1.本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

2.大規(guī)模開發(fā)新能源成為當(dāng)今社會應(yīng)對環(huán)境污染的主要方式。但風(fēng)能、太陽能等新能源天生具有波動性和隨機性的特征，給電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。儲能技術(shù)在解決新能源消納、增強電網(wǎng)靈活性、改善新能源發(fā)電并網(wǎng)特性等方面具有顯著優(yōu)勢。

3.壓縮空氣儲能作為一種大規(guī)模物理儲能技術(shù)，具有“零碳排”、“長壽命”、“高效率”的優(yōu)勢，是解決新能源消納、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的最有效手段之一。隨著壓縮空氣儲能技術(shù)的快速發(fā)展，大容量儲氣技術(shù)已成為制約其規(guī)模化發(fā)展和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

4.我國礦產(chǎn)資源豐富，如何充分利用廢棄礦洞作為規(guī)?；茄a燃壓縮空氣儲能電站的儲氣庫，突破礦洞儲氣型壓縮空氣儲能電站的技術(shù)瓶頸是促進電網(wǎng)更加友好地實現(xiàn)新能源消納，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。常規(guī)礦石開采后會留下大量沿地層分布的水平礦洞巷道。不同水平巷道之間會間隔一定厚度的圍巖，如何最大化利用水平礦洞巷道體積，在安全范圍內(nèi)提高整體儲氣壓力是提供礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)儲能密度的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的包括提供了一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法，其能夠最大化利用水平礦洞巷道的體積，在安全范圍內(nèi)提高系統(tǒng)整體儲氣壓力和儲能密度。

6.本發(fā)明的實施例可以這樣實現(xiàn)：

7.第一方面，本發(fā)明提供一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機、多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回?zé)崞?、第一儲熱罐、第二儲熱罐、發(fā)電機以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井連通，沿豎井的深度方向布置輸氣管路，輸氣管路與多個水平礦洞巷道之間設(shè)置輸氣支路，每條輸氣支路上設(shè)置有閥門；

8.電動機、多級壓縮機、多級冷卻器、多級回?zé)崞鳌⒍嗉壨钙綑C和發(fā)電機依次連通，輸氣支路連通到多級冷卻器與多級回?zé)崞髦g的管道上，多級回?zé)崞?、第一儲熱罐、多級冷卻器以及第二儲熱罐依次連通，形成循環(huán)回路。

9.在可選的實施方式中，多級壓縮機包括第一壓縮機和第二壓縮機，多級冷卻器包括第一冷卻器和第二冷卻器，第一冷卻器包括a1接口和b1接口，第二冷卻器包括a2接口和b2接口；

10.電動機、第一壓縮機、a1接口、b1接口、第二壓縮機、a2接口和b2接口依次連通。

11.在可選的實施方式中，第一冷卻器包括c1接口和d1接口，第二冷卻器包括c2接口和d2接口；

12.第一儲熱罐、c1接口、d1接口和第二儲熱罐依次連通；

13.第一儲熱罐、c2接口、d2接口和第二儲熱罐依次連通。

14.在可選的實施方式中，多級透平機包括第一透平機和第二透平機，多級回?zé)崞靼ǖ谝换責(zé)崞骱偷诙責(zé)崞鳎谝换責(zé)崞靼╝3接口和b3接口，第二回?zé)崞靼╝4接口和b4接口；

15.b2接口、a3接口、b3接口、第一透平機、a4接口和b4接口依次連通。

16.在可選的實施方式中，第一回?zé)崞靼╟3接口和d3接口，第二回?zé)崞靼╟4接口和d4接口；

17.第二儲熱罐、c3接口、d3接口和第一儲熱罐依次連通；

18.第二儲熱罐、c4接口、d4接口和第一儲熱罐依次連通。

19.在可選的實施方式中，多級冷卻器與多級回?zé)崞髦g的管路上安裝有第一電磁閥和第二電磁閥，輸氣管路連通在第一電磁閥與第二電磁閥之間的管路上。

20.在可選的實施方式中，水平礦洞巷道的數(shù)量至少為三個。

21.第二方面，本發(fā)明提供一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于前述實施方式的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，控制方法包括：

22.儲能時，利用多級壓縮機將空氣壓縮后，采用多級冷卻器回收空氣中的熱能，被冷卻后的空氣首先注入所有水平礦洞巷道直至每個水平礦洞巷道內(nèi)壓力由初始壓力p0增壓至p1，然后，沿豎井從上往下依次減少注氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，每減少一個注氣的水平礦洞巷道就將余下的水平礦洞巷道的最終儲氣壓力相應(yīng)增加dp，按照此方式直到注氣至底層的水平礦洞巷道。

23.在可選的實施方式中，控制方法包括：

24.釋能時，首先選擇位于最底層的水平礦洞巷道進行釋氣，釋氣壓力范圍為dp，釋放的空氣經(jīng)過多級回?zé)崞骷訜岷?，依次?jīng)過多級透平機透平發(fā)電，然后，沿著豎井從下往上依次增加釋氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，釋氣壓力范圍為dp，按照此方式直到釋氣至頂層的水平礦洞巷道，最后選擇所有水平礦洞巷道進行釋氣，直至所有水平礦洞巷道的儲氣壓力均降低至p0。

25.本發(fā)明實施例提供的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法的有益效果包括：

26.1.儲能時，首先將空氣注入所有水平礦洞巷道，然后，沿豎井從上往下依次減少注氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，可充分利用水平礦洞巷道之間圍巖的承壓，能力實現(xiàn)梯壓儲氣，最終提高系統(tǒng)整體的儲氣壓力和儲能密度；

27.2.釋能時，首先選擇位于最底層的水平礦洞巷道進行釋氣，然后，沿著豎井從下往上依次增加釋氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，依次經(jīng)過多級透平機透平發(fā)電，提高發(fā)電能力。

附圖說明

28.為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

29.圖1為本發(fā)明實施例提供的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

30.圖標(biāo)：100-礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)；1-電動機；2-第一壓縮機；3-第二壓縮機；4-第一冷卻器；5-第二冷卻器；6-第一儲熱罐；7-第二儲熱罐；8-第一回?zé)崞鳎?-第二回?zé)崞鳎?0-第一透平機；11-第二透平機；12-發(fā)電機；13-輸氣管路；14-輸氣支路；15-豎井；16-第一電磁閥；17-第二電磁閥；18-第三電磁閥；19-第四電磁閥；20-第五電磁閥；21-第六電磁閥；22-第七電磁閥；23-地表層；24-圍巖；25-第一水平巷道；26-第二水平巷道；27-第三水平巷道；28-第四水平巷道；29-第五水平巷道。

具體實施方式

31.為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

32.因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

33.應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

34.在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，若出現(xiàn)術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

35.此外，若出現(xiàn)術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

36.需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實施例中的特征可以相互結(jié)合。

37.請參考圖1，本實施例提供了一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)100，礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)100包括電動機1、多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回?zé)崞鳌⒌谝粌峁?、第二儲熱罐7、發(fā)電機12以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井15連通，沿豎井15的深度方向布置輸氣管路13，輸氣管路13與多個水平礦洞巷道之間設(shè)置輸氣支路14，每條輸氣支路14上設(shè)置有閥門。電動機1、多級壓縮機、多級冷卻器、多級回?zé)崞?、多級透平機和發(fā)電機12依次連通，輸氣支路14連通到多級冷卻器與多級回?zé)崞髦g的管道上，多級回?zé)崞?、第一儲熱?、多級冷卻器以及第二儲熱罐7依次連通，形成循環(huán)回路。其中，第一儲熱罐6為低溫罐，第二儲熱罐7為高溫罐。

38.具體的，多級壓縮機包括第一壓縮機2和第二壓縮機3，多級冷卻器包括第一冷卻器4和第二冷卻器5，多級回?zé)崞靼ǖ谝换責(zé)崞?和第二回?zé)崞?，多級透平機包括第一透平機10和第二透平機11。

39.第一冷卻器4包括a1接口、b1接口、c1接口和d1接口，第二冷卻器5包括a2接口、b2接口、c2接口和d2接口，第一回?zé)崞?包括a3接口、b3接口、c3接口和d3接口，第二回?zé)崞?包

括a4接口、b4接口、c4接口和d4接口。

40.電動機1、第一壓縮機2、a1接口、b1接口、第二壓縮機3、a2接口和b2接口依次連通。第一儲熱罐6、c1接口、d1接口和第二儲熱罐7依次連通。第一儲熱罐6、c2接口、d2接口和第二儲熱罐7依次連通。b2接口、a3接口、b3接口、第一透平機10、a4接口和b4接口依次連通。第二儲熱罐7、c3接口、d3接口和第一儲熱罐6依次連通。第二儲熱罐7、c4接口、d4接口和第一儲熱罐6依次連通。

41.多級冷卻器與多級回?zé)崞髦g的管路上安裝有第一電磁閥16和第二電磁閥17，輸氣管路13連通在第一電磁閥16與第二電磁閥17之間的管路上。

42.水平礦洞巷道的數(shù)量至少為三個。本實施例中，水平礦洞巷道的數(shù)量設(shè)計有五個，從上至下依次為：第一水平巷道25、第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29。

43.五個水平礦洞巷道的輸氣支路14上分別安裝有第三電磁閥18、第四電磁閥19、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22。

44.最大承壓能力p1根據(jù)地表層23的厚度以及地質(zhì)狀態(tài)計算得出，承壓能力dp根據(jù)相鄰兩個水平礦洞巷道之間圍巖24的厚度以及地質(zhì)狀態(tài)計算得出。在實際中，因為不同的水平礦洞巷道之間的圍巖24的狀態(tài)可能存在差異，所以不同的水平礦洞巷道的承壓能力dp一般是不相同的。本實施例中，假設(shè)各相鄰水平礦洞巷道之間圍巖24的厚度以及地質(zhì)狀態(tài)相似，故各水平礦洞巷道的最大承壓能力均為dp。

45.本實施例還提供上述礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)100的控制方法，控制方法包括：

46.儲能時，利用多級壓縮機將空氣壓縮后，采用多級冷卻器回收空氣中的熱能，被冷卻后的空氣首先注入所有水平礦洞巷道直至每個水平礦洞巷道內(nèi)壓力由初始壓力p0增壓至p1，然后，沿豎井15從上往下依次減少注氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，每減少一個注氣的水平礦洞巷道就將余下的水平礦洞巷道的最終儲氣壓力相應(yīng)增加dp，按照此方式直到注氣至底層的水平礦洞巷道。

47.釋能時，首先選擇位于最底層的水平礦洞巷道進行釋氣，釋氣壓力范圍為dp，釋放的空氣經(jīng)過多級回?zé)崞骷訜岷?，依次?jīng)過多級透平機透平發(fā)電，然后，沿著豎井15從下往上依次增加釋氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，釋氣壓力范圍為dp，按照此方式直到釋氣至頂層的水平礦洞巷道，最后選擇所有水平礦洞巷道進行釋氣，直至所有水平礦洞巷道的儲氣壓力均降低至p0。

48.具體的，在儲能時采用如下步驟：

49.步驟一、根據(jù)地表層23的厚度以及地質(zhì)狀態(tài)，計算地表層23滿足地表安全性的最大承壓能力p1；根據(jù)各水平礦洞巷道之間的圍巖24厚度以及地質(zhì)現(xiàn)狀，計算圍巖24的最大承壓能力dp(即其它水平礦洞巷道的最大承壓能力dp)。

50.步驟二、打開第一電磁閥16、第三電磁閥18、第四電磁閥19、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第二電磁閥17。利用電動機1驅(qū)動第一級壓縮機和第二級壓縮機將空氣由常壓狀態(tài)壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在此過程中驅(qū)動低溫蓄熱介質(zhì)從第一儲熱罐6出口，分別通過第一級冷卻器和第二級冷卻器以吸收第一壓縮機2和第二壓縮機3出口空氣的壓縮熱，并將壓縮熱儲存于第二儲熱罐7。被冷卻后的高壓空氣同時注入礦洞巷道第一水

平巷道25、第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29，保證注氣過程中各巷道的壓力變化趨勢相同，直到第一水平巷道25、第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力從初始壓力p0達到p1。

51.步驟三、打開第一電磁閥16、第四電磁閥19、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第二電磁閥17和第三電磁閥18。利用電動機1驅(qū)動第一壓縮機2、第二壓縮機3將空氣由常壓狀態(tài)壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在此過程中利用第一冷卻器4和第二冷卻器5吸收高溫空氣中的熱能并存儲于第二儲熱罐7。被冷卻后的高壓空氣同時注入第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29，保證注氣過程中各巷道的壓力變化趨勢相同，直到第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力達到(p1+dp)。由于第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29的壓力相同，故其內(nèi)部巷道之間的圍巖24處于非承壓狀態(tài)。

52.步驟四、打開第一電磁閥16、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第二電磁閥17、第三電磁閥18和第四電磁閥19。利用電動機1驅(qū)動第一壓縮機2、第二壓縮機3將空氣由常壓狀態(tài)壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在此過程中利用第一冷卻器4和第二冷卻器5吸收高溫空氣中的熱能并存儲于第二儲熱罐7。被冷卻后的高壓空氣同時注入第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29，保證注氣過程中各巷道的壓力變化趨勢相同，直到第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力達到(p1+2dp)。由于第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29的壓力相同，故其內(nèi)部巷道之間的圍巖24處于非承壓狀態(tài)。

53.步驟五、打開第一電磁閥16、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第二電磁閥17、第三電磁閥18、第四電磁閥19和第五電磁閥20。利用電動機1驅(qū)動第一壓縮機2、第二壓縮機3將空氣由常壓狀態(tài)壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在此過程中利用第一冷卻器4和第二冷卻器5吸收高溫空氣中的熱能并存儲于第二儲熱罐7。被冷卻后的高壓空氣同時注入第四水平巷道28和第五水平巷道29，保證注氣過程中各巷道的壓力變化趨勢相同，直到第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力達到(p1+3dp)。由于第四水平巷道28和第五水平巷道29的壓力相同，故其內(nèi)部巷道之間的圍巖24處于非承壓狀態(tài)。

54.步驟六、打開第一電磁閥16和第七電磁閥22，關(guān)閉第二電磁閥17、第三電磁閥18、第四電磁閥19、第五電磁閥20和第六電磁閥21。利用電動機1驅(qū)動第一壓縮機2、第二壓縮機3將空氣由常壓狀態(tài)壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在此過程中利用第一冷卻器4和第二冷卻器5吸收高溫空氣中的熱能并存儲于第二儲熱罐7。被冷卻后的高壓空氣同時注入第五水平巷道29，保證注氣過程中各巷道的壓力變化趨勢相同，直到第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力達到(p1+4dp)。

55.在壓縮過程中，通過逐次利用水平礦洞巷道之間圍巖24的承壓能力，按照水平礦洞巷道從上到下壓力逐次增加的儲氣方案，既保證了礦洞儲氣的安全性，也增加了系統(tǒng)的整體儲氣壓力，極大的提高了系統(tǒng)的儲能密度。

56.在釋能時采用如下步驟：

57.步驟一、打開第二電磁閥17和第七電磁閥22，關(guān)閉第一電磁閥16、第三電磁閥18、第四電磁閥19、第五電磁閥20和第六電磁閥21。釋放第五水平巷道29內(nèi)的高壓空氣，經(jīng)過第一級回?zé)崞鞅患訜岬礁邷馗邏籂顟B(tài)后，再進入第一透平機10透平做功，從第一透平機10出

口的低溫中壓空氣再經(jīng)過第二回?zé)崞?被加熱到高溫中壓狀態(tài)后經(jīng)過第二透平機11透平做功后排向大氣。在此過程中驅(qū)動高溫蓄熱介質(zhì)從第二儲熱罐7出口，分別通過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?釋放高溫壓縮熱后回到第一儲熱罐6。持續(xù)該過程，直至第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力降至(p1+3dp)。

58.步驟二、打開第二電磁閥17、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第一電磁閥16、第三電磁閥18、第四電磁閥19和第五電磁閥20。同時釋放第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的高壓空氣，經(jīng)過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?被加熱到高溫狀態(tài)后，再依次經(jīng)過第一透平機10和第二透平機11透平做功后排向大氣。在此過程中驅(qū)動高溫蓄熱介質(zhì)從第二儲熱罐7出口，分別通過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?釋放高溫壓縮熱后回到第一儲熱罐6。持續(xù)該過程，直至第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力降至(p1+2dp)。

59.步驟三、打開第二電磁閥17、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第一電磁閥16、第三電磁閥18和第四電磁閥19。同時釋放第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的高壓空氣，經(jīng)過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?被加熱到高溫狀態(tài)后，再依次經(jīng)過第一透平機10和第二透平機11透平做功后排向大氣。在此過程中驅(qū)動高溫蓄熱介質(zhì)從第二儲熱罐7出口，分別通過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?釋放高溫壓縮熱后回到第一儲熱罐6。持續(xù)該過程，直至第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力降至(p1+dp)。

60.步驟四、打開第二電磁閥17、第四電磁閥19、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第一電磁閥16和第三電磁閥18。同時釋放第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的高壓空氣，經(jīng)過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?被加熱到高溫狀態(tài)后，再依次經(jīng)過第一透平機10和第二透平機11透平做功后排向大氣。在此過程中驅(qū)動高溫蓄熱介質(zhì)從第二儲熱罐7出口，分別通過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?釋放高溫壓縮熱后回到第一儲熱罐6。持續(xù)該過程，直至第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力降至p1。

61.步驟五、打開第二電磁閥17、第三電磁閥18、第四電磁閥19、第五電磁閥20、第六電磁閥21和第七電磁閥22，關(guān)閉第一電磁閥16。同時釋放第一水平巷道25、第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的高壓空氣，經(jīng)過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?被加熱到高溫狀態(tài)后，再依次經(jīng)過第一透平機10和第二透平機11透平做功后排向大氣。在此過程中驅(qū)動高溫蓄熱介質(zhì)從第二儲熱罐7出口，分別通過第一回?zé)崞?和第二回?zé)崞?釋放高溫壓縮熱后回到第一儲熱罐6。持續(xù)該過程，直至第一水平巷道25、第二水平巷道26、第三水平巷道27、第四水平巷道28和第五水平巷道29內(nèi)的空氣壓力降至p0。

62.本發(fā)明實施例提供的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法的有益效果包括：

63.1.儲能時，首先將空氣注入所有水平礦洞巷道，然后，沿豎井15從上往下依次減少注氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，可充分利用水平礦洞巷道之間圍巖24的承壓，能力實現(xiàn)梯壓儲氣，最終提高系統(tǒng)整體的儲氣壓力和儲能密度；

64.2.釋能時，首先選擇位于最底層的水平礦洞巷道進行釋氣，然后，沿著豎井15從下往上依次增加釋氣的水平礦洞巷道的數(shù)量，依次經(jīng)過多級透平機透平發(fā)電，提高發(fā)電能力。

65.以上，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉

本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括電動機(1)、多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回?zé)崞?、第一儲熱?6)、第二儲熱罐(7)、發(fā)電機(12)以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個所述水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井(15)連通，沿所述豎井(15)的深度方向布置輸氣管路(13)，所述輸氣管路(13)與多個所述水平礦洞巷道之間設(shè)置輸氣支路(14)，每條所述輸氣支路(14)上設(shè)置有閥門；所述電動機(1)、所述多級壓縮機、所述多級冷卻器、所述多級回?zé)崞?、所述多級透平機和所述發(fā)電機(12)依次連通，所述輸氣支路(14)連通到所述多級冷卻器與所述多級回?zé)崞髦g的管道上，所述多級回?zé)崞?、所述第一儲熱?6)、所述多級冷卻器以及所述第二儲熱罐(7)依次連通，形成循環(huán)回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述多級壓縮機包括第一壓縮機(2)和第二壓縮機(3)，所述多級冷卻器包括第一冷卻器(4)和第二冷卻器(5)，所述第一冷卻器(4)包括a1接口和b1接口，所述第二冷卻器(5)包括a2接口和b2接口；所述電動機(1)、所述第一壓縮機(2)、所述a1接口、所述b1接口、所述第二壓縮機(3)、所述a2接口和所述b2接口依次連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一冷卻器(4)包括c1接口和d1接口，所述第二冷卻器(5)包括c2接口和d2接口；所述第一儲熱罐(6)、所述c1接口、所述d1接口和所述第二儲熱罐(7)依次連通；所述第一儲熱罐(6)、所述c2接口、所述d2接口和所述第二儲熱罐(7)依次連通。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述多級透平機包括第一透平機(10)和第二透平機(11)，所述多級回?zé)崞靼ǖ谝换責(zé)崞?8)和第二回?zé)崞?9)，所述第一回?zé)崞?8)包括a3接口和b3接口，所述第二回?zé)崞?9)包括a4接口和b4接口；所述b2接口、所述a3接口、所述b3接口、所述第一透平機(10)、所述a4接口和所述b4接口依次連通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一回?zé)崞?8)包括c3接口和d3接口，所述第二回?zé)崞?9)包括c4接口和d4接口；所述第二儲熱罐(7)、所述c3接口、所述d3接口和所述第一儲熱罐(6)依次連通；所述第二儲熱罐(7)、所述c4接口、所述d4接口和所述第一儲熱罐(6)依次連通。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述多級冷卻器與所述多級回?zé)崞髦g的管路上安裝有第一電磁閥(16)和第二電磁閥(17)，所述輸氣管路(13)連通在所述第一電磁閥(16)與所述第二電磁閥(17)之間的管路上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述水平礦洞巷道的數(shù)量至少為三個。8.一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，所述控制方法包括：儲能時，利用所述多級壓縮機將空氣壓縮后，采用多級冷卻器回收空氣中的熱能，被冷卻后的空氣首先注入所有所述水平礦洞巷道直至每個所述水平礦洞巷道內(nèi)壓力由初始壓力p0增壓至p1，然后，沿所述豎井(15)從上往下依次減少注氣的所述水平礦洞巷道的數(shù)量，

每減少一個注氣的所述水平礦洞巷道就將余下的所述水平礦洞巷道的最終儲氣壓力相應(yīng)增加dp，按照此方式直到注氣至底層的所述水平礦洞巷道。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：釋能時，首先選擇位于最底層的所述水平礦洞巷道進行釋氣，釋氣壓力范圍為dp，釋放的空氣經(jīng)過所述多級回?zé)崞骷訜岷螅来谓?jīng)過所述多級透平機透平發(fā)電，然后，沿著所述豎井(15)從下往上依次增加釋氣的所述水平礦洞巷道的數(shù)量，釋氣壓力范圍為dp，按照此方式直到釋氣至頂層的所述水平礦洞巷道，最后選擇所有所述水平礦洞巷道進行釋氣，直至所有所述水平礦洞巷道的儲氣壓力均降低至p0。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種礦洞儲氣型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法，涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括多級壓縮機、多級冷卻器、多級透平機、多級回?zé)崞?、第一儲熱罐、第二儲熱罐以及沿地層方向垂直分布的多個水平礦洞巷道，多個水平礦洞巷道的一端均與一條垂直向下的豎井連通，豎井中的輸氣管路與多個水平礦洞巷道之間設(shè)置輸氣支路，每條輸氣支路上設(shè)置有閥門；多級壓縮機、多級冷卻器、多級回?zé)崞骱投嗉壨钙綑C依次連通，輸氣支路連通到多級冷卻器與多級回?zé)崞髦g的管道上，多級回?zé)崞?、第一儲熱罐、多級冷卻器以及第二儲熱罐依次連通，形成循環(huán)回路。該系統(tǒng)及其控制方法能夠最大化利用水平礦洞巷道的體積，在安全范圍內(nèi)提高系統(tǒng)整體儲氣壓力和儲能密度。和儲能密度。和儲能密度。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭天文 梅生偉 陳來軍 張躍 張程云 蔣力波 潘磊

受保護的技術(shù)使用者：清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.23

技術(shù)公布日：2022/2/11