[发明专利]煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统及控制方法

权利要求书

1.一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统，其特征在于：包括煤炭地下气化系统、混合气体传输分离系统、储气系统、燃气轮机气化电站、复合储能系统和升压变压器；煤炭地下气化系统包括鼓风装置、进气管道、出气管道、地下气化炉，煤炭地下气化系统采用有井式或无井式地下气化形式，高温高压的空气和水蒸气经过鼓风装置由进气管道送入地下气炉气化通道，煤炭在地下气炉气化通道内发生氧化还原反应并释放热量，反应以后的混合气体经由出气管道送至地面；混合气体传输分离系统的进端与煤炭地下气化出气管道连接，混合气体传输分离系统内设有除尘脱水装置、脱硫脱硝装置、气体分离装置，并在输送管道上设有流量调节阀；所述储气系统包括气体管道、压缩储气罐、流量调节阀，气体管道与压缩储气罐连接，并在两者连接处设有流量调节阀；燃气轮机气化电站常规设置，包括压缩机、燃烧室、透平，其中透平输出端与区域电网的升压变压器低压侧母线相连；复合储能系统包括相互线路连接的废弃矿井抽水蓄能电站和超级电容；废弃矿井抽水蓄能电站包括上水库、下水库、放水通道、抽水通道、水轮机、水泵，水轮机与水泵的输出端与区域电网的升压变压器低压侧母线连接；超级电容储能系统包括双层超级电容，双层超级电容输出端与区域电网升压变压器低压侧母线连接，升压变压器低压侧与燃气轮机、水轮机、水泵和超级电容相连接，高压侧与外部电网相连接，将电源的电能升至输电网指定电压并输送到外部电网中。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统，其特征在于：煤炭地下气化系统包括煤炭地下气化炉、进气管道、出气管道、净化分离设备和储气罐，高温高压的水蒸气和氧气由进气管道进入煤炭地下气化炉，在地下气化炉内通过热化学反应在原位将煤炭转化为可燃气体，煤炭地下气化炉的末端出口经过出气管道与混合气体净化分离设备连接，将地下煤层气化生成的H₂、CO、CH₄、N₂、O₂、C₂H₆混合可燃气体捕捉并输送至地面进行混合气体组分分离；其末端出口与燃气轮机气化电站连接，其中，CO被CO捕捉装置回收用于生产，H₂经提纯后存储在储氢设备中，CH₄、C₂H₆气体作为燃烧气源供给到燃气轮机气化电站中进行发电。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统，其特征在于：燃气轮机气化电站包括多个燃气轮机机组，燃气轮机机组包括压缩机、燃烧室和透平，空气进入压缩机压缩为高压气体与经煤炭地下气化系统分离后的混合可燃气体在燃烧室中燃烧产生高温高压烟气，高温高压烟气进入透平中推动透平旋转发电，其输出端与系统升压变压器低压侧母线连接，将电能输送至外部电网。

4.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统，其特征在于：利用抽水蓄能电站与超级电容构建复合储能系统，将存储/释放的电功率参与燃气轮机气化电站的频率调节。

5.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源 系统，其特征在于：所述废弃矿井抽水蓄能电站，包括设上水库和下水库，上水库和下水库利用采空区高差较大的两个废旧巷道和地下采空区改造加固构成，选择上水库和下水库的具体位置后在作为水库的废旧巷道和地下采空区周围使用混凝土砌墙，同时在顶板和底板设置混凝土实现两个混凝土空间的初步构造，然后待混凝土凝固后形成的混凝土层上喷涂防水防渗透材料，防水防渗透材料包括树脂和水泥砂浆，从而在混凝土结构内形成一层水泥砂浆层和树脂防水层防止储水渗漏；上水库与下水库之间设置放水通道和抽水管，上水库与抽水管连接处设有抽水设备，下水库与放水通道之间设有发电用的水轮发电机，水轮发电机末端与升压变压器低压侧连接，将存储/释放的电功率参与燃气轮机气化电站的频率调节。

6.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源 系统，其特征在于：升压变压器用来把低数值的交变电压变换为同频率的另一较高数值交变电压的电能变换装备，其高压侧与外部电网相连接，将电源的电能升至输电网指定电压并输送到外部电网中。