水溶造腔储能联合系统及方法

本发明属于物理储能技术领域，具体涉及水溶造腔储能联合系统及方法。

背景技术：

在我国，盐穴资源丰富，盐穴作为储气、储油空间来利用变得越来越广泛。大规模、低成本地建设盐穴储气库是紧要问题。在传统的盐穴造腔过程中，多用水溶造腔工艺，将淡盐水或清水注入盐层中，随着清水或淡盐水的进入，将盐层溶腔中原有的卤水挤出，随着该过程反复进行，盐层中的盐被水不断带出，完成地下盐穴的水溶造腔过程。而在上述方法中，为了保障经济性，既要求造腔速度快又要求造腔容积大。

为了满足较快的造腔速度，需将清水或淡盐水以较大流量和较大水头注入地下盐穴中，水泵耗能较高且由于清水注入后与地下盐穴中盐层接触时间较短返出的卤水含盐量较低。此外，为了满足经济性要求大多地下盐穴造腔结束后要有较大空间，便于储气或储油，这就限制了中小型地下盐穴的开发。

在物理储能技术中，压缩空气储能和抽水蓄能技术以其可靠性高、效率高以及成本低而备受关注，且该技术发展已久，相对成熟，基本可以实现储能盈利，但是现有物理储能中，都需要去寻找或者利用已有的废弃空间，其储能的位置和环境对能量的需求不一定合适，这不利于储能的真正有效利用，并且无法对现有系统进行利用和补充。

技术实现要素：

为了解决现有技术中中小型地下盐穴水溶造腔中成本较高，储能系统储能空间有限的问题，本发明提供水溶造腔储能联合系统及方法，增加水溶造腔中返出卤水的含盐量，也有助于物理储能技术的推广和应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

水溶造腔储能联合系统，包括水泵水轮机、水气容器、卤水池、地下盐穴；

所述水泵水轮机的进水口连接卤水池上部清液，所述水泵水轮机出口连接水气容器，水泵水轮机与水气容器之间设置有阀门；

水气容器水端出口连接地下盐穴，管路上设置有水端阀门；水气容器气端出口连接地下盐穴顶部；地下盐穴底部通过管路与卤水池连通；卤水池与水泵水轮机入口之间设置有连接管路。

优选的，所述地下盐穴为单井结构或双井结构的盐井。

优选的，所述水泵水轮机为水泵水轮一体机或水泵和水轮机的组合。

优选的，所述水气容器气端出口连接地下盐穴顶部的气端管路和所述地下盐穴底部与卤水池连通的管路分别设置相应的阀门。

优选的，水泵水轮机的进水口还连接有来流清水。

水溶造腔储能联合方法，基于上述任意一种水溶造腔储能联合系统，包括，

进行储能或造腔，水泵水轮机组将卤水池上部清液的淡卤水压入水气容器，于此同时，水气容器中气体经气端管路进入地下盐穴，地下盐穴中卤水在气体挤压下排出进入卤水池中；

进行释能，水气容器中的淡卤水经阀门进入水泵水轮机组后进入卤水池，于此同时，地下盐穴中的气体在卤水池与地下盐穴液柱的压差作用下进入水气容器中；

进行造腔准备，地下盐穴中卤水排出后，水泵水轮机和所在管路阀门关闭，水端阀门打开，在高度落差作用下，水气容器中的淡卤水经水端管路进入地下盐穴，与此同时，地下盐穴中的气体经气端管路进入水气容器中。

优选的，储能规模通过调节水气容器中水气比进行选择。

优选的，进行储能或造腔前，地下盐穴和水气容器中预置气体，所述地下盐穴以及水气容器中的气体压力等于卤水池与地下盐穴中水位压差。

优选的，地下盐穴中的液位始终高于地下盐穴内与卤水池相连的管路端口；水气容器中液位始终高于水端出口和水泵水轮机所在管路端口。

优选的，气端管路两端分别始终连通地下盐穴的气体部分和水气容器的气体部分。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明水溶造腔储能联合系统，通过设置水泵水轮机、水气容器、卤水池、地下盐穴以及各管路和阀门，水泵水轮机的进水口连接卤水池，水泵水轮机出口连接水气容器，水气容器与水泵水轮机之间设置有阀门；水气容器水端出口连接地下盐穴，管路上设置有阀门；水气容器气端出口连接地下盐穴顶部；地下盐穴底部通过管路与卤水池连通；卤水池与水泵水轮机入口之间设置有连接管路。本系统改变了传统抽水蓄能系统中基于高低水位布置水泵、水轮机组的固定方式，可依据操作简便原则实现水泵、水轮机的灵活布置，同时能够进行水溶造腔和储能的双系统利用。

进一步的，本系统适用于单井结构或者双井结构，适用范围更广。

进一步的，本系统所述的水泵水轮机，可以为水泵水轮机或水泵和水轮机的组合，可根据实际的现场进行布置组装，更加灵活。

进一步的，本系统水气容器与气端出口连接地下盐穴顶部的气端管路和地下盐穴底部与卤水池连通的管路分别设置相应的阀门，同样可以根据实际情况进行设置阀门与否，极大的提高了本系统的适应性。

进一步的，通过来流清水，一方面对水气容器中的水量进行补充，另一方面能够进一步的稀释水气容器中的淡卤水，并且在补充过程中对水泵水轮机进行冲洗和保护。

本发明水溶造腔储能联合方法，在水泵往水气容器中泵水的同时气体挤压将地下盐穴内部的液体排出后，通过高度落差作用，将清水流入地下盐穴内部，同时气体重新回到水气容器内；储能和释能过程中，主要利用地下盐穴内部的恒压特性，结合水气容器和管道，从而达到气体和液体在系统内部的循环，充分利用了水溶造腔中使用的设备和设施，基本无投入，不但保障了水溶造腔过程中地下盐穴内压力稳定，防止腔体坍塌，而且利用储能系统收益降低了中小型地下盐穴的采盐成本。

进一步的，所述地下盐穴和水气容器中预置气体，且所述地下盐穴以及水气容器中的气体压力等于卤水池与地下盐穴中水位压差，因而构成了本系统内部的恒压状态。

附图说明

图1为本发明实例中所述水溶造腔储能联合系统的结构示意图。

图中：1为来流清水；2为水泵水轮机；3为阀门；4为水气容器；5为水端阀门；6为地下盐穴；7为卤水池；8为气端管路。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细阐述。

本发明将水溶造腔技术与物理储能技术进行结合，不但可以通过利用现有地下盐穴空间以及采盐设备降低储能系统成本，而且可以通过储能系统的盈利降低中小型地下盐穴开发中的综合成本。此外，通过联合系统的设计，改善传统采盐工艺中返回卤水含盐量低和盈利能力弱，能量消耗大等问题。

如图1所示，一种水溶造腔储能联合系统包括水泵2、水气容器4、卤水池7、地下盐穴6以及各管路和阀门；

水泵水轮机2的进水口连接来流清水1或卤水池7，水泵水轮机2出口连接水气容器4，水气容器4与水泵水轮机2之间设置有阀门3；水气容器4水端出口连接地下盐穴6，管路上设置有水端阀门5；水气容器4气端出口连接地下盐穴6顶部；地下盐穴6底部通过管路与卤水池7连通；卤水池7与水泵水轮机2入口之间设置有连接管路。

地下盐穴6采用但不限于单井结构，也可用双井结构。

水泵水轮机2也可用水泵和水轮机两设备来替代。

卤水池7采用但不限于地面设备，也可就地挖水池。

水气容器4气端出口连接地下盐穴6顶部的气端管路以及地下盐穴6底部与卤水池7连通的管路分别可设置相应的阀门，亦可不设置阀门。

本发明水溶造腔储能联合方法，通过相同的压水操作能够进行储能或造腔，在地下盐穴中卤水浓度较低的时段通过储能和释能进行能量的充分利用，同时通过释能和造腔准备的交替对地下盐穴卤水的搅动，加快卤水的形成；浓度达到后通过进行快速造腔；通过储能、释能、造腔、造腔准备的循环，能够高效的进行水溶造腔储能的高效联合，依据时间和能量需求灵活进行多种工作状态的组合；具体如下：

地下盐穴6以及水气容器4中的气体压力等于卤水池7与地下盐穴6中水位压差。

水溶造腔过程：清水或淡盐水进入水泵水轮机2后压入水气容器4，随着水气容器4中液位升高，水气容器4内气体经气端管路8进入地下盐穴6，随着气体进入地下盐穴6，地下盐穴6中的卤水排入卤水池7。卤水排出后，水泵水轮机2和所在管路阀门3关闭，水端阀门5打开，在高度落差作用下，水气容器4中的清水或淡盐水经水端管路进入地下盐穴6，与此同时，地下盐穴6中的气体经气端管路8进入水气容器4中。整个过程地下盐穴6和水气容器4中压力基本恒定。

造腔结束后储能系统工作过程：储能过程中，水泵水轮机组2将水从卤水池7压入水气容器4，于此同时，水气容器4中气体经气端管路8进入地下盐穴6，地下盐穴6中水在气体挤压下进入卤水池7中，整个过程地下盐穴6和水气容器4中压力基本恒定。释能过程中，水气容器4中的水经阀门3进入水泵水轮机组2后进入卤水池7，于此同时，地下盐穴6中的气体在卤水池7与地下盐穴6液柱的压差作用下进入水气容器4中，整个过程地下盐穴6和水气容器4中压力基本恒定。

由于在造腔过程中会有卤水的消耗，因此在水气容器4上的水泵水轮机2进水口还连接有来流清水1，用于补充循环液，并且稀释水气容器4中的淡卤水。

进一步地，在储能系统工作过程中，地下盐穴6中的水气比以及水气容器4中的水气比依据水气容器4体积、地下盐穴6体积以及储能规模进行选取。

进一步地，系统工作组合包括但不限于：储能——释能；造腔——造腔准备；储能——造腔准备——造腔——释能；造腔——释能；造腔准备——储能——释能——造腔；以及上述任意几种组合方式的连接形成的复杂工作方式。

将水溶造腔工艺和储能系统结合，综合分析，不但保障了水溶造腔过程中地下盐穴内压力稳定，防止腔体坍塌，而且利用储能系统收益降低了中小型地下盐穴的采盐成本。此外，对于储能系统建设，充分利用了水溶造腔中使用的设备和设施，基本无投入，而且能够充分的就地对能量进行利用和释放，更加符合能量的供给需求，极大的降低了两个系统的开支，并且实现了意想不到的技术效果。