CN114046230B - 一种压气储能与含热水地层地热开采耦合*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，包括压气储能***和含热水地层地热开采***；压气储能***包括空气压缩机和压缩空气发电机组，空气压缩机的出气口经气管与含热水地层相通，气管与压缩空气发电机组的进气口相通；含热水地层地热开采***包括地面热水池和地热发电机组，地面热水池的内腔与压缩空气发电机组的进气口相通，地面热水池经水管与含热水地层相通，地面热水池经地热发电机组进行发电；空气压缩机、压缩空气发电机组和地热发电机组分别与电网相连。本发明耦合***有利于提高压气储能***的发电效率，并且压缩空气发电机组用地热补热，不需要采用石化燃料补燃，具有能源利用效率高、减少碳排放等优点。

Description

一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***
技术领域
本发明属于实现“碳达峰，碳中和”双目标的地下压气储能与地热能开发利用领域，具体涉及一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***。
背景技术
实现碳达峰目标的首要措施是减少化石能源的使用，增加风电、光伏等绿色可再生能源的利用。压气储能洞室在储能过程中，利用低谷电、弃风电、弃光电能驱动压缩空气，把空气压缩至高压状态储存于地下洞室，将电能转化为压缩空气的内能；在用电高峰负荷时，把储存在地下洞室的高压空气放出，使其进入透平做功完成膨胀发电。压缩空气储能分时段储/放能的特点，使其对电能实现“削峰填谷”的作用，保持电力***稳定运行，可有效的避免风能、太阳能等可再生能源的间歇性与波动性，提高可再生能源的利用率。
含热水地层地热是一种清洁资源，可用于发电、采暖，其功能多且用途广。在开采和使用过程，不会产生诸如二氧化碳等有害气体，也不会排出废水污染土壤河流。在使用地热能时，可替代一部分化石能源，减少对环境的影响，对地热能开发起到了节省资源的作用。实践表明，其社会、经济、环境效益均很显著，在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用。
现有的压气储能***，在释能阶段，需采用化石能源燃料补燃加热高压空气并通过发电机组发电，增加了压气储能***中的投资费用，并且化石能源燃烧后产生的二氧化碳污染大气环境。压气储能与含热水地层地热开采相结合，在实现地下可再生能源利用与储能方面具有重要的意义，不仅可利用含热水地层的地热资源，而且可将其作为压缩空气的储气空间，加热储气阶段的空气温度，同时，也可利用地热开发过程中采集的热量对用于在压缩空气发电机组中的高压空气进行补热，不再需要化石能源的补燃，达到储气-加热气体-地热资源利用一体化的目的，有效提高***的能源利用效率，符合国家当下降碳减排的能源政策，对实现多重能源耦合利用具有重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，利用含热水地层的温度加热储能阶段的高压空气，并且在地热开发过程中采集的热量用于压气储能***释能阶段的补热，有利于提高压气储能***的发电效率，并且压气储能***中压缩空气发电机组用地热补热，不需要采用石化燃料补燃，具有能源利用效率高、减少碳排放等优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，包括压气储能***和含热水地层地热开采***；
所述的压气储能***包括空气压缩机和压缩空气发电机组，所述的空气压缩机的出气口经气管与含热水地层相通，所述的气管与所述的压缩空气发电机组的进气口相通；
所述的含热水地层地热开采***包括地面热水池和地热发电机组，所述的地面热水池采用封闭的箱体结构，所述的地面热水池的内腔与所述的压缩空气发电机组的进气口相通，所述的地面热水池经水管与所述的含热水地层相通，所述的地面热水池经所述的地热发电机组进行发电；
所述的空气压缩机、所述的压缩空气发电机组和所述的地热发电机组分别与电网相连；
在储能阶段，利用电网中的低谷电、弃风电、弃光电能驱动空气压缩机产生高压空气，高压空气进入含热水地层中，在含热水地层中形成高压储气空间，含热水地层中的热水压挤至地面热水池中；在高压压缩空气发电阶段，经过含热水地层加热的高压空气排入压缩空气发电机组中，地面热水池中的水蒸汽对压缩空气发电机组中的高压空气补热，由压缩空气发电机组发电，同时地面热水池中的热水通过地热发电机组发电；高压压缩空气发电结束后，高压储气空间消失，地面热水池中的水回流至含热水地层中，重复上述储能步骤和高压压缩空气发电步骤，即可实现压气储能与含热水地层地热开采耦合***的循环运行。
本发明压气储能与含热水地层地热开采耦合***一个循环内的工作原理是：向含热水地层中注入高压空气→高压空气将含热水地层中的热水挤压至地面热水池中→释放含热水地层中的高压空气→利用地面热水池中的水蒸汽对压缩空气发电机组中的高压空气进行补热并发电→地面热水池中的热水通过地热发电机组进行发电→地面热水池中的水回流至含热水地层中→重新向含热水地层中注入高压空气。
作为优选，所述的空气压缩机的出气口与所述的气管之间安装有第一阀门，所述的气管与所述的压缩空气发电机组的进气口之间安装有第二阀门，所述的地面热水池的内腔经补热管道与所述的压缩空气发电机组的进气口相通，所述的补热管道上安装有第三阀门，所述的水管上安装有第四阀门。在储能阶段，第一阀门和第四阀门打开，第二阀门和第三阀门关闭；在高压压缩空气发电阶段，第二阀门和第三阀门打开，第一阀门和第四阀门关闭。通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门能够更好地控制整个耦合***的循环运行，实现耦合***在不同运行阶段间的自动切换。
作为优选，所述的含热水地层为天然形成的含热水地层，所述的含热水地层的上侧具有上部隔水层，所述的含热水地层的下侧具有下部隔水层，所述的气管和所述的水管分别穿过所述的上部隔水层伸入所述的含热水地层中。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明耦合***利用含热水地层的温度加热储能阶段的高压空气，并且在地热开发过程中采集的热量用于压气储能***释能阶段的补热，有利于提高压气储能***的发电效率，并且压气储能***中压缩空气发电机组用地热补热，不需要采用石化燃料补燃，具有能源利用效率高、减少碳排放等优点；
(2)本发明耦合***利用含热水地层作为临时的高压储气空间，不会产生开挖地下压气储能洞室的建造成本；
(3)本发明耦合***将压气储能***与含热水地层地热开采***耦合，可实现储能的过程中开采含热水地层中的地热，提高***的能源利用效率。
附图说明
图1为实施例的压气储能与含热水地层地热开采耦合***的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例的压气储能与含热水地层地热开采耦合***，如图1所示，包括压气储能***和含热水地层地热开采***；压气储能***包括空气压缩机1和压缩空气发电机组2，空气压缩机1的出气口经气管3与含热水地层4相通，气管3与压缩空气发电机组2的进气口相通；含热水地层地热开采***包括地面热水池5和地热发电机组6，地面热水池5采用封闭的箱体结构，地面热水池5的内腔与压缩空气发电机组2的进气口相通，地面热水池5经水管7与含热水地层4相通，地面热水池5经地热发电机组6进行发电；空气压缩机1、压缩空气发电机组2和地热发电机组6分别与电网8相连。
本实施例中，空气压缩机1的出气口与气管3之间安装有第一阀门9，气管3与压缩空气发电机组2的进气口之间安装有第二阀门10，地面热水池5的内腔经补热管道11与压缩空气发电机组2的进气口相通，补热管道11上安装有第三阀门12，水管7上安装有第四阀门13。
本实施例中，含热水地层4为天然形成的含热水地层4，含热水地层4的上侧具有上部隔水层14，含热水地层4的下侧具有下部隔水层15，气管3和水管7分别穿过上部隔水层14伸入含热水地层4中。
上述耦合***的运行过程如下：在储能阶段，打开第一阀门9和第四阀门13，关闭第二阀门10和第三阀门12，利用电网8中的低谷电、弃风电、弃光电能驱动空气压缩机1产生高压空气，高压空气沿气管3进入含热水地层4中，在含热水地层4中形成高压储气空间16，含热水地层4中的热水沿水管7压挤至地面热水池5中；在高压压缩空气发电阶段，打开第二阀门10和第三阀门12，关闭第一阀门9和第四阀门13，经过含热水地层4加热的高压空气经气管3排入压缩空气发电机组2中，地面热水池5中的水蒸汽沿补热管道11对压缩空气发电机组2中的高压空气补热，由压缩空气发电机组2发电，同时地面热水池5中的热水通过地热发电机组6发电；高压压缩空气发电结束后，含热水地层4中的高压储气空间16消失，地面热水池5中的水回流至含热水地层4中，重复上述储能步骤和高压压缩空气发电步骤，即可实现压气储能与含热水地层4地热开采耦合***的循环运行。

Claims (3)

1.一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，其特征在于，包括压气储能***和含热水地层地热开采***；
所述的压气储能***包括空气压缩机和压缩空气发电机组，所述的空气压缩机的出气口经气管与含热水地层相通，所述的气管与所述的压缩空气发电机组的进气口相通；
所述的含热水地层地热开采***包括地面热水池和地热发电机组，所述的地面热水池采用封闭的箱体结构，所述的地面热水池的内腔与所述的压缩空气发电机组的进气口相通，所述的地面热水池经水管与所述的含热水地层相通，所述的地面热水池经所述的地热发电机组进行发电；
所述的空气压缩机、所述的压缩空气发电机组和所述的地热发电机组分别与电网相连；
在储能阶段，利用电网中的低谷电、弃风电、弃光电能驱动空气压缩机产生高压空气，高压空气进入含热水地层中，在含热水地层中形成高压储气空间，含热水地层中的热水压挤至地面热水池中；在高压压缩空气发电阶段，经过含热水地层加热的高压空气排入压缩空气发电机组中，地面热水池中的水蒸汽对压缩空气发电机组中的高压空气补热，由压缩空气发电机组发电，同时地面热水池中的热水通过地热发电机组发电；高压压缩空气发电结束后，高压储气空间消失，地面热水池中的水回流至含热水地层中，重复上述储能步骤和高压压缩空气发电步骤，即可实现压气储能与含热水地层地热开采耦合***的循环运行。
2.根据权利要求1所述的一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，其特征在于，所述的空气压缩机的出气口与所述的气管之间安装有第一阀门，所述的气管与所述的压缩空气发电机组的进气口之间安装有第二阀门，所述的地面热水池的内腔经补热管道与所述的压缩空气发电机组的进气口相通，所述的补热管道上安装有第三阀门，所述的水管上安装有第四阀门。
3.根据权利要求1或2所述的一种压气储能与含热水地层地热开采耦合***，其特征在于，所述的含热水地层为天然形成的含热水地层，所述的含热水地层的上侧具有上部隔水层，所述的含热水地层的下侧具有下部隔水层，所述的气管和所述的水管分别穿过所述的上部隔水层伸入所述的含热水地层中。
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1583648A (en) * 1976-10-04 1981-01-28 Acres Consulting Services Compressed air power storage systems
CA2742424A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-07 Andrew Marks De Chabris Compressed air energy storage and release system
CN205225594U (zh) * 2015-12-01 2016-05-11 邢培奇 地热中低温发电***
FR3066255B1 (fr) * 2017-05-11 2019-11-08 Pluton Dg Systeme et procede pour la production et le stockage d’ energie geothermique
CN108930627B (zh) * 2018-07-06 2020-10-27 西安交通大学 一种定压抽水压缩气体储能***及储能方法
CN210345939U (zh) * 2019-05-22 2020-04-17 天津大学 一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***

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