[发明专利]一种低温液体地下冰穴储能装置和方法

说明书

本发明提供了一种低温液体地下冰穴储能装置和方法，包括储存穴、第一管道、第二管道、注水管；通过第一管道向储存穴内通入低温液体；通过注水管向储存穴外壁通入水，在低温液体的低温作用下，储存穴外壁中的水冻结变成冰，储存穴外壁可冻结变成含冰冻土层，提高地质层密封性，可防止低温液体挥发泄露，进而对低温液体进行有效地存储；对比现有中小型低温液体储罐高成本的真空绝热层和堆积绝热层，本发明的地下冰穴储能装置通过数百米至数千米的深厚地质层形成天然的隔热层和致密冰穴进行绝热，大大降低了低温液体储存系统成本。

技术领域

本发明涉及低温液体储存技术领域，尤其涉及一种低温液体地下冰穴储能装置和方法。

背景技术

可再生能源发电，如风电、光伏发电、水力发电等，具有季节性、波动性、不连续性等特点，导致我国可再生能源发电存在着总量较大的弃电；仅2021年第一季度，我国可再生能源发电的弃电总量就超过百亿千瓦时。可采用大规模储能技术对可再生能源的弃电进行消纳及再发电，将这部分可再生能源充分利用，进一步减少碳排放、优化能源使用结构。

通过大规模储能技术对可再生能源的弃电进行消纳，是对我国“双碳”目标的有力支撑。地下氢储能储能密度大，结合可再生能源进行储能及再发电，理论上全过程不产生碳排放和污染物，是理想的大规模储能方式。而我国可再生能源弃电集中的地区和拥有适宜进行大规模地下氢储能的盐穴的地区在地理上不重合，造成这一理想储能方式实施上的困难。

此外，目前可再生能源电解水制氢储能主要以气态氢作为储能介质，其储能的能量密度小，且高压氢气的需要专门的罐体进行装运，目前专用储罐的制造成本较高且单体容积有限，造成氢气的储存和运输运成本较高，终端用户的用氢成本较高。

现有航空航天工业上多采用液氢储罐进行液氢存储，并且对液氢日蒸发率有着严格的要求，采用复杂的低温绝热结构和材料，制造成本高昂，地面存放安全性低，其能量密度比气态氢气大但储存体积依然有限，最大只能做到几千立方米，难以实现数万甚至数十万立方的大规模储存。

基于目前的气态储氢和液氢存储存在的缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种低温液体地下冰穴储能装置和方法，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明提供了一种低温液体地下冰穴储能装置，包括：

储存穴，其开采于地下，所述储存穴用于储存低温液体；

第一管道，其与所述储存穴的腔室连通；

第二管道，其与所述储存穴的腔室连通；

注水管，其与所述储存穴外壁连通，通过所述注水管向所述储存穴外壁注水以使所述储存穴外壁形成冻土层。

优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述储存穴内壁面还依次设有隔热缓冲层和增强层。

优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，隔热缓冲层的材料为珍珠岩。

优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述增强层的材料为混凝土或耐火砖。

优选的是，所述的低温液体地下冰穴储能装置，所述第一管道、所述第二管道、所述注水管上均设有阀门。

第二方面，本发明还提供了一种低温液体地下冰穴储能方法，包括以下步骤：

于地下一定深度开采储存穴；

自地面向下设置第一管道、第二管道，所述第一管道、所述第二管道与所述储存穴的腔室连通；

自地面向所述储存穴外壁之间设置注水管；

通过所述第一管道向所述储存穴内通入氮气以排出所述储存穴内的空气；