽到上水库(1)内,将电能转换为水的重力势能,完成抽水蓄能;
(4)重复步骤(2)和步骤(3),实现抽水蓄能循环。
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