CN114738657A - 一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 - Google Patents
一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114738657A CN114738657A CN202210343094.7A CN202210343094A CN114738657A CN 114738657 A CN114738657 A CN 114738657A CN 202210343094 A CN202210343094 A CN 202210343094A CN 114738657 A CN114738657 A CN 114738657A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- storage
- low
- pipeline
- underground
- temperature liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 141
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 44
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 44
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 claims description 18
- 239000010451 perlite Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 7
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101150054854 POU1F1 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/12—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge with provision for thermal insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
- F17C13/08—Mounting arrangements for vessels
- F17C13/081—Mounting arrangements for vessels for large land-based storage vessels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/03—Thermal insulations
- F17C2203/0304—Thermal insulations by solid means
- F17C2203/0337—Granular
- F17C2203/0341—Perlite
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/03—Thermal insulations
- F17C2203/0362—Thermal insulations by liquid means
- F17C2203/037—Water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
- F17C2221/012—Hydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
- F17C2223/0107—Single phase
- F17C2223/013—Single phase liquid
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低温液体地下冰穴储能装置和方法，包括储存穴、第一管道、第二管道、注水管；通过第一管道向储存穴内通入低温液体；通过注水管向储存穴外壁通入水，在低温液体的低温作用下，储存穴外壁中的水冻结变成冰，储存穴外壁可冻结变成含冰冻土层，提高地质层密封性，可防止低温液体挥发泄露，进而对低温液体进行有效地存储；对比现有中小型低温液体储罐高成本的真空绝热层和堆积绝热层，本发明的地下冰穴储能装置通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层和致密冰穴进行绝热，大大降低了低温液体储存系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及低温液体储存技术领域，尤其涉及一种低温液体地下冰穴储能装置和方法。
背景技术
可再生能源发电，如风电、光伏发电、水力发电等，具有季节性、波动性、不连续性等特点，导致我国可再生能源发电存在着总量较大的弃电；仅2021年第一季度，我国可再生能源发电的弃电总量就超过百亿千瓦时。可采用大规模储能技术对可再生能源的弃电进行消纳及再发电，将这部分可再生能源充分利用，进一步减少碳排放、优化能源使用结构。
通过大规模储能技术对可再生能源的弃电进行消纳，是对我国“双碳”目标的有力支撑。地下氢储能储能密度大，结合可再生能源进行储能及再发电，理论上全过程不产生碳排放和污染物，是理想的大规模储能方式。而我国可再生能源弃电集中的地区和拥有适宜进行大规模地下氢储能的盐穴的地区在地理上不重合，造成这一理想储能方式实施上的困难。
此外，目前可再生能源电解水制氢储能主要以气态氢作为储能介质，其储能的能量密度小，且高压氢气的需要专门的罐体进行装运，目前专用储罐的制造成本较高且单体容积有限，造成氢气的储存和运输运成本较高，终端用户的用氢成本较高。
现有航空航天工业上多采用液氢储罐进行液氢存储，并且对液氢日蒸发率有着严格的要求，采用复杂的低温绝热结构和材料，制造成本高昂，地面存放安全性低，其能量密度比气态氢气大但储存体积依然有限，最大只能做到几千立方米，难以实现数万甚至数十万立方的大规模储存。
基于目前的气态储氢和液氢存储存在的缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种低温液体地下冰穴储能装置和方法，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本发明提供了一种低温液体地下冰穴储能装置，包括：
储存穴，其开采于地下，所述储存穴用于储存低温液体；
第一管道，其与所述储存穴的腔室连通；
第二管道，其与所述储存穴的腔室连通；
注水管，其与所述储存穴外壁连通，通过所述注水管向所述储存穴外壁注水以使所述储存穴外壁形成冻土层。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述储存穴内壁面还依次设有隔热缓冲层和增强层。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，隔热缓冲层的材料为珍珠岩。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述增强层的材料为混凝土或耐火砖。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述第一管道、所述第二管道、所述注水管上均设有阀门。
第二方面，本发明还提供了一种低温液体地下冰穴储能方法，包括以下步骤：
于地下一定深度开采储存穴；
自地面向下设置第一管道、第二管道，所述第一管道、所述第二管道与所述储存穴的腔室连通；
自地面向所述储存穴外壁之间设置注水管；
通过所述第一管道向所述储存穴内通入氮气以排出所述储存穴内的空气；
通过注水管向所述储存穴外壁注水；
通过第一管道向所述储存穴通入低温液体，所述储存穴内通入的氮气经第二管道排出，继续通入低温液体后封闭第一管道、第二管道完成低温液体的储存。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能方法，通过注水管向所述储存穴外壁注水，以使所述储存穴外壁质量含水量为20～80％。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能方法，通过所述第一管道向所述储存穴内通入氮气之前还包括：向所述储存穴内壁面铺设隔热缓冲材料以形成隔热缓冲层，在所述隔热缓冲层表面制备增强层。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能方法，所述隔热缓冲层的材料为珍珠岩，所述珍珠岩的体积密度为10～500kg/m3，所述增强层的为混凝土或耐火砖。
优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能方法，于地下30～3000m深度开采储存穴，所述低温液体包括液氢。
本发明的一种低温液体地下冰穴储能装置和方法，相对于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的低温液体地下冰穴储能装置，包括储存穴、第一管道、第二管道、注水管；通过第一管道向储存穴内通入低温液体；通过注水管向储存穴外壁通入水，在低温液体的低温作用下，储存穴外壁中的水冻结变成冰，储存穴外壁可冻结变成含冰冻土层，提高地质层密封性，可防止低温液体挥发泄露，进而对低温液体进行有效地存储；对比现有中小型低温液体储罐高成本的真空绝热层和堆积绝热层，本发明的地下冰穴储能装置通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层和致密冰穴进行绝热，大大降低了低温液体储存系统成本。
2、本发明的低温液体地下冰穴储能装置，储存穴内壁面还依次设有隔热缓冲层和增强层，隔热缓冲层的材料可以为具有一定孔隙率的材料或粉末，具体而言可以为珍珠岩，珍珠岩作为隔热缓冲层一方面可以作为保温层减少储存穴和外围地质层之间的热量传递；另一方面，可以作为应力缓冲带，防止由于非稳态过程中的温度变化、外围含水地质层冻结等情况下，产生的应力造成的地质变形破坏和储穴形状改变；
3、本发明的低温液体地下冰穴储能方法，通过人工开采加工形成一定容积的地下储存穴，通过第一管道将氢液化器制取的低温液体产品注入储存穴中，实现低温液体储存；储存穴内壁面设有隔热缓冲层，其可以减少低温液体向外散热，降低低温液体蒸发率，并且其具有一定孔隙率的结构可以缓冲由于储存穴外壁中的水结冰造成的应力应变；通过注水管向储存穴外壁注水，待低温液体注入后形成致密冰穴层，以达到防止氢气的泄漏的目的；对比现有中小型低温液体储罐高成本的真空绝热层和堆积绝热层，本发明的地下冰穴储能方法通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层和致密冰穴进行绝热，大大降低了低温液体储存系统成本；可通过合适选址建设数万立方地下冰穴储能装置，实现大规模低温液体储存。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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的介绍。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为本发明的低温液体地下冰穴储能装置的结构示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种低温液体地下冰穴储能装置，如图1所示，包括：
储存穴1，其开采于地下，储存穴1用于储存低温液体；
第一管道2，其与储存穴1的腔室连通；
第二管道3，其与储存穴1的腔室连通；
注水管4，其与储存穴1外壁11连通，通过注水管4向储存穴1外壁11注水以使储存穴1外壁11形成冻土层。
需要说明的是，本申请实施例提供的低温液体地下冰穴储能装置，包括储存穴1、第一管道2、第二管道3、注水管4；在可再生能源发电弃电集中的发电厂附近，通过人工开采加工形成一定容积的地下储存穴1，其可容纳数万立方低温液体，其地下深度可选数十米至千米；通过第一管道2可以向储存穴1内通入氮气，将储存穴1内的空气排出，空气经第二管道3排出，然后再通过第一管道2向储存穴1内通入低温液体；通过注水管4向储存穴1外壁11通入水，在低温液体的低温作用下，储存穴1外壁11中的水冻结变成冰，储存穴1外壁11可冻结变成含冰冻土层，提高地质层密封性，防止低温液体挥发泄露，实际操作过程中可以控制水的注射压力和注射水量。
在一些实施例中，储存穴1内壁面还依次设有隔热缓冲层5和增强层6。隔热缓冲层5起到了隔热和缓冲的作用；储存穴1需保持一定的强度，设置增强层6可以减轻长期运行后由于顶部一定厚度的土壤压力造成的储存穴1变形。
在一些实施例中，隔热缓冲层5的材料可以为具有一定孔隙率的材料或粉末，具体而言可以为珍珠岩。珍珠岩作为隔热缓冲层5一方面可以作为保温层减少储存穴1和外围地质层之间的热量传递；另一方面，可以作为应力缓冲带，防止由于非稳态过程中的温度变化、外围含水地质层冻结等情况下，产生的应力造成的地质变形破坏和储穴形状改变。其作为缓冲层的保护机理为，当含冰冻土中水冻结成冰体积膨胀时，应力增大首先导致多孔的珍珠岩颗粒被挤压，被挤压后，珍珠岩层的孔隙率有一定的降低，从而对储存穴1形状起到缓冲保护作用。隔热缓冲层5优选现有的成本低廉的珍珠岩粉颗粒，珍珠岩粉可以通过裂解火山岩生产，成本相对较低，珍珠岩粉的体积密度范围为10-500kg/m3，优选为100kg/m3左右，此时可起到较好的隔热和缓冲双重作用，此时导热系数为3×10-2W/K/m左右。
在一些实施例中，增强层6的材料为混凝土或耐火砖。
具体的，在一些实施例中，在地下开采储存穴1时，首先对地质结构进行勘探，若强度可以满足需求(大于临界强度值)，则直接利用储存穴1储存低温液体；若强度小于临界强度值，则需对储存穴1内壁进行处理，可用的材料为混凝土或耐火砖或其他材料。
在一些实施例，第一管道2向下延伸至靠近储存穴1底部，而第二管道3在靠近储存穴1顶部。
在一些实施例中，第一管道2、第二管道3、注水管4上均设有阀门。
具体的，通过注水管4向储存穴1外壁11注水以使储存穴1外壁11形成冻土层，冻土层外侧则为普通的地质层，通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层，对低温液体起到一定的隔热作用。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种低温液体地下冰穴储能方法，包括以下步骤：
S1、于地下一定深度开采储存穴；
S2、自地面向下设置第一管道、第二管道，第一管道、第二管道与储存穴的腔室连通；
S3、自地面向储存穴外壁之间设置注水管；
S4、通过第一管道向储存穴内通入氮气以排出储存穴内的空气；
S5、通过注水管向储存穴外壁注水；
S6、通过第一管道向储存穴通入低温液体，储存穴内通入的氮气经第二管道排出，继续通入低温液体后封闭第一管道、第二管道完成低温液体的储存。
本申请的低温液体地下冰穴储能方法，步骤S4中，利用第一管道向储存穴内通入氮气，排出的空气经第二管道排出，这样的目的是为了防止低温液体注入后挥发的气化气与空气混合后造成安全隐患；步骤S5中，通过注水管向储存穴外壁注水，同时通过控制注射压力和时间控制水的注入量，注入水后的储存穴外壁的质量含水量范围为20％-80％，优选为50％左右；步骤S6中，首先通过第一管道注入小流量低温液体，将氮气从第二管道排出，通入的低温液体对储存穴及其外壁进行预冷，使储存穴外壁降温至低温液体温区，储存穴外壁中所含水份冻结成冰；然后加大低温液体的注入流量，完成低温液体注入过程。在使用时，利用增压泵将储存在储存穴中的低温液体沿第二管道排出，采用高压低温液体气化器转化为高压氢气，用于氢燃料电池、氢气轮机等设备再发电。由于通过冰穴层存在一定的散热，每天会有少量氢气蒸发，蒸发的氢气通过第二管道排出，进行再发电利用。
在一些实施例中，通过注水管向所述储存穴外壁注水，以使储存穴外壁质量含水量为20～80％，优选为50％左右。
在一些实施例中，通过第一管道向储存穴内通入氮气之前还包括：向储存穴内壁面铺设隔热缓冲材料以形成隔热缓冲层，在隔热缓冲层表面制备增强层。
在一些实施例中，隔热缓冲层的材料为珍珠岩，珍珠岩的体积密度为10～500kg/m3，增强层的为混凝土或耐火砖。
具体的，在实际中，可在储存穴内壁面开挖凹槽，然后向凹槽内填充珍珠岩，然后浇筑混凝土。
在一些实施例中，于地下30～3000m深度开采储存穴，低温液体包括液氢。
本申请的目的是利用储穴对低温液体进行储存，以液氢为例说明，氢气的液化温度是-253度，即20K左右；当液氢被注入储存穴时，此时，周围地质层温度较高，会有一定量的液氢蒸发变为氢气，气化的氢气可经过第二管道排出直接利用，或者气化的氢气经氢液化器液化后重新注入储存穴；继续注入液氢后，储存穴周围地质层中所含水分直接冻结成冰，从而形成低温的含冰冻土层，在含冰冻土层和隔热缓冲层的而共同作用下，防止液氢大量气化。
以地下300m开采的10万m3的储存穴储存液氢的传热特性进行数值模拟，结果表明该储存穴储存液氢，氢气日蒸发率不到3％，此值在可接受范围内，因为储存穴储存液氢对日蒸发率的要求没有液氢储罐那样严格，蒸发的气态氢气可实时排出利用。对比现有美国土星-5运载火箭的地面3500m3液氢储罐日蒸发率为7.56％，本申请的地下冰穴储能装置液氢储能在数万立方储存技术上具有很强的竞争力。
本申请的低温液体地下冰穴储能方法，在可再生能源发电弃电集中的发电厂附近，通过人工开采加工形成一定容积的地下储存穴，通过第一管道将氢液化器制取的低温液体产品注入储存穴中，实现低温液体储存；储存穴内壁面设有隔热缓冲层，其可以减少低温液体向外散热，降低低温液体蒸发率，并且其具有一定孔隙率的结构可以缓冲由于储存穴外壁中的水结冰造成的应力应变；通过注水管向储存穴外壁注水，待低温液体注入后形成致密冰穴层，以达到防止氢气的泄漏的目的；对比现有中小型低温液体储罐高成本的真空绝热层和堆积绝热层，本申请的地下冰穴储能方法通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层和致密冰穴进行绝热，大大降低了低温液体储存系统成本；可通过合适选址建设数万立方地下冰穴储能装置，实现大规模低温液体储存；以液氢为例，在大量可再生能源弃电的地区缺乏适宜进行氢气大规模存储的盐穴，地下冰穴液氢储能技术选址更为灵活，可解决可再生能源弃电地址与适宜储能的大规模地址结构地址之间的矛盾。
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温液体地下冰穴储能装置，其特征在于，包括：
储存穴，其开采于地下，所述储存穴用于储存低温液体；
第一管道，其与所述储存穴的腔室连通；
第二管道，其与所述储存穴的腔室连通；
注水管，其与所述储存穴外壁连通，通过所述注水管向所述储存穴外壁注水以使所述储存穴外壁形成冻土层。
2.如权利要求1所述的低温液体地下冰穴储能装置，其特征在于，所述储存穴内壁面还依次设有隔热缓冲层和增强层。
3.如权利要求1所述的低温液体地下冰穴储能装置，其特征在于，隔热缓冲层的材料为珍珠岩。
4.如权利要求1所述的低温液体地下冰穴储能装置，其特征在于，所述增强层的材料为混凝土或耐火砖。
5.如权利要求1所述的低温液体地下冰穴储能装置，其特征在于，所述第一管道、所述第二管道、所述注水管上均设有阀门。
6.一种低温液体地下冰穴储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
于地下一定深度开采储存穴；
自地面向下设置第一管道、第二管道，所述第一管道、所述第二管道与所述储存穴的腔室连通；
自地面向所述储存穴外壁之间设置注水管；
通过所述第一管道向所述储存穴内通入氮气以排出所述储存穴内的空气；
通过注水管向所述储存穴外壁注水；
通过第一管道向所述储存穴通入低温液体，所述储存穴内通入的氮气经第二管道排出，继续通入低温液体后封闭第一管道、第二管道完成低温液体的储存。
7.如权利要求6所述的低温液体地下冰穴储能方法，其特征在于，通过注水管向所述储存穴外壁注水，以使所述储存穴外壁质量含水量为20～80％。
8.如权利要求6所述的低温液体地下冰穴储能方法，其特征在于，通过所述第一管道向所述储存穴内通入氮气之前还包括：向所述储存穴内壁面铺设隔热缓冲材料以形成隔热缓冲层，在所述隔热缓冲层表面制备增强层。
9.如权利要求8所述的低温液体地下冰穴储能方法，其特征在于，所述隔热缓冲层的材料为珍珠岩，所述珍珠岩的体积密度为10～500kg/m3，所述增强层的为混凝土或耐火砖。
10.如权利要求6所述的低温液体地下冰穴储能方法，其特征在于，于地下30～3000m深度开采储存穴，所述低温液体包括液氢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210343094.7A CN114738657A (zh) | 2022-04-02 | 2022-04-02 | 一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210343094.7A CN114738657A (zh) | 2022-04-02 | 2022-04-02 | 一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114738657A true CN114738657A (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=82279169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210343094.7A Pending CN114738657A (zh) | 2022-04-02 | 2022-04-02 | 一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114738657A (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB894762A (en) * | 1960-04-20 | 1962-04-26 | Conch Int Methane Ltd | Ground reservoir for the storage of liquefied gases |
| US3285014A (en) * | 1962-05-24 | 1966-11-15 | Conch Int Methane Ltd | Ground reservoir for the storage of a liquefied gas |
| US4121429A (en) * | 1975-04-14 | 1978-10-24 | Grennard Alf H | Underground storage for cold and hot products and methods for constructing same |
| JPS576199A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Liquid storage underground tank equipment |
| JPH04312297A (ja) * | 1991-04-09 | 1992-11-04 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 全地下式低温液化ガスタンク |
| JPH08285198A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-11-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 低温液化ガス地下式貯蔵タンク |
| CN101784833A (zh) * | 2007-06-05 | 2010-07-21 | 芝加哥桥梁及钢铁公司 | 深冷液体的储罐 |
| JP2013119931A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Kajima Corp | 低温液化ガスの地下凍結制御型貯蔵施設 |
| CN104279421A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-14 | 中国海洋石油总公司 | Lng储罐的氮气置换系统 |
| CN108086357A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-05-29 | 中船第九设计研究院工程有限公司 | 一种液化天然气地下储罐结构及其施工方法 |
| CN108679439A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 田红梅 | 一种埋地式lng储罐及储存系统 |
| CN109519697A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种地下lng储罐及其建造方法 |
| CN212565283U (zh) * | 2020-05-08 | 2021-02-19 | 中国成达工程有限公司 | 一种低温夹套式敞口双壁内罐及储罐 |
| CN112483887A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-03-12 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种埋地式液氢储氢型加氢装置 |
-
2022
- 2022-04-02 CN CN202210343094.7A patent/CN114738657A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB894762A (en) * | 1960-04-20 | 1962-04-26 | Conch Int Methane Ltd | Ground reservoir for the storage of liquefied gases |
| US3285014A (en) * | 1962-05-24 | 1966-11-15 | Conch Int Methane Ltd | Ground reservoir for the storage of a liquefied gas |
| US4121429A (en) * | 1975-04-14 | 1978-10-24 | Grennard Alf H | Underground storage for cold and hot products and methods for constructing same |
| JPS576199A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Liquid storage underground tank equipment |
| JPH04312297A (ja) * | 1991-04-09 | 1992-11-04 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 全地下式低温液化ガスタンク |
| JPH08285198A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-11-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 低温液化ガス地下式貯蔵タンク |
| CN101784833A (zh) * | 2007-06-05 | 2010-07-21 | 芝加哥桥梁及钢铁公司 | 深冷液体的储罐 |
| JP2013119931A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Kajima Corp | 低温液化ガスの地下凍結制御型貯蔵施設 |
| CN104279421A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-14 | 中国海洋石油总公司 | Lng储罐的氮气置换系统 |
| CN108086357A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-05-29 | 中船第九设计研究院工程有限公司 | 一种液化天然气地下储罐结构及其施工方法 |
| CN108679439A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 田红梅 | 一种埋地式lng储罐及储存系统 |
| CN109519697A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种地下lng储罐及其建造方法 |
| CN212565283U (zh) * | 2020-05-08 | 2021-02-19 | 中国成达工程有限公司 | 一种低温夹套式敞口双壁内罐及储罐 |
| CN112483887A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-03-12 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种埋地式液氢储氢型加氢装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khan et al. | Review of energy storage and transportation of energy | |
| Liu et al. | Performance analysis of a novel combined cooling, heating and power system based on carbon dioxide energy storage | |
| CN102758689B (zh) | 超超临界空气储能/释能系统 | |
| Li et al. | Renewable energy carriers: Hydrogen or liquid air/nitrogen? | |
| CN102052256A (zh) | 超临界空气储能系统 | |
| CN111886191A (zh) | 一种用于储存压缩空气能量的系统和方法 | |
| CN110259625A (zh) | 一种利用地下含水层的抽水压缩空气蓄能系统及方法 | |
| Li et al. | Experimental and thermodynamic investigation on isothermal performance of large-scaled liquid piston | |
| Fu et al. | Design and operational strategy research for temperature control systems of isothermal compressed air energy storage power plants | |
| ILghami et al. | Thermodynamic analysis of an energy storage system based on pumped hydro combined with compressed gas for use in a solar powerplant | |
| Mikołajczak et al. | Analysis of the Liquid Natural Gas Energy Storage basing on the mathematical model | |
| Liang et al. | Current status of thermodynamic electricity storage: Principle, structure, storage device and demonstration | |
| CN102109089A (zh) | 冷能自然循环利用的方法及装置 | |
| CN110726321A (zh) | 一种利用月球表面昼夜大温差的相变储能及供能系统 | |
| CN114738657A (zh) | 一种低温液体地下冰穴储能装置和方法 | |
| CN103466250B (zh) | 一种基于水合物法的大型地下储气库及其地下储气方法 | |
| CN117072858A (zh) | 一种采用高压低温在废弃矿井大巷储存lng的方法 | |
| KR102379650B1 (ko) | 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치 | |
| CN103835766A (zh) | 一种高效储能发电方法和系统 | |
| WO2022169727A1 (en) | Localized green hydrogen system | |
| CN103045176A (zh) | 用于储存冷能的低温相变材料及其制备方法 | |
| Demirbaş | Energy conservation and storage systems | |
| CN203730075U (zh) | 一种高效储能发电系统 | |
| Fan et al. | Optimal Design of Cryogenic Insulation System for Large Liquefied Natural Gas (LNG) Storage Tanks Based on Operation Factors | |
| CN114738662A (zh) | 一种基于液氢储能的可再生能源综合利用系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Gong Linghui Inventor after: Wang Qian Inventor after: Zhou Han Inventor after: He Ming Inventor after: Lv Cui Inventor after: Li Anran Inventor before: Gong Linghui Inventor before: Wang Qian Inventor before: Zhou Han Inventor before: He Ming Inventor before: Lv Cui |