压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统

本发明属于能源存储，尤其涉及压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统。

背景技术：

1、我国地下矿产资源丰富，各类矿产资源已持续开采利用近70年。随着能源供给侧结构性改革的深入以及能源产业淘汰落后产能工作的持续推进，大量资源枯竭及落后产能的矿井的关闭势在必行。废弃矿洞的空间闲置不仅会造成资源的巨大浪费和国有资产流失，还有可能诱发后续的安全、环境等问题。现有的单洞室氢能存储系统只能实现储氢功能，而当作为压缩氢气储能电站时又需要在每次充放气之后补充新的氢气，造成资源的过多消耗，且不能充分利用废弃矿洞，因此，亟需提出一种新型地下矿洞储氢系统，将压缩氢气储能电站和储氢库的功能集于一身。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，包括：

4、压缩机，用于氢气压缩；

5、电解水制氢系统，出气端与所述压缩机的进气端连通，用于氢气制备；

6、注采调控系统，与所述压缩机连接，用于控制氢气储存和调用；

7、内衬式储氢矿洞系统，与所述注采调控系统连接，用于存储氢气；

8、膨胀机，通过所述注采调控系统与所述内衬式储氢矿洞系统连接，用于将所述内衬式储氢矿洞系统内高压氢气向低压氢气转换并产生机械能来驱动发电机发电，所述发电机与电网电性连接；

9、换热系统，与所述注采调控系统连接，用于采集进入所述内衬式储氢矿洞系统内氢气的热量并使通入所述膨胀机内的氢气加热；

10、供电系统，用于为系统运行提供电力；

11、氢气提纯装置，连通在所述内衬式储氢矿洞系统一侧，用于氢气提纯采出。

12、优选的，所述电解水制氢系统包括电源、电解水装置和氢气供给阀门，所述电源与所述供电系统电性连接，所述电源用于给所述电解水装置提供电能，所述电解水装置用于电解水产生氢气，所述电解水装置的出气端与所述氢气供给阀门的进气端连通，所述氢气供给阀门的出气端与所述压缩机的进气端连通。

13、优选的，所述内衬式储氢矿洞系统包括低压储氢矿洞和高压储氢矿洞，所述低压储氢矿洞和所述高压储氢矿洞结构完全相同，所述低压储氢矿洞和所述高压储氢矿洞与所述注采调控系统连接，所述高压储氢矿洞与所述氢气提纯装置连通。

14、优选的，所述注采调控系统包括用于与所述高压储氢矿洞连通的高压注采管路和用于与所述低压储氢矿洞连通的低压采注管路；

15、所述高压注采管路与所述压缩机连通，所述高压注采管路通过所述换热系统的一端与所述高压储氢矿洞的内部连通，所述高压注采管路中部连通有用于控制高压氢气注入的高压注气阀门，所述高压注气阀门与所述高压储氢矿洞之间设有高压采气管路，所述高压采气管路的进气端与所述高压注采管路中部连通，所述高压采气管路的出气端连通有高压采气阀门的进气端，所述高压采气阀门的出气端通过所述换热系统的另一端与所述膨胀机的进气端连通，所述膨胀机的出气端连通有低压回收管路的进气端，所述低压回收管路的出气端连通有低压回收阀门的进气端，所述低压回收阀门的出气端与所述低压采注管路的中部连通，所述低压采注管路远离所述低压储氢矿洞的一端通过低压采气阀门与压缩机连通。

16、优选的，所述换热系统包括冷凝器、加热器、储热罐和蓄冷罐；

17、所述压缩机产生的高压氢气通过所述冷凝器进行冷却，所述冷凝器吸收的热量通入所述储热罐内，所述储热罐用于为所述加热器提供热能，所述加热器对所述高压采气阀门排出的高压氢气进行加热，所述高压采气阀门排出的高压氢气受热膨胀释放的冷量通入所述蓄冷罐内，所述蓄冷罐用于所述冷凝器内高压氢气的冷却。

18、优选的，所述高压储氢矿洞由内至外依次设置有阻氢涂层、钢衬、缓冲层、钢筋混凝土衬砌、防水层、喷射混凝土和围岩，所述钢筋混凝土衬砌内设有渗漏监测部；所述围岩内设有排水部；

19、所述高压储氢矿洞的两端分别设置有用于防止氢气泄漏的混凝土封堵塞。

20、优选的，所述渗漏监测部包括若干氢气渗漏传感器，若干所述氢气渗漏传感器环绕设置在所述钢筋混凝土衬砌内。

21、优选的，所述排水部包括若干排水管路，若干所述排水管路环绕设置在所述围岩内。

22、优选的，所述供电系统为太阳能、风能等清洁能源发电中的一种。

23、优选的，所述氢气提纯装置通过采氢提纯阀门与所述高压储氢矿洞连通。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、本发明相较于现有的地下储氢系统相比，通过采用高低压两个储气矿洞形成内衬式储氢矿洞系统，只需制氢一次，就可以实现氢气的循环储释，避免了氢气的频繁补充与能源的过度浪费，还可在有用氢需求时将氢气提纯采出；采用换热系统，有效回收了压缩氢气过程中释放的热量并将其用于采气过程中对氢气的加热，同时又将冷量反馈作用于注气过程中对氢气的冷却，有效避免了能量的浪费。

1.压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述电解水制氢系统(4)包括电源(4-1)、电解水装置(4-2)和氢气供给阀门(4-3)，所述电源(4-1)与所述供电系统(1)电性连接，所述电源(4-1)用于给所述电解水装置(4-2)提供电能，所述电解水装置(4-2)用于电解水产生氢气，所述电解水装置(4-2)的出气端与所述氢气供给阀门(4-3)的进气端连通，所述氢气供给阀门(4-3)的出气端与所述压缩机(2)的进气端连通。

3.根据权利要求1所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述内衬式储氢矿洞系统(5)包括低压储氢矿洞(5-3)和高压储氢矿洞(5-4)，所述低压储氢矿洞(5-3)和所述高压储氢矿洞(5-4)结构完全相同，所述低压储氢矿洞(5-3)和所述高压储氢矿洞(5-4)与所述注采调控系统(6)连接，所述高压储氢矿洞(5-4)与所述氢气提纯装置(10)连通。

4.根据权利要求3所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述注采调控系统(6)包括用于与所述高压储氢矿洞(5-4)连通的高压注采管路(6-1)和用于与所述低压储氢矿洞(5-3)连通的低压采注管路(6-4)；

5.根据权利要求4所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述换热系统(3)包括冷凝器(3-1)、加热器(3-2)、储热罐(3-3)和蓄冷罐(3-4)；

6.根据权利要求4所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述高压储氢矿洞(5-4)由内至外依次设置有阻氢涂层(5-12)、钢衬(5-11)、缓冲层(5-10)、钢筋混凝土衬砌(5-9)、防水层(5-8)、喷射混凝土(5-7)和围岩(5-6)，所述钢筋混凝土衬砌(5-9)内设有渗漏监测部；所述围岩(5-6)内设有排水部；

7.根据权利要求6所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述渗漏监测部包括若干氢气渗漏传感器(5-13)，若干所述氢气渗漏传感器(5-13)环绕设置在所述钢筋混凝土衬砌(5-9)内。

8.根据权利要求6所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述排水部包括若干排水管路(5-14)，若干所述排水管路(5-14)环绕设置在所述围岩(5-6)内。

9.根据权利要求1所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述供电系统(1)为太阳能、风能等清洁能源发电中的一种。

10.根据权利要求1所述的压差式地下矿洞氢能存储及提纯系统，其特征在于：所述氢气提纯装置(10)通过采氢提纯阀门(10-1)与所述高压储氢矿洞(5-4)连通。