基于深井的综合利用抽水储能系统的制作方法

1.本发明属于机械储能技术领域，具体涉及一种基于深井的综合利用抽水储能系统。


背景技术：

2.大力发展可再生能源并实现清洁能源变革，是实现碳达峰、碳中和的重要途径。由于新能源发电受气候条件的影响，导致波动性大，其大规模并网将影响电网的稳定性，从而产生弃电现象。储能技术是有效解决新能源并网稳定性的重要技术途径，是绿色环保的新能源大规模高效开发利用、实现我国能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。
3.抽水储能和压缩空气储能等物理储能技术具有安全可靠、可规模化、环境友好无污染以及经济性好等优势，抽水储能技术成熟，应用广泛。但抽水储能也存在很多不足，首先抽水储能对地形和地势依赖严重，不仅要有充足的水资源还要有很大地形落差用来修建上下游水库，且我国可修建抽水储能的地理资源极其有限，选址困难；修建面积大的上、下游水库会对生态环境造成很大破坏，且影响当地的生态系统；以上特点导致抽水蓄能系统无法广泛应用。
4.现有公开的专利方案中，利用废弃矿井提出了多种不同形式的抽水储能系统。但废弃矿井的选址受到限制，只能选择有废弃矿井的地方，且煤矿等废弃矿井因安全等问题国家管控严格；由于水的渗漏和浸泡等问题，废弃矿井的地下施工困难且费用高昂。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的抽水储能系统建址困难、无法进行大规模推广的问题，本发明提供了一种基于深井的综合利用抽水储能系统，包括控制中心、地上储水系统、深井系统、抽水装置、水轮机和变压器，所述地上储水系统、所述深井系统、所述抽水装置、所述水轮机、所述变压器均与所述控制中心信号连接；
6.所述抽水装置、所述水轮机通过电缆与所述变压器的低压侧连接；所述变压器装设于地面，所述变压器的容量、低压侧电压等级与所述抽水装置、所述水轮机的额定电压相匹配，所述变压器的高压侧电压等级与电网电压相匹配；
7.所述抽水装置通过输水管道系统连通所述地上储水系统、所述深井系统设置；
8.当需要用电时，所述控制中心启动所述水轮机，从所述地上储水系统流向所述深井系统底部的水驱动所述水轮机发电，电能经所述变压器输送至电网；当所述深井系统内部的水上升至第一设定高度时关闭所述水轮机，该储能系统完成放电；
9.当用电低峰时，所述控制中心启动所述抽水装置，抽取所述深井系统内部的水至所述地上储水系统，以进行重力势能的存储；当所述深井系统内部的水下降至第二设定高度时关闭所述水轮机，该储能系统完成充电。
10.在一些优选实施例中，所述深井系统的下方设置有无水独立腔室，所述抽水装置与所述水轮机设置于所述腔室；
11.所述输水管道系统包括第一输水管道和第二输水管道，所述第一输水管道设置于所述深井系统与所述腔室之间，所述第二输水管道设置于所述地上储水系统与所述腔室之间；
12.所述深井系统的底部开设有与所述第一输水管道连通的第一启闭口；所述地上储水系统的底部开设有与所述第二输水管道连通的第二启闭口；所述第一启闭口、所述第二启闭口均与所述控制中心信号连接；
13.当需要用电时，所述控制中心启动所述水轮机，从所述第一输水管道中流出的水驱动所述水轮机发电。
14.在一些优选实施例中，该储能系统还包括漂浮容器，所述漂浮容器漂浮设置于所述深井系统内部；
15.所述抽水装置与所述水轮机装设于所述漂浮容器的内部；
16.所述抽水装置的吸水管道一端位于所述深井系统的水面以下，另一端与所述地上储水系统连通；
17.所述水轮机的出水端的一端位于所述深井系统的水面以上，另一端与所述地上储水系统连通。
18.在一些优选实施例中，所述抽水装置和所述水轮机通过三通阀门共用一根管道与所述地上储水系统连通。
19.在一些优选实施例中，所述地上储水系统为城市中的景观水池或池塘。
20.在一些优选实施例中，所述地上储水系统为预设规模的游泳池，所述游泳池的内部预设高度处设置有水平防护网。
21.在一些优选实施例中，所述预设高度为1.8米。
22.在一些优选实施例中，所述深井系统的储能量的规模与所述地上储水系统的容量匹配设置。
23.在一些优选实施例中，所述抽水装置包括一台或多台水泵；
24.当所述水泵为多台时，多台所述水泵协同工作。
25.在一些优选实施例中，所述水轮机为一台为多台；
26.当所述水轮机为多台时，多台所述水轮机协同工作。
27.本发明提出了一种基于深井的综合利用抽水储能系统，具有储能量大、占地面积小、可分布式建设等特点，并与城市景观水或游泳池有机结合，实现综合利用，且环境友好，系统本质安全，无任何污染、选址灵活等优势。本发明可以在城市路边、公园边角等任何能打深井的地方都可以实施，选址灵活，适合在我国新能源集中的地区大规模推广，也适合在人口密集、用地紧张的城市区域分布式应用。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
29.附图1是本发明的第一种实施例的原理结构示意图；
30.附图2是本发明的第二种实施例的原理结构示意图。
31.附图标记说明：1、地上储水系统；2、深井系统；3、水泵；4、水轮机；5、变压器；6、电
缆；7、电网；8、输水管道系统；9、防护网；10、控制中心；11、漂浮容器。
具体实施方式
32.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
33.以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
34.参照附图1和附图2，本发明提供了一种基于深井的综合利用抽水储能系统，包括控制中心10、地上储水系统1、深井系统2、抽水装置、水轮机4和变压器5，地上储水系统1、深井系统2、水泵3、水轮机4、变压器5均与控制中心10信号连接；水泵3、水轮机4通过电缆6与变压器5的低压侧连接；变压器5装设于地面，变压器5的容量、低压侧电压等级与水泵3、水轮机4的额定电压相匹配，变压器5的高压侧电压等级与电网7电压相匹配；
35.水泵3通过输水管道系统8连通地上储水系统1、深井系统2设置；
36.当需要用电时，控制中心10启动水轮机4，从地上储水系统1流向深井系统2底部的水驱动水轮机4发电，电能经变压器5输送至电网7；当深井系统2内部的水上升至第一设定高度时关闭水轮机4，该储能系统完成放电；
37.当用电低谷时，控制中心启动水泵3，抽取深井系统1内部的水至地上储水系统2，以进行重力势能的存储；当深井系统1内部的水下降至第二设定高度时关闭水轮机4，该储能系统完成充电。
38.参照附图1，在本发明的第一种实施例中，深井系统的下方设置有无水独立腔室，水泵3与水轮机4设置于腔室；输水管道系统8包括第一输水管道和第二输水管道，第一输水管道设置于深井系统2与腔室之间，第二输水管道设置于地上储水系统1与腔室之间；深井系统2的底部开设有与第一输水管道连通的第一启闭口；
39.地上储水系统1的底部开设有与第二输水管道连通的第二启闭口；第一启闭口、第二启闭口均与控制中心10信号连接；当需要用电时，控制中心10启动水轮机4，从第一输水管道中流出的水驱动水轮机4发电。在本发明中，控制中心10用于控制储能系统的启停、水泵3和水轮机4启停和转速。
40.在本实施例中，水泵3和水轮机4固定安装在深井2底部；在深井2底部建设无水独立空间，固定安装水泵3和水轮机4，水泵3与水轮机4用管道与深井系统2底部联通，另一端与地上储水系统1联通，水泵3和水轮机4通过电缆与地面上的变压器5低压侧连接。
41.起始状态，地上储水系统1蓄满水，本发明处于充满电状态。
42.当电网或用户需要系统发电时，通过控制中心10启动水轮机4，水由地上储水系统1内通过输水管道8流向地下深井系统2内，并驱动水轮机4发电，电能经变压器5输送给电网；当深井系统内的水达到设定水位后关闭水轮机，储能系统放电完毕。
43.当电网或新能源发电站需要系统充电时，通过控制中心启动水泵，水泵把深井系统内的水经过输水管道抽到地上储水系统内，电能转换为地上储水系统1内水的重力势能；当深井系统2内的水达到设定水位后关闭水泵3，储能系统充电完毕。
44.参照附图2，在本发明的第二种实施例中，该储能系统还包括漂浮容器11，漂浮容器漂浮设置于深井系统内部的水面上；抽水装置与水轮机装设于漂浮容器的内部；抽水装置的吸水管道一端始终位于深井系统的水面以下，另一端与地上储水系统连通；水轮机的
出水端的一端始终位于深井系统的水面以上，另一端与地上储水系统连通。在本实施中，储能系统充放电原理和过程与第一种实施例相同。
45.优选地，抽水装置和水轮机通过三通阀门共用一根管道与地上储水系统连通。
46.进一步地，地上储水系统可以是城市中的景观水池或池塘，具有观赏休闲价值。
47.或者，地上储水系统为预设规模的游泳池，游泳池的内部预设高度处设置有水平的防护网9；游泳池的深度根据储能量设置。
48.其中，预设高度为1.8米。
49.优选地，深井系统的储能量的规模与地上储水系统的容量匹配设置。
50.优选地，抽水装置包括一台或多台水泵3；当水泵为多台时，多台水泵协同工作，用于把深井系统内部的水抽到地上储水系统内，把电能转换为水的重力势能。
51.优选地，水轮机为一台为多台；当水轮机为多台时，多台水轮机协同工作；地上储水系统内的水通过输水管道流向深井系统时驱动水轮机发电，把水的重力势能转换为电能。
52.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
53.在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
56.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。