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1. WO2020087880 - CENTRALE HYDROÉLECTRIQUE À STOCKAGE PAR POMPAGE SEMI-SOUTERRAIN EMPLOYANT UNE MINE À CIEL OUVERT ET SON PROCÉDÉ DE CONSTRUCTION

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

附图

1   2   3   4  

说明书

发明名称 : 基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站及其形成方法

[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本公开要求基于2018年10月30日提交的申请号为201811280511.8的中国申请的优先权,通过援引将其全部内容并入本文中。

技术领域

[0003]
本公开涉及矿业工程及水利工程领域,具体涉及一种基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站及其形成方法。

背景技术

[0004]
随着煤炭资源的枯竭以及我国能源结构调整等因素影响,大量矿井报废关闭或进入报废过渡阶段,据统计,截止2015年底,我国煤矿的报废量就达到2888座。煤矿报废后留下的矿洞一般均具有空间大、深度不一、不同高差、水源充足等特点,这些条件恰恰是建设抽水蓄能电站的有利条件。
[0005]
我国大部分煤矿都在北方地区,而北方地区由于地形条件限制,选址问题一直困扰抽水蓄能电站建设。利用废弃矿井建设蓄能电站是一种很有前景的储能方式,不仅有利于拓宽蓄能选点范围,使站址向负荷中心、新能源基地、特高压线路交集处等靠近,促进电网安全稳定运行,并可根据矿区能源开发情况,构成新能源微电网系统,使矿区从工业耗水耗电大户转变为新能源电源输出地;同时利用矿洞建设蓄能可以减少筑坝工程量和征地费用,缓解水源蒸发问题,有效节约项目投资;此外还可促进矿区自然生态环境的恢复,带动周边相关产业发展,实现变废为宝,且不需要山谷条件、耕地、移民问题较小,具有突出环境和社会效益。
[0006]
然而,利用废弃矿井建设抽水蓄能电站与传统抽水蓄能电站有所不同,受地质、环境、设备影响,水库的选址以及电站的布局方式影响着整个电站的稳定性和经济效益,此外,由于抽水蓄能电站通常需设置在地下500-1000米左右,对于大型机组在地下的布置也带来了很多限制。
[0007]
因此,亟需一种新的抽水蓄能电站及其形成方法,以优化其运行方式。
[0008]
发明内容
[0009]
本公开的目的是提供一种基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站及其形成方法。所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站通过利用废弃矿井作为抽水蓄能的地下空间,同时利用废弃矿井的露天矿坑作为抽水蓄能的地上空间,并设计具有不同水平高差的高位储水区和低位储水区,从而利用形成半地下式的抽水蓄能电站,实现抽水将废弃矿井变废为宝的积极的生态和经济双赢。
[0010]
为了实现上述目的,本公开采用如下技术方案:
[0011]
根据本公开的一个方面,提供一种基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站。其中,所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站包括:高位储水区和低位储水区、输水通道以及双向发电机组。所述输水通道连通于高位储水区与低位储水区之间。所述双向发电机组设置于高位储水区与低位储水区之间,利用所述双向发电机组经所述输水通道抽水蓄能或发电。其中,高位储水区为所述废弃矿井的露天矿坑,低位储水区为地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[0012]
根据本公开的其中一个实施方式,所述废弃矿井的地下空间包括巷道、采空区和井筒,在所述巷道内构建地下储水区,在所述井筒内构建输水通道。
[0013]
根据本公开的其中一个实施方式,各所述地下储水区的至少一侧设有封堵墙,所述封堵墙设有控制阀门。
[0014]
根据本公开的其中一个实施方式,所述高位储水区与低位储水区之间的高差小于所述双向发电机组的最高扬程。
[0015]
根据本公开的其中一个实施方式,所述高位储水区与低位储水区之间的高差为200~400m。
[0016]
根据本公开的其中一个实施方式,还包括太阳能和/或风能发电装置,所述太阳能和/或风能发电装置与基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站构成风光发电互补系统。
[0017]
根据本公开的其中一个实施方式,还包括中位储水区,所述中位储水区位于高位储水区与低位储水区之间,所述输水通道连通于高位储水区与中位储水区之间,及连通于中位储水区和低位储水区之间,所述双向发电机组设置于高位储水区与中位储水区之间、及设置于中位储水区与低位储水区之间;其中,所述中位储水区和所述低位储水区为所述地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[0018]
根据本公开的另一个方面,提供一种上述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法,包括如下步骤:
[0019]
加固废弃矿井的露天矿坑作为高位储水区;
[0020]
测定围岩性质,选择围岩特性稳定的废弃矿井巷道构建地下储水区,并构建具有高差的至少低位储水区作为地下储水区;
[0021]
在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与低位储水区的输水通道,并在高位储水区与低位储水区之间设置双向发电机组;
[0022]
利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与低位储水区之间扬水或排水,以进行抽水蓄能。
[0023]
根据本公开的其中一个实施方式,其特征在于,还包括如下步骤:
[0024]
构建位于高位储水区和低位储水区之间的中位储水区;
[0025]
在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区的输水通道,并在高位储水区与中位储水区之间、及中位储水区与低位储水区之间分别设置双向发电机组;
[0026]
利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区之间分梯次的扬水或排水,以进行梯级抽水蓄能。
[0027]
根据本公开的其中一个实施方式,所述废弃矿井的采空区为备用储水区。
[0028]
本公开所述的“废弃矿井”是指开采后停止作业的矿井或正在开采的矿井中已废弃的地下作业面。
[0029]
由上述技术方案的描述可知,本公开的有益效果在于:
[0030]
通过设计具有不同高差的储水区,利用形成的梯级高差进行势能与电能转换,从而实现了抽水蓄能可靠性和稳定性的提高;
[0031]
通过在各储水区之间的输水通道上分别设置双向发电机组,有效解决了传统储水蓄能电站地下空间太深,对大型机组布置产生限制的问题。
[0032]
通过充分利用废弃矿井的地上空间和地下空间,促进了矿区自然生态环境的恢复,带动周边相关产业发展,实现变废为宝;利用开采后形成的露天矿坑作为高位储水区,还可以减少筑坝工程量和征地费用,有效节约项目投资;总之,本公开的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站有效的扩宽了蓄能选点范围,使站址可向负荷中心、新能源基地、特高压线路交集处等靠近,促进电网的安全稳定运行,并可根据矿区能源开发情况,构成新能源微电网系统,使矿区从工业耗水耗电大户转变为新能源电源输出地,具有突出环境和社会效益。

附图说明

[0033]
图1为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站形成方法的过程图;
[0034]
图2为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的空间示意图;
[0035]
图3为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的中位储水区和低位储水区、设备布置及防堵措施的平面布置图;
[0036]
图4为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的布置图剖面;
[0037]
其中,附图标记说明如下:
[0038]
1:地表
[0039]
2:风能;
[0040]
3:电网;
[0041]
4:太阳能;
[0042]
5:输水管路井;
[0043]
6:行人及输电井;
[0044]
7a:中位双向发电机组;
[0045]
7b:低位双向发电机组;
[0046]
8:中水库;
[0047]
9:岩层;
[0048]
10:封堵墙;
[0049]
11:回采巷道;
[0050]
12:含水岩层;
[0051]
13:隔水岩层;
[0052]
14:输电线路;
[0053]
15:输水通道;
[0054]
16:下水库;
[0055]
17:采空区;
[0056]
18:露天矿坑
[0057]
19:中位储水区;
[0058]
20:低位储水区。

具体实施方式

[0059]
下面根据具体实施例对本公开的技术方案做进一步说明。本公开的保护范围不限于以 下实施例,列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本公开。
[0060]
本公开提供一种基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,包括:
[0061]
高位储水区和低位储水区;
[0062]
输水通道,连通于高位储水区与低位储水区之间;以及
[0063]
双向发电机组,设置于高位储水区与低位储水区之间,利用所述双向发电机组经所述输水通道抽水蓄能或发电;
[0064]
其中,高位储水区为所述废弃矿井的露天矿坑,低位储水区为地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[0065]
具体地,所述废弃矿井一般包括稳定巷道、采空区、井筒、不稳定空间、回采巷道等,能构建基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站地下储水区的是不受采动影响及围岩条件较好的稳定巷道。再者,所述高位储水区可采用废弃矿井的露天矿坑。所述露天矿坑是指矿井开采时的露天开采区域,通过测定露天矿坑的范围、水源体量等可进一步对其加固,使该露天矿坑可作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的高位储水区,即上水库。
[0066]
进一步地,可以利用废弃矿井的原有井筒作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的行人及输电井、输水管路井,用于安装输水通道、输电线路或作为行人通道等,充分利用废弃矿井的地下空间。
[0067]
进一步地,高位储水区和低位储水区可分别在其至少一侧设置封堵墙,所述封堵墙分离各储水区与其同一平面的不稳定空间和/或采空区,以用于封堵废弃矿井地下储水空间与不稳定空间的联系,封堵墙材料可采用钢筋混凝土进行封堵,封堵措施与技术采用本领域公知技术。此外,本公开还可建立地下储水空间与其上部含水岩层的可调节通道;进一步在所述封堵墙上安装控制阀门,通过该控制阀门建立地下储水空间与采空区的联系,含水层在采动影响下使水流进入采空区时,通过所述控制阀门,可保证地下储水空间与采空区(含水)之间的可控联系,保障在蓄能过程中的水源补给。较佳地,该控制阀门可为单向阀门,以使储水区的水不至流向采空区。
[0068]
进一步地,高位储水区与低位储水区之间的高差小于所述双向发电机组的最高扬程。更进一步地,所述的高位储水区与低位储水区之间的高差为200~400m。本公开通过设计这种具有高差分布的半地下储水区,使得位于各储水区的发电机组的布置不受限于基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的深度,降低了发电机组的布置难度。
[0069]
进一步地,本公开可通过外接电源输出电流供双向发电机组抽水蓄能,或设置太阳能和/或风能装置,与基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站构成风光发电互补系统。风光发 电互补系统可充分利用风、光资源在时间分布上的互补性,能够输出稳定、可靠性高的电能,减少并网时对电网的冲击。
[0070]
进一步地,本公开还可以优选地包括中位储水区,中位储水区位于高位储水区与低位储水区之间,输水通道连通于高位储水区与中位储水区之间,及连通于中位储水区和低位储水区之间。双向发电机组设置于高位储水区与中位储水区之间、及设置于中位储水区与低位储水区之间。其中,高位储水区、中位储水区和低位储水区作为地下储水区,地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[0071]
进一步地,中位储水区亦可在其至少一侧设置封堵墙,所述封堵墙分离中位储水区与其同一平面的不稳定空间和/或采空区,以用于封堵废弃矿井地下储水空间与不稳定空间的联系,封堵墙材料可采用钢筋混凝土进行封堵,封堵措施与技术采用本领域公知技术。此外,本公开还可建立地下储水空间与其上部含水岩层的可调节通道;进一步在所述封堵墙上安装控制阀门,通过该控制阀门建立中位储水区与采空区的联系,含水层在采动影响下使水流进入采空区时,通过所述控制阀门,可保证地下储水空间与采空区(含水)之间的可控联系,保障在蓄能过程中的水源补给。较佳地,该控制阀门可为单向阀门,以使储水区的水不至流向采空区。
[0072]
进一步地,高位储水区、中位储水区与低位储水区之间的高差小于所述双向发电机组的最高扬程。更进一步地,所述的高位储水区与中位储水区之间的高差为200~400m,所述的中位储水区与低位储水区之间的高差亦可为200~400m。本公开通过设计这种具有高差分布的全部位于废弃矿井的地下空间的地下储水区,使得位于各储水区的发电机组的布置不受限于全地下抽水蓄能电站的深度,降低了发电机组的布置难度。本公开还提供一种如上所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法,包括如下步骤:
[0073]
加固废弃矿井的露天矿坑作为高位储水区;
[0074]
测定围岩性质,选择围岩特性稳定的废弃矿井巷道构建地下储水区,并构建具有高差的至少低位储水区作为地下储水区;
[0075]
在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与低位储水区的输水通道,并在高位储水区与低位储水区之间设置双向发电机组;
[0076]
利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与低位储水区之间扬水或排水,以进行抽水蓄能。
[0077]
具体地,所述测定围岩性质的方法包括:通过钻孔、声波探测以及同位素测定等方式对废弃矿井的含水岩层、隔水岩层、水流场分布等进行测定,获得含水岩层及隔水岩层分 布情况,根据现场观测及理论分析对含水岩层影响下,得到中位储水区、低位储水区的风险因素与管控措施。进一步根据所得数据进一步测定矿洞围岩性质,选择围岩特性稳定的废弃矿井巷道作为梯级开发废弃矿井基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的低位储水区。再者,高位储水区的布置,是通过测定露天矿坑的范围、水源体量及水源补给时间节点,根据所得数据加固矿井的露天矿坑作为高位储水区。
[0078]
进一步地,当采用露天矿坑作为高位储水区时,需测定露天矿坑的范围、水源体量及水源补给时间节点,根据所得数据加固露天矿坑作为高位储水区。检测方式包括:通过地球遥感技术检测采矿引起的露天矿坑范围、水源体量等;建立长期地面与卫星联合观测体系,对露天矿坑形成上水库水平面演化整理分析,确定水源补给时间节点。根据所得数据加固露天矿坑作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的高位储水区,即上水库;露天矿坑加固主要包括边坡加固、防渗设计,保证露天矿坑所形成的上水库的安全及水源体量稳定。
[0079]
进一步地,本公开提出的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法,还可以优选地包括如下步骤:
[0080]
构建位于高位储水区和低位储水区之间的中位储水区;
[0081]
在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区的输水通道,并在高位储水区与中位储水区之间、及中位储水区与低位储水区之间分别设置双向发电机组;
[0082]
利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区之间分梯次的扬水或排水,以进行梯级抽水蓄能。
[0083]
进一步地,还包括采用所述废弃矿井的采空区作为备用储水区。当废弃矿井的采空区受采动影响进水时,可通过建立采空区与废弃矿井稳定巷道的联系,从而保障在蓄能过程中对地下储水区的水源补给。
[0084]
下面通过具体实施例说明:
[0085]
图1为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站形成方法的过程图,该基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站采用废弃矿井作为地下空间,采用废弃矿井的露天矿坑作为高位储水区,具体包括如下步骤:
[0086]
A.通过地球遥感技术测定采矿引起的露天矿坑范围、水源体量等,建立长期地面与卫星联合观测体系,对露天矿坑形成上水库水平面演化整理分析,确定水源补给时间节点,根据所得数据加固露天矿坑作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的高位储水区;
[0087]
B.通过钻孔、声波探测以及同位素测定等方式对含水岩层、隔水岩层、水流场分布进行测定,根据所得数据进一步测定矿洞围岩性质,选择围岩特性稳定储水空间作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的中位储水区和低位储水区;
[0088]
C.封堵废弃矿井各储水区与其同一平面的不稳定空间及采空区的联系;建立各储水区与上部含水岩层的可调节通道;
[0089]
D.在中位储水区和低位储水区分别布置水仓、泵房和双向发电机组,将双向发电机组分别安装至中位储水区和低位储水区的水仓附近,利用原有两个或多个车场进行行人、发电、输水线路的划分。
[0090]
E.来自风光互补系统的新能源产生的电流,通过布置在输电线路的电缆传至低位储水区发电机组,水源从低位储水区的储水空间(即下水库)流入低位水仓,在发电机组作用下经输水通道抽出至中位储水区,再从中位储水区的储水空间(即中水库)流入中位水仓,在中位双向发电机组作用下经输水管道抽出至露天矿坑。
[0091]
F.水源利用输水通道从露天矿坑经过双向发电机组分别流入中水库和下水库,产生电流,电流通过电缆并入电网;
[0092]
较佳地,所述步骤A中,是通过地球遥感技术对采矿引起的露天矿坑范围预测和水源的预测。其中,对水源的预测可以通过矿区大气降水、地表水、地下水和矿井水地下关系计算模型和煤矿开采地下水的运移规律得出。再者,可以通过钻孔、声波探测和同位素测定法对含水层、隔水层、水流场分布进行测定,确保下水库选址必须在含水岩层影响区域外。
[0093]
较佳地,所述步骤A中,对于露天矿坑的选定,具体可以通过对现场分析建立计算模型,通过同位素实验方法确定采动影响下渗流场分布特性。
[0094]
较佳地,所述步骤A中,对于露天矿坑的加固,至少可以包括以下方式:边坡加固、防渗设计,以此保证露天矿坑所形成上水库的安全及水源体量稳定。再者,露天矿坑的加固还可以采用以下改善方法:针对岩层的稳定性可以采用:喷锚加固、抗滑桩、压力灌浆、混凝土护坡和喷浆防渗。
[0095]
另外,对于废弃矿井的井下空间和通道的设计,还可采用以下具体优选方式实施:可以在露天矿坑底部打斜井至深部煤层,露天开采与井工开采同时进行,即露天一井工联合开采。主要采用倾斜巷道。倾斜巷道主要分为斜井、暗斜井、上山、下山。改造时应注意封堵废弃矿井储水隧洞与不稳定空间的联系;如采用钢筋混凝土封堵不稳定巷道与储水空间联系,增加矿井稳定性,采用环喷射混凝土。
[0096]
较佳地,所述步骤B还包括对岩层特性、层位关系、含水层位置、含水量、含水层水压大小,隔水层厚度及隔水特性、通过同位素实验方法确定采动影响下渗流场分布特性等的测定,从而确保地下储水区的选址必须在含水岩层影响区域外。
[0097]
较佳地,所述步骤B的矿洞围岩性质测定至少包括:岩石水理性质、动载作用下岩石破坏特性、围岩塑性区分布。
[0098]
较佳地,在所述步骤B中,对于岩层性质(影响密闭性和稳定性)问题的改善方法至少可以包括以下方面:针对岩层的密闭性可以采用:对渗漏库段采用垂直防渗结合水平防渗铺盖。沥青混凝土全库盆防渗方案,防渗体与库盆形成一个整体,并进行基础固结灌浆机帷幕灌浆处理。较佳地,进行矿井地质参数测定过程中,以储水空间与水仓标高为标准确定中水库和下水库的储水体量。
[0099]
较佳地,根据各储水区之间的高差,对各储水区之间的输水通道的稳定性特性进行测试。
[0100]
较佳地,根据地质与岩石力学特性分析,对废弃矿井的储水空间进行防渗维护或构建防渗层。
[0101]
较佳地,通过控制阀门建立各地下储水区与采空区之间联系,含水岩层在采动影响下使水流进入采空区时,通过所述控制阀门,进行蓄能电站水源补给。
[0102]
较佳地,利用矿井设计中矿井水自流水仓的特点,将发电机组分别安装至中水库和下水库的水仓附近,利用原有两个或多个车场进行行人、发电、输水线路划分。
[0103]
较佳地,在所述步骤E中,可以利用下部井工开采矿洞建设下水库,日常运行中由于地质条件复杂以及节理裂隙和软弱透水岩层的存在导致下水库不能稳定储水。通过获得的下部井工开采矿地质数据以及矿洞围岩性质,选择地下水无法穿透的稳定储水空间作为露井联合废弃矿井抽水蓄能电站的下水库,封堵露井联合矿井下部储水隧洞与不稳定空间的联系。结合图2、图3和图4对所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站进一步说明。图2为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的空间示意图;图3为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的中位储水区和低位储水区、设备布置及防堵措施的平面布置图;图4为本公开一实施方式的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的布置图剖面。
[0104]
通过所述步骤A和B对高位储水区、中位储水区和低位储水区选址,如图2、图3、图4所示,加固位于地表1的露天矿坑18作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的高位储水区,并通过对含水岩层12及隔水岩层13分布等情况选择不同高度的围岩性质稳定 的废弃矿井稳定巷道分别作为基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的地下储水区,即中位储水区19和低位储水区20。废弃矿井一般包括稳定巷道、采空区17、井筒、不稳定空间、回采巷道11等,能作为构建基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站地下储水区的是不受采动影响及围岩条件较好的稳定巷道。
[0105]
此外,抽水蓄能电站上水库是一个储水蓄能的场所,上水库和下水库的水量要循环使用,面积不大、库容小,其水量有限。日常运行中除需考虑少量渗漏外,还需要考虑上水库蒸发导致的水量减少。对此,可以通过地球遥感技术对采矿引起的露天矿坑范围内水源体量、蒸发量、进行测控,确定水源补给时间节点及时进行水源补给。
[0106]
地下储水区包括储水空间(即中水库8,下水库16)、水仓(未图示)、泵房(未图示)、连通各储水区的输水管路井5和行人及输电井6、中位双向发电机组7a及低位双向发电机组7b。输水管路井5中设有输水通道15,行人及输电井6中可作为行人通道,并铺设有输电线路14。该输水管路井5和行人及输电井6可在废弃矿井原有井筒的基础上构建,也可以重新开挖。较佳的,可在露天矿坑影响区之外,倾斜开挖导洞,一方面方便下部机组安装,另一方面兼做通风行人通道及输电线路。
[0107]
所述中位双向发电机组7a及低位双向发电机组7b为双向发电机组,可在抽水蓄能过程中发挥泵送、发电的双重功能。所述的双向发电机组分别布置在中水库8和下水库16的附近,一般情况下原矿井设计中矿井巷道及洞室所含水,有自流入水仓特性。因此,抽水蓄能过程中双向发电机组仅通过水仓内的入水口吸出水源即可。
[0108]
各储水区还设有封堵墙10,用于封堵储水空间与不稳定空间及/或采空区17等的联系,所述封堵墙上设有控制阀门(未图示),可保证储水空间与采空区之间的可控联系,当采空区受到采动影响进水时,保障在蓄能过程中的水源补给。较佳地,该控制阀门可为单向阀门,以使储水区的水不至流向采空区。
[0109]
根据本公开的一个实施方式,具体实现梯级抽水蓄能的过程如下:
[0110]
风能2、太阳能4产生的电流,通过铺设在行人及输电井6的输电线路14传至低位双向发电机组7b,水源从下水库16流入水仓,在低位双向发电机组7b的作用下,经输水通道15抽出至中水库8;在中位双向发电机组7a的作用下,水源从中水库8流入水仓,再经输水通道15进一步抽出至露天矿坑。
[0111]
水流利用输水通道15从露天矿坑18经过中位双向发电机组7a流入中水库8,产生电流,电流通过铺设在行人及输电井6的输电线路14并入电网3;水流利用输水通道15进一步从中水库8经过低位双向发电机组7b流入下水库16,产生电流,电流通过铺设在行 人及输电井6的输电线路14并入电网3。
[0112]
需要说明的是,本公开所述的高位储水区、中位储水区及低位储水区是为了便于对相对高度的描述,并不意味着仅限于设置三层储水区。储水区的数量、深度、相对高差等的设置可根据矿井的实际情况而定。例如:在中位储水区设置2~3层储水区,在低位储水区设置2~3层储水区,并根据实际作业情况在各储水区或各储水区之间的输水通道附近设置双向发电机组,实现梯级抽水蓄能。
[0113]
此外,还应理解的是,本公开的双向发电机组可在抽水蓄能过程中发挥泵送、发电的双重功能。即通过利用该双向发电机组,使得本公开仅需要一条输水通道即可实现抽水和蓄能,而无需设置两条通道(如上行通道和下行通道)进行扬水和排水。双向发电机组的设置位置应考虑其自身的最高扬程,所述的“双向发电机组设置于高位储水区与中位储水区之间、及设置于中位储水区与低位储水区之间”是指:可在高位储水区、中位储水区、低位储水区上分别设置双向发电机组,或也可将双向发电机组分别设置于高位储水区与中位储水区之间、及中位储水区与低位储水区之间的区域,如在各储水区之间的输水通道上或其附近设置。
[0114]
此外,对于本公开提出的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的选址问题,可以参考以下优选标准的至少其中之一实施:(1)煤层底板较低处、无导水构造和不良地质条件、煤层底板岩层渗透性低、矿井水补给文稳定、便于水体调用。(2)采空区覆岩含有采动造成的裂隙带,具有较强的导流能力,密闭性和稳定性差,一般不适合作为储水库,应该与储水库隔离。(3)无移民搬迁任务,地面附着物量少、种类少,迁占问题容易解决。(4)库址距离城区水源较远,不污染城区水源地。(5)库址距城市污水处理厂近。
[0115]
本公开通过构建梯级高差的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,提高了抽水蓄能的稳定性和可靠性,同时解决了大型发电机组安装限制的问题。此外,通过充分的利用露天矿坑和地下废弃区进行水库及机组的布置,可有效扩宽蓄能选点范围,促进电网的安全稳定运行,节约成本,促进矿区自然生态环境的恢复等,具有突出的环境和社会效益。
[0116]
本领域技术人员应当注意的是,本公开所描述的实施方式仅仅是示范性的,可在本公开的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而,本公开不限于上述实施方式,而仅由权利要求书限定。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站包括高位储水区、低位储水区、输水通道以及双向发电机组; 所述输水通道连通于高位储水区与低位储水区之间; 所述双向发电机组设置于高位储水区与低位储水区之间,利用所述双向发电机组经所述输水通道抽水蓄能或发电; 所述高位储水区为所述废弃矿井的露天矿坑,所述低位储水区为地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述废弃矿井的地下空间包括巷道、采空区和井筒,在所述巷道内构建地下储水区,在所述井筒内构建输水通道。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 各所述地下储水区的至少一侧设有封堵墙,所述封堵墙设有控制阀门。
[权利要求 4]
如权利要求1-3任一项所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述高位储水区与低位储水区之间的高差小于所述双向发电机组的最高扬程。
[权利要求 5]
如权利要求4所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述高位储水区与低位储水区之间的高差为200~400m。
[权利要求 6]
如权利要求1-3任一项所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站还包括太阳能发电装置和风能发电装置; 所述太阳能发电装置和所述风能发电装置与基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站构成风光发电互补系统。
[权利要求 7]
如权利要求1-3任一项所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站还包括太阳能发电装置; 所述太阳能发电装置与基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站构成发电互补系统。
[权利要求 8]
如权利要求1-3任一项所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站还包括风能发电装置; 所述风能发电装置与基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站构成发电互补系统。
[权利要求 9]
如权利要求1-3任一项所述的全地下抽水蓄能电站,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站还包括中位储水区; 所述中位储水区位于高位储水区与低位储水区之间,所述输水通道连通于高位储水区与中位储水区之间,及连通于中位储水区和低位储水区之间,所述双向发电机组设置于高位储水区与中位储水区之间、及设置于中位储水区与低位储水区之间; 所述中位储水区和所述低位储水区为所述地下储水区,所述地下储水区位于废弃矿井的地下空间。
[权利要求 10]
一种权利要求1-9任一项所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法包括如下步骤: 加固废弃矿井的露天矿坑作为高位储水区; 测定围岩性质,选择围岩特性稳定的废弃矿井巷道构建地下储水区,并构建具有高差的至少低位储水区作为地下储水区; 在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与低位储水区的输水通道,并在高位储水区与低位储水区之间设置双向发电机组; 利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与低位储水区之间扬水或排水,以进行抽水蓄能。
[权利要求 11]
如权利要求10所述的全地下抽水蓄能电站的形成方法,其特征在于: 所述基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法还包括如下步骤: 构建位于高位储水区和低位储水区之间的中位储水区; 在废弃矿井井筒内构建连通高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区的 输水通道,并在高位储水区与中位储水区之间、及中位储水区与低位储水区之间分别设置双向发电机组; 利用所述双向发电机组经输水通道在高位储水区与中位储水区、及中位储水区与低位储水区之间分梯次的扬水或排水,以进行梯级抽水蓄能。
[权利要求 12]
如权利要求10所述的基于露天矿坑的半地下抽水蓄能电站的形成方法,其特征在于: 所述废弃矿井的采空区为备用储水区。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]