中国废弃煤矿压气蓄能潜力与初步可行性研究

随着中国化石能源比重下降、无碳能源比重上升的能源清洁化的结构转型,井下废弃矿井数量增多,同时风能和太阳能(WS)得到迅速发展,但资源利用率却很低。为了提高资源化利用率和加快转型升级,提出了一种结合风能和太阳能的混合压缩空气蓄能(CAES)系统,并将井下废弃矿井作为压缩空气的储能空间。首先,根据太阳能、风能、毁弃煤矿地下空间资源及电网分布特征确定了WS–CAES混合系统的潜在区域,主要分布在三北(东北、华北北部和西北)地区,具备了发展该系统的巨大潜力。然后,基于系统压缩机、膨胀机、热换器和储气室等各参数数学模型,研究了换热器效能、环境温度、质量流量、总压比和压缩/膨胀级数运行变量对系统输出功率和总效率的性能影响,压缩机/涡轮机级数对总效率(η)具有显着影响,级数2增至级数5时,η增幅为7.31%。最后,针对毁弃煤矿巷道储存高压气体的可行性,从巷道深度、内衬及围岩渗透性方面进行Comsol软件数值计算和分析,结果表明:巷道深度对系统储存气体的泄漏无明显影响;巷道内衬对系统稳定性具有重要作用;围岩渗透率则是决定系统气密性的关键因素,其围岩渗透率越小,储气库气体泄露量越小,气密性则越好;同时,煤矿井下主通风巷和运输巷具有储存压缩空气能力。