[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

说明书

本发明公开了一种煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统及控制方法，适用于煤炭资源的开采和储能应用。包括煤炭地下气化系统、混合气体传输分离系统、储气系统、燃气轮机发电系统、废弃矿井抽水蓄能系统、超级电容储能系统和电能外送系统。实现了煤炭清洁高效利用，并实现了高质量的电能输出。同传统的煤矿开采、供能模式相比，将煤炭资源通过地下气化发电方法整合为高品质电力能源，不仅显著降低成品能源的传输、转化成本，更能实现地下煤炭资源清洁、绿色、高效开采，降低传统开采方式带来的环境污染与采空区地下空间浪费，提升环境、社会与经济综合效益，具有较高的工程实际意义。

技术领域

本发明涉及一种高品质电源系统及控制方法，尤其适用于煤炭资源的开采和储能应用的煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统及控制方法。

背景技术

煤炭地下气化是一种整体绿色开采技术。它是将地下煤炭通过热化学反应在原位将煤炭转化为可燃气体的技术，不仅极大地减少了井下工程及艰苦作业，而且极大程度上消除了煤炭开采对环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利影响和危害。

此外随着煤炭资源递次开采，部分采区采空后形成的废弃矿井经改造可建设废弃矿井抽水蓄能电站，可以有效利用土地资源、解决地表塌陷、环境污染等问题，同时提供快速稳定可调的大规模电力储能容量。

目前，由于煤炭地下赋存特征不精确，地下气化燃烧速度控制不稳定，使得其开采的可燃气体受多种不确定因素影响，采出量与各组分浓度具有无法忽视的波动性，极大地影响气化电站燃气轮机的功率稳定性，对发电设备工况健康、接入电网的频率稳定性都带来了极大的威胁。因此，研究基于煤炭地下气化发电，配合废弃矿井抽水蓄能电站，建设具有高供能质量的矿区电力能源系统是十分必要的。

发明内容

发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种地下燃气轮机气化电站与废弃矿井抽水蓄能电站相结合，建设安全、灵活、调节能力强的电源系统，充分发挥了煤炭资源地下气化开采与复合储能能量调度两种技术手段的优势，能够显著降低煤炭开采利用成本与环境污染、提升电源系统安全性、灵活性、和发电能力的煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统及控制方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的煤炭地下气化及复合储能的高品质电源系统，包括煤炭地下气化系统、混合气体传输分离系统、储气系统、燃气轮机发电系统、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；燃气轮机发电系统常规设置，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；废弃矿井抽水蓄能系统包括上水库、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；