[发明专利]一种后采矿废弃井筒矸石梯度重力储能系统

说明书

一种后采矿废弃井筒矸石梯度重力储能系统，提供了一种更加经济的新能源储能系统和采矿后废弃矿井井筒、矸石的二次利用系统。基于废弃矿井的具体开拓情况，利用废弃矿井井筒充当储能通道，在主、副井之间建立不同标高的地下车场，并根据相应的高差和车场数设置罐笼个数，一边通道的罐笼个数等于地下车场的个数，且各罐笼间上升下降的高差始终相等。该系统包括废弃主、副井改建的储‑放能通道，上部出地面与相应设备相连接，下部与各地下车场相连接，利用联络巷连接各个通道和车场；储能时，提升系统将低位车场中的矿车提升至上位车场；放能时，将上位车场的矿车下放至低位车场。通过中央控制室集中控制矿车矸石的装载量和罐笼间的传递量实现梯度重力储能和放能；此外，各个罐笼间设置有缓冲弹簧，减小钢丝绳意外断裂的能量冲击。该系统在综合利用废弃矿井井筒和矸石的基础上，解决了新能源的电力储能问题，为后采矿废弃矿井和即将退出产能的矿井，提供了转型参考。

技术领域

本发明涉及一种后采矿废弃井筒矸石梯度重力储能系统，是一种新能源储能技术和采矿后废弃井筒、矸石再利用技术。

背景技术

世界新能源发展非常迅速，近几年风、光能迅速成为我国重要的可再生能源，在满足能源需求的同时，能改善能源结构，减少环境的污染。但是由于此类间歇性可再生能源存在随机性和波动性，随时间、季节及气候的变化影响较大，且此类能源与电力负荷需求存在不平衡问题，会引起电网波动，因此随着这些能源的发电设备容量在电网中比重的增加，会严重影响电力系统的稳定性，从而限制能直接接入电网的电量。

重力是地球最富有的能量源头，重力储能是最简单的一种储能方式，其原理是以重力造成的位能来储存能源。当电力有多余的时候，驱动马达将重物吊至高处，需要电力的时候，再利用重物下降的力量来驱动发电机发电。具有原理简单、使用寿命长、成本低等优点。但目前的重力储能系统能量密度低，建设规模过大，重力储能所需的高塔平均在百米以上，而其输出功率仅相当于一个同等高度的风力发电机。

近几年，随着我国煤炭工业的发展，在煤炭资源的开采过程中，伴随着一种固体废弃物煤矸石的产生，大约占煤年产量的15％。大量的煤矸石的堆积不但会造成水体、空气和土壤的污染而且还会侵占大量土地面积，另外，煤矸石中含有FeS2，易自燃造成森林火灾等自然灾害事故。

随着我国去产能的深入推进，到2018年底，我国煤矿数量由1.4万多处减少到5800处左右，到2030年废弃矿井数量将达到1.5万处，废弃矿井将产生大量废弃井筒。此外，许多未取得勘探成果而被封堵处理的探井，井口简易闸门、井口帽易遭受被不法分子盗窃和破坏，导致被封堵的油、气、水渗出并流出井口，极易造成环境污染等事故。

结合废弃井筒、矸石再利用和新能源储能问题，提出一种利用废弃矿井井筒和矸石实现重力储能的储能系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种更加环保经济的重力储能系统，利用废弃矿井井筒充当储能通道，解决废弃矿井井筒带来的潜在危险，使矸石得到二次利用，减少重力储能初期投入成本，实现重力储能的绿色、可持续发展。

本发明实现的过程包括：一、利用废弃矿井井筒间的地下空间建立梯度地下车场。二、将矿车装满矸石。三、在井底车场放置已装满矸石的矿车。四、根据地下车场高差安装罐笼。五、利用风能、光伏等新能源产生的多余电能，根据需存电量的多少，通过井筒提升系统将井下适量的低位装满矸石的矿车提升至合适的高位车场或地面车场。六、利用高差，将地面装满矸石的矿车或地下高位装满矸石的矿车，根据所需发电量的大小，通过井筒提升装置下落至合适高度的地下车场。

循环步骤五、六可实现存-放能循环。

本发明可根据废弃井筒的具体情况，利用主、副井建立合适的梯度地下车场，设置合适的矸石装载量，实现能量的分级转换。