1.本發(fā)明涉及電能和重力勢能相互轉換的重力儲能技術領域，具體是一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法。

背景技術：

2.電力儲能系統(tǒng)是通過一定介質存儲電能，在需要時將所儲存能量釋放發(fā)電。電力儲能系統(tǒng)是解決可再生能源的間歇性和波動性的重要技術途徑，目前已有的電力儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能以及電化學儲能等。

3.現(xiàn)階段抽水蓄能是最主要的電力儲能技術，但是它的能量密度比較低，建造上下水庫所需地形較為特殊，占地面積大，建設周期長。壓縮空氣儲能對地下鹽穴的密閉性有很高要求，建設條件苛刻，造腔時間長，地面換熱、儲熱系統(tǒng)結構復雜，儲能效率低。電化學儲能受限于電池成本和壽命，在以上三種儲能方案里面儲能成本最高。

4.隨著對新能源利用速度加快，對儲能的需求更加迫切，涌現(xiàn)出許多利用斜坡、礦山豎井、地面高塔等的重力儲能裝置。它們之中不是儲能密度太低沒有實用價值，就是建造成本太高，占地面積巨大，受環(huán)境和氣候影響大。

5.經(jīng)調(diào)查在石油天然氣開采、鹽礦山水溶開采、地熱溫泉開發(fā)等過程產(chǎn)生了大量小口徑深井，在資源開采完畢后一般作為廢棄井，注水泥塞封閉處理。而合理利用這些廢棄深井，對重力儲能領域提供了一種新的解決思路。

技術實現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法。

7.本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，所述重力儲能方法包括以下步驟：

8.s1：井身檢測，對于舊廢棄井需要結合各井的生產(chǎn)情況、有無異常現(xiàn)象等初步判斷井筒的完好性，采用通井手段檢驗井筒的暢通性、內(nèi)徑和金屬套管長度，并采用探傷儀檢測井筒有無穿孔、破損以及水泥環(huán)膠結程度，并根據(jù)具體情況采取修復措施，如擠封水泥或加襯套等。

9.s2：根據(jù)井身檢測結果確定用于配重的鋼球的規(guī)格，并計算鋼球的總質量，所述鋼球采用國家標準鋼球尺寸，所述鋼球的直徑不大于金屬套管內(nèi)徑的2/3倍。

10.s3：根據(jù)鋼球的總質量確定鋼絲吊繩規(guī)格，所述鋼球設置有貫穿的穿心孔，所述鋼絲吊繩的一部分用于穿過鋼球穿心孔串聯(lián)鋼球，另一段靠近鋼球外側充當保險繩，便于在串聯(lián)鋼球的鋼絲吊繩斷裂時，能通過充當保險繩的鋼絲吊繩把鋼球提升到地面修復。

11.s4：根據(jù)卷線筒的最小直徑、鋼球直徑、安全性、便于維修、鋼絲繩夾規(guī)格和鋼絲吊繩長度等特性計算并確定鋼球需要組成的串的長度，同時采用鋼絲繩夾在鋼絲吊繩上固定鋼球。所述鋼絲吊繩包括第一吊繩和第二吊繩，所述第一吊繩串聯(lián)奇數(shù)串的鋼球，同時作為

偶數(shù)串的鋼球的保險繩；所述第二吊繩串聯(lián)偶數(shù)串鋼球，同時作為基數(shù)串的鋼球的保險繩。用于串聯(lián)鋼球的鋼絲吊繩不設置接頭，接頭設置在作為保險繩的鋼絲吊繩上，并采用鋼絲繩夾固定。

12.s5：儲能狀態(tài)時，儲發(fā)控制變電成套設備從電網(wǎng)吸收電能，控制可逆式發(fā)電電動機帶動卷線筒從井內(nèi)提升鋼球。

13.s6：發(fā)電狀態(tài)時，鋼球下墜帶動卷線筒旋轉從而帶動可逆式發(fā)電電動機旋轉發(fā)電，同時通過儲發(fā)控制變電成套設備向電網(wǎng)輸出電能。

14.s7：井口設置有盆，所述盆設置有抽氣支管，外接廢氣處理裝置，采用廢氣處理裝置設置的抽氣泵形成負壓使井內(nèi)溢出的廢氣不排向大氣。

15.所述井身的合格標準為：

16.n1：儲能井生產(chǎn)時間長，在重力儲能運行過程中，井筒井身無擠毀變形和穿孔，并具有一定抗壓和抗磨損能力，以滿足服務年限。

17.n2：直井或定向斜井的直井段，有利于鋼球順利升降，可減少與管壁的摩擦，降低儲能損耗。

18.所述重力儲能方法適用于利用廢棄鹽井、油氣井、地勘井、地熱井等地面口徑一般不超過250mm，深度在1000～3500米范圍內(nèi)，同時井壁采用金屬套管支護的井身結構，充分利用廢棄井資源。

19.所述s5步驟處于儲能狀態(tài)時，電網(wǎng)側通過電纜或架空線向儲發(fā)控制變電成套設備輸送電能，可逆式發(fā)電電動機工作于電動機狀態(tài)。電機調(diào)速裝置控制可逆式發(fā)電電動機運行，可逆式發(fā)電電動機帶動卷線筒轉動，卷線筒收回鋼絲吊繩，同時帶動串聯(lián)在鋼絲吊繩上的鋼球從井內(nèi)提升，電能轉換為鋼球的重力勢能儲存。

20.所述s6步驟處于發(fā)電狀態(tài)時，可逆式發(fā)電電動機工作于發(fā)電機狀態(tài)，鋼絲吊繩上的鋼球由于重力作用向井內(nèi)掉落，同時帶動鋼絲吊繩，鋼絲吊繩再帶動卷線筒旋轉，卷線筒帶動可逆式發(fā)電電動機旋轉開始發(fā)電，發(fā)電并網(wǎng)裝置通過受控逆變方式將可逆式發(fā)電電動機所發(fā)電能送入電網(wǎng)。

21.發(fā)電并網(wǎng)裝置并入電網(wǎng)需要三個條件：

22.1、頻率與系統(tǒng)頻率相同。

23.2、出口電壓通過變壓器后與系統(tǒng)電壓相同，其最大誤差應在5％以內(nèi)。

24.3、相序通過變壓器后與系統(tǒng)相序相同。

25.本發(fā)明的有益效果是：

26.1、本發(fā)明的儲、發(fā)切換響應速度與抽水蓄能電站相當，儲能效率達到80％以上，不受地形和氣候條件限制，并且建設的重力儲能發(fā)電裝置占地面積較小，可建設于負荷中心減少輸電損耗，還可配套建于光伏和風力發(fā)電站下方，減小新能源發(fā)電的波動，且與發(fā)電設備使用壽命相當，可同步建設和退役。

27.2、當利用廢棄鹽井、油氣井、地勘井、地熱井等用于儲能時，也可在地面配建光伏和風力發(fā)電站，與原礦山結合形成“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)。

附圖說明

28.圖1為本發(fā)明的儲能完畢準備發(fā)電狀態(tài)時的示意圖；

29.圖2為本發(fā)明的發(fā)電完畢準備儲能狀態(tài)時的示意圖；

30.圖3為本發(fā)明的鋼球和鋼絲吊繩連接成子串的結構示意圖；

31.圖4為本發(fā)明的鋼球的剖面結構示意圖；

32.圖5為本發(fā)明的鋼絲吊繩斷裂和修復的示意圖；

33.圖中：1-鋼絲吊繩、3-鋼球、4-卷線筒、5-可逆式發(fā)電電動機、6-盆、7-鋼絲繩夾、8

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穿心孔、9-第一吊繩、10-第二吊繩。

具體實施方式

34.為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

35.下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述。

36.如圖1-圖5所示，一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，該重力儲能方法包括以下步驟：

37.s1：井身檢測，對于舊廢棄井需要結合各井的生產(chǎn)情況、有無異?，F(xiàn)象等初步判斷井筒的完好性，采用通井手段檢驗井筒的暢通性、內(nèi)徑和金屬套管長度，并采用探傷儀檢測井筒有無穿孔、破損以及水泥環(huán)膠結程度，并根據(jù)具體情況采取修復措施，如擠封水泥或加襯套等。

38.s2：根據(jù)井身檢測結果確定用于配重的鋼球3的規(guī)格，并計算鋼球3的總質量，鋼球3 采用國家標準鋼球尺寸，鋼球3的直徑不大于金屬套管內(nèi)徑的2/3倍。

39.s3：根據(jù)鋼球3的總質量確定鋼絲吊繩1的規(guī)格，鋼球3設置有貫穿的穿心孔8，鋼絲吊繩1的一段用于串聯(lián)鋼球3，另一段靠近鋼球3外側充當保險繩。當串聯(lián)鋼球3的鋼絲吊繩1斷裂時，依靠外側的保險繩把串聯(lián)鋼球3提升到地面進行修復，斷裂的那一段鋼絲吊繩 1修復后充當保險繩，而沒有斷裂過的原來靠近鋼球3外側充當保險繩的鋼絲吊繩1穿過鋼球3的穿心孔8替代串聯(lián)鋼球的鋼絲吊繩1的位置和作用。

40.s4：根據(jù)卷線筒4的最小直徑、鋼球3直徑、安全性、便于維修、鋼絲繩夾7規(guī)格和鋼絲吊繩1長度等特性計算并確定鋼球需要組成的串的長度，同時采用鋼絲繩夾在鋼絲吊繩上固定鋼球。鋼絲吊繩1包括第一吊繩9和第二吊繩10，第一吊繩9串聯(lián)奇數(shù)串的鋼球3，同時作為偶數(shù)串的鋼球3的保險繩；第二吊繩10串聯(lián)偶數(shù)串鋼球3，同時作為基數(shù)串的鋼球3 的保險繩。用于串聯(lián)鋼球3的鋼絲吊繩1不應設置接頭，接頭設置在作為保險繩的鋼絲吊繩 1上，并采用鋼絲繩夾7固定。

41.s5：步驟處于儲能狀態(tài)時，電網(wǎng)側通過電纜或架空線向儲發(fā)控制變電成套設備輸送電能，可逆式發(fā)電電動機工作于電動機狀態(tài)。電機調(diào)速裝置控制可逆式發(fā)電電動機運行，可逆式發(fā)電電動機帶動卷線筒轉動，卷線筒收回鋼絲吊繩，同時帶動串聯(lián)在鋼絲吊繩上的鋼球從井內(nèi)提升，電能轉換為鋼球的重力勢能儲存。

42.s6：步驟處于發(fā)電狀態(tài)時，可逆式發(fā)電電動機工作于發(fā)電機狀態(tài)，鋼絲吊繩上的鋼球由于重力作用向井內(nèi)掉落，同時帶動鋼絲吊繩，鋼絲吊繩再帶動卷線筒旋轉，卷線筒帶動可逆式發(fā)電電動機旋轉開始發(fā)電，發(fā)電并網(wǎng)裝置通過受控逆變方式將可逆式發(fā)電電動機所發(fā)電能送入電網(wǎng)。

43.s7：步驟中，井口設置有盆6，盆6設置有抽氣支管，外接廢氣處理裝置，采用廢氣處理裝置設置的抽氣泵形成負壓使井內(nèi)溢出的廢氣不排向大氣。

44.s1包括以下步驟：

45.m1：對于舊廢棄井需要結合各井的生產(chǎn)情況、有無異?，F(xiàn)象等初步判斷井筒的完好性。

46.m2：通過通井手段檢驗井筒的暢通性和內(nèi)徑。

47.m3：采用探傷儀檢測井筒有無穿孔、破損以及水泥環(huán)膠結程度，并根據(jù)具體情況采取修復措施。

48.井身的合格標準為：

49.n1：儲能井生產(chǎn)時間長，在重力儲能運行過程中，井筒井身無擠毀變形和穿孔，并具有一定抗壓和抗磨損能力，以滿足服務年限。

50.n2：直井或定向斜井的直井段，有利于鋼球3順利升降，可減少與管壁的摩擦，降低儲能損耗。

51.該重力儲能方法適用于利用廢棄鹽井、油氣井、地勘井、地熱井等地面口徑一般不超過 250mm，深度在1000～3500米范圍內(nèi)，同時井壁采用ф139.7mm、ф177.8mm、ф244.5mm 等小口徑金屬套管支護的井身結構。利用滿足要求的現(xiàn)有廢棄井就地建設重力儲能電站，或在需建設儲能的項目范圍內(nèi)采用石油鉆機批量施工專用儲能井，施工時采用精準定位方案控制井斜和軌跡。

52.以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。技術特征：

1.一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：包括以下步驟：s1：井身檢測；s2：根據(jù)井身檢測結果確定用于配重的鋼球(3)的規(guī)格，并計算鋼球(3)的總質量；s3：根據(jù)鋼球(3)的總質量確定鋼絲吊繩(1)的規(guī)格，所述鋼球(3)設置有貫穿的穿心孔(8)；s4：根據(jù)卷線筒(4)的最小直徑、鋼球(3)直徑、安全性、便于維修、鋼絲繩夾(7)規(guī)格和鋼絲吊繩(1)長度計算并確定鋼球(3)需要組成串的長度，同時采用鋼絲繩夾(7)在鋼絲吊繩(1)上固定鋼球(3)；s5：儲能狀態(tài)時，儲發(fā)控制變電成套設備從電網(wǎng)吸收電能，控制可逆式發(fā)電電動機(5)帶動卷線筒(4)從井內(nèi)提升鋼球(3)；s6：發(fā)電狀態(tài)時，鋼球(3)下墜帶動卷線筒(4)旋轉從而帶動可逆式發(fā)電電動機(5)旋轉發(fā)電，同時通過儲發(fā)控制變電成套設備向電網(wǎng)輸出電能；s7：井內(nèi)溢出的廢氣引至廢氣處理裝置。2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述s1包括以下步驟：m1：對于舊廢棄井需要結合各井的生產(chǎn)情況、有無異?，F(xiàn)象初步判斷井筒的完好性；m2：采用通井手段檢驗井筒的暢通性、內(nèi)徑和金屬套管長度；m3：采用探傷儀檢測井筒有無穿孔、破損以及水泥環(huán)膠結程度，并根據(jù)具體情況采取修復措施。3.根據(jù)權利要求2所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述井身的合格標準為：n1：儲能井生產(chǎn)時間長，在重力儲能運行過程中，井筒井身無擠毀變形和穿孔，并具有一定抗壓和抗磨損能力，以滿足服務年限；n2：直井或定向斜井的直井段，有利于鋼球(3)順利升降，可減少與管壁的摩擦，降低儲能損耗。4.根據(jù)權利要求1所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述s2步驟中，所述鋼球(3)采用國家標準鋼球尺寸，所述鋼球(3)的直徑不大于金屬套管內(nèi)徑的2/3倍。5.根據(jù)權利要求1所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述s4步驟中，所述鋼絲吊繩(1)包括第一吊繩(9)和第二吊繩(10)，所述第一吊繩(9)串聯(lián)奇數(shù)串的鋼球(3)，同時作為偶數(shù)串的鋼球(3)的保險繩；所述第二吊繩(10)串聯(lián)偶數(shù)串鋼球(3)，同時作為基數(shù)串的鋼球(3)的保險繩。接頭設置在作為保險繩的鋼絲吊繩(1)上，并采用鋼絲繩夾(7)固定。6.根據(jù)權利要求1所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述s5和s6步驟中，所述儲發(fā)控制變電成套設備包括電源切換裝置、變壓器、發(fā)電并網(wǎng)裝置和電機調(diào)速裝置。7.根據(jù)權利要求1所述的一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，其特征在于：所述s7步驟中，井口設置有盆(6)，所述盆(6)設置有抽氣支管，外接廢氣處理裝置，采用廢氣處理裝置設置的抽氣泵形成負壓使井內(nèi)溢出的廢氣不排向大氣。

技術總結

本發(fā)明公開了一種利用小口徑深井、超深井的重力儲能方法，涉及電能和重力勢能相互轉換的重力儲能技術領域，包括儲能井井身結構要求，井身檢測方法及合格標準，配重的選擇及連接方案，以及地面配套設施設備布置方案。本發(fā)明儲、發(fā)切換響應速度與抽水蓄能電站相當，儲能效率能達到80％以上，且不受地理條件影響，適宜各種地形和氣候條件。適宜各種地形和氣候條件。適宜各種地形和氣候條件。

技術研發(fā)人員：劉茂宇 湯福彬 李元昭

受保護的技術使用者：四川鹽業(yè)地質鉆井大隊

技術研發(fā)日：2022.03.21

技術公布日：2022/6/24