中国废弃煤矿压气蓄能潜力与初步可行性研究

摘要

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。

关键词

压缩空气蓄能 / 储气库 / 气密性 / 围岩渗透率 / 热力学分析 / 数值模拟

基金资助

国家重点研发计划青年科学家项目（2021YFC2900400）; 国家自然科学基金青年基金项目（52104077）