[发明专利]一种利用地下矿洞进行蓄能发电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄能发电的方法，尤其是涉及一种利用地下矿洞进行蓄能发电的方法，主要通过电动泵将水输送到地下矿洞中，通过输送进去的水来压缩地下矿洞内的空气而达到蓄能的目的，通过地下矿洞中的高压空气将水输送到水轮发电机中而达到发电机发电的目的，属于水力发电技术领域。

背景技术

电能已越来越成为人们工作和生活不可或缺的能源，但是，目前有一种全世界范围普遍存在的矛盾现象，这就是白天人们的用电量大，电网即使开足马力进行发电，电力依旧供不应求；而晚上的用电量大大下降，电网即使尽力降低发电能力，电力依旧有较大的剩余。这是因为工业生产主要是在白天进行的，人们的学习生活和社会活动也基本上是在白天进行的，当今的取暖制冷也表现为白天要比晚上的耗电大，在这种情况下，电网，包括水力发电、原子能核能发电、太阳能和风能发电、矿物原料发电，即使开足马力运行，电力也供不应求，因此不得不拉电、限电，从而给人们的工作、生活带来较大的不便。而到了晚上，人们睡觉休息了，用电量就大大下降了，电网即使尽力降低发电能力也用不了发出来的电力，例如水力发电、核电、风力发电等。于是对于电力网来说，出现了一种峰谷电现象，白天是耗电峰值期，晚上是耗电谷电期，电力部门为了平衡发电能力想了许多办法，如峰谷电不等价，对于一些高耗电单位实施晚间用电等，但这些方法不能很好的解决白天和晚上的电力分配问题，电能难以达到充分利用。

在数十年前推出了一种抽水蓄能发电技术，这对于解决峰谷电起到了很大的作用，所谓抽水蓄能发电就是在电网电能富裕时，将富裕的电力用来提水，即通过水泵把水抽到一个特意建造的位于山顶上的山顶水库之中，耗费电网中的剩余电力来驱动可逆水泵水轮机进行提水，将水提高到山顶水库中，增加了这部分水体的势能，例如浙江天荒坪抽水蓄能发电站就是在电网电力富裕时把水提高到600多米高的山顶水库中，以达到储存能量的目的，天荒坪抽水蓄能发电站是一座地处浙江安吉的大型抽水蓄能发电站，电站总装机容量180万千瓦，年发电量31.6亿千瓦时，工程总投资73.77亿人民币，经过八年建设才建成投产，为世界第二、亚洲第一，堪称世纪之作，电站上、下水库落差为607米，上水库位于海拔千米的天荒坪之巅，蓄水之后，湖面面积达28公顷，是一个昼夜水位高低变幅达29米多的动态湖泊；而当电网中的电力紧张时，再把位于山顶水库中的水从管道中放下来，并通过可逆水泵水轮机进行发电，回馈到电网中去，即将位于山顶水库中的水体的势能转化为电能。虽然抽水蓄能发电方法能够均衡电网中的电力资源，但是抽水蓄能发电站需要在山顶上建造人工水库，因此投资非常大，而且对地面环境的破坏也较大，抽水蓄能发电方法存在较大的弊端，但是目前人们还没有其它更好的办法来均衡电网中的电力资源。

风电作为清洁的可再生能源越来越被人们受到重视，但风力发电存在一个非常大的瓶颈问题，用风力机来将风能转换成电能，因为风是不断在改变风速和风向的，导致风电是极不稳定的电源，风电的这个特点给要求平稳的电网电力质量造成破坏，因此电网常常拒绝或限制风电上网，这也就是风电上网的瓶颈所在。风能通过风力发电机发出的电力由以下公式来计算：

P＝0.5·ρ·A·v³·ξ

上式中的ρ表示流体的密度，在风力发电中就是空气的密度，ξ表示风能的利用率，A表示风力机的叶片扫掠面积，v表示风速，通过该公式表明风力发电机的发电量与风速的三次方成正比，图1就是描述风力发电过程中风速和风力发电机输出功率之间的关系曲线图，图1中的纵坐标是风速与某一标准风速的比率，例如标准风速为3米/秒，现在风速是1.5米/秒，这个比率在这图中标注的倍率就是0.5，图1中使用倍率是为了可以比较，而图1中的另一条曲线是输出功率变化的倍率曲线，它是依据上述公式计算出功率后用倍率来标志的。从图1可以看出，由于风速的变化，风力发电机输出的电力变化要比风速的变化大得多，因为它与风速的三次方成正比，这也就是风电严重不稳定的原因所在。由于风力发电机发出的电力的电压与交流电的频率是有要求的，因此电力的变化其实就是电流的变化，很显然，如此幅度的电流变化必然导致电网的不稳定，这就是为什么电网对于风电上网非常反对，只是因为政策向可再生能源倾斜才不得不接收风电，同时也导致供电部门为了稳定电的质量而花费了很大的代价，这就是风电上网的瓶颈所在。由此可见，目前人们还难以充分、有效的利用风电，造成风力资源较大的浪费，资源难以合理利用。