露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统及储能控制方法

技术领域

本公开涉及露天煤矿及抽水蓄能综合利用相关技术领域，具体的说，是涉及一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统及储能控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

在储能装机方面，抽水蓄能一直为主导技术。抽水蓄能初期主要用于调节常规水电站发电的季节不平衡性。为适应新能源的快速发展，抽水蓄能发展迎来高峰，随着新能源产业的发展和发电比例的提升，储能对于电力系统安全性和灵活性的价值逐渐得到重视，出现了新能源开发与生态保护协同融合的发展格局，在政策引导下，各露天煤矿积极开展排土场光伏等新能源项目前期准备工作。

目前提出了“露天矿坑全地表模式”、“塌陷矿井半地表模式”、“废弃矿井全地下模式”等三种废弃矿井建设抽水蓄能电站模式及其技术路径，主要是利用废弃矿坑或废弃矿洞作为下水库，上水库利用周边较高地势挖库建坝，通过高低位储水区、输水管道、双向水轮发电机，实现抽水蓄能和排水发电的功能。发明人在研究中发现，目前的基于露天煤矿的储能开发主要是针对废弃后的露天煤矿，但对生产型露天煤矿建设排土场光伏配套抽水蓄能的研究还未开展。生产型露天煤矿是处于开采阶段的矿场，矿场的采矿边坡、排土场随时变化，不能提供稳定的地形结构来建设储能系统。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统及储能控制方法，提出了排土场光伏、抽水蓄能以及生态治理的综合利用模式，在生产型露天煤矿排土场光伏配套建设抽水蓄能电站，充分利用到界排土场空间减少占地面积，综合利用矿坑内的水资源，有利于拓宽抽水蓄能应用范围，使站址向负荷中心、新能源基地靠近，促进新能源电网安全稳定运行，保障煤矿开采由油采向电采快速转型，还可以促进矿区生态环境的修复治理。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统，包括：上水库、下水库与漂浮式双向水力发电系统，在到界顶部排土场建设地下式混凝土蓄水池作为上水库，上水库上覆设绿化层，在采掘场底部以排土场边缘为边界构建下水库，所述下水库设置漂浮式双向水力发电系统，上水库与下水库采用输水管道系统连接；根据排土场的形状变化而改变下水库的位置或深度。

一个或多个实施例提供了一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统的储能控制方法，包括如下步骤：

当光伏发电量大于电力负荷点需求电量而无法全部消纳时，将水通过漂浮式双向水力发电系统由下水库通过管道输送到排土场上水库中进行储能；

当光伏发电量小于电力负荷点需求电量时，将水由上水库在势能作用下通过输水管道输送到双向水力发电系统进行发电，实现电能补充。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开中，通过设置漂浮式双向水力发电系统，以及随排土场变化而变化的下水库，能够实现在生产型露天煤矿建设排土场的同时实现储能系统的运行，随着排土场不断堆放排土，排土场的占地面积发生变化的同时，跟随维护下水库，能够使得下水库实现移动，同时设置的漂浮式双向水力发电系统能够移动，能够实现抽水储能系统的稳定工作。

本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统的框图；

图2是本公开实施例1的上水库的结构示意图；

图3是本公开实施例1的下水库的结构示意图；

图4是本公开实施例1的示例北露天煤矿采排场地形图；

图5是本公开实施例1的示例北露天煤矿采排场断面图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1-图5所示，一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统，包括：上水库、下水库与漂浮式双向水力发电系统，在到界顶部排土场建设地下式混凝土蓄水池作为上水库，上水库上覆设绿化层，在采掘场底部以排土场边缘为边界构建下水库，所述下水库设置漂浮式双向水力发电系统，上水库与下水库采用输水管道系统连接；根据排土场的形状变化而改变下水库的位置或深度。

本实施例中，通过设置漂浮式双向水力发电系统，以及随排土场变化而变化的下水库，能够实现在生产型露天煤矿建设排土场的同时实现储能系统的运行，随着排土场不断堆放排土，排土场的占地面积发生变化的同时，跟随维护下水库，能够使得下水库实现移动，同时设置的漂浮式双向水力发电系统能够移动，能够实现抽水储能系统的稳定工作。

进一步地，在到界顶部排土场还设置有光伏发电站。具体的，可以在水库上部建设光伏发电站。

在一些实施例中，排土场上水库包括多个通过管道相连的地下蓄水池；可以在排土场上水库设置设定厚度的覆土。

进一步地，还包括喷淋系统，所述喷淋系统与上水库连接，布设在上水库上的绿植层。

露天煤矿排土场是一种巨型人工松散堆垫体，根据采矿设计规划，露天煤矿排土场分多层进行排弃，每层排弃高度约为15-20米，且排弃时间不同，存在不同程度的沉降情况，排土场顶层的沉降程度会更大。因此排土场地下式蓄水池应具有抗沉降的稳定性结构且容积不宜过大，本实施例中，根据抽水蓄能设计规模和储能时长建设为若干小型地下蓄水池，通过管道连接，能够增大上水库总容积，设置为多个的结构能够增加水池结构的稳定性。

可选的，排土场地下式蓄水池上部可以覆土1-1.5m，可起到防冻保温的作用，上部可建设光伏设备，有效利用排土场土地空间资源，在表土上进行绿化，实现排土场光伏+抽水储能+生态治理的综合利用模式。

其中，光伏发电站的光伏设备与绿化层可以交错设置。光伏设备连接升压站，通过升压站将光伏电能与电网连接，实现光伏设备的并网。

在一些实施例中，根据生产型露天煤矿的实际情况，设置下水库的位置和容积，并根据排土场的变化移动设置下水库。

一种具体的实现方式，下水库可以设置可伸缩的输水管道，输水管道沿排土场台阶布置延伸至上水库，双向水力发电系统通过软管连接至输水管道。双向水力发电系统与电力系统的电网连接，实现抽水发电的电能上网。

生产型露天煤矿抽水蓄能电站利用水头越低，所需的上水池蓄水空间就越大，虽然排土场空间有充足的空间满足建设上水池的要求，但会增加投资和运营成本；蓄能电站利用水头过高，需要在采场底部建设下水池，无较大容积空间并对采矿生产产生较大影响，需根据生产型露天煤矿的实际情况，设置下水池的位置和容积，合理确定利用水头。输水管道沿排土场台阶布置，可以通过合理设置伸缩节实现，考虑排土台阶沉降对压力管道带来的不利因素。在采掘场下部适当位置设置下水库，坑底疏水可随时向下水库补充水源，根据采剥推进情况适时对下水库进行移设；另外，不同季节下水库的水位变化较大，在下水库内设置漂浮式双向水力发电系统，与输水管道系统采用软连接方式，以适应水位的变化，同时便于移设。

在一些实施例中，输水管道系统用于连接上水库和下水库，输水管道系统包括地埋管道、设置在地埋管道上的阀门、稳压器等部件，所述管道外设置保温层，满足冬季抽水蓄能及排水发电的需要。

利用生产型露天煤矿排土场光伏建设抽水蓄能电站，符合国家和自治区对新能源发展规划的要求，既充分利用到界排土场建设光伏项目，又配套建设抽水蓄能电站高效利用土地资源，还可达到排土场生态治理的效果，生态环境、社会效益显著，具有良好的推广应用前景。

从抽水蓄能电站利用生产型露天煤矿采排场相对位置来看，利用排土场地下空间建设上水池，上部覆土建设光伏组件并进行生态治理，利用采场已有缓冲蓄水池建设下水池，不涉及征地及新占用土地的情况，充分利用土地空间，建设成本低经济效益好。

为说明本实施例系统的效果，进行了具体的应用，应用于北露天煤矿。

北露天煤矿现有采场占地面积为4613亩，共设计8个开采台阶，标高自860-720m。内排土场排土台阶9个，标高为724～896水平；内排上部排土场排土台阶4个，标高为932～1020水平；外排土场已排弃到界(图中A区域)，1020水平可利用面积为3528亩，可规划建设100MW光伏项目。

北露天煤矿采场汇水主要由地下水和降雨构成，地下水主要来源是大气降水的渗透补给，采掘场内标高已低于弱含水层层位，本层岩层主要为中细砂岩，单位涌水量0.041～0.344l/s·m。本地区年平均降水量为380.5mm，雨季月平均降雨100mm，正常降雨径流量也逐年减少且7、8、9月份约占全年径流量的84％。根据计算，北露天煤矿明排水量平均为120万m

为解决采场汇水对采矿的影响，已在采场740水平设置一座10-20万m

北露天煤矿现采场缓冲蓄水池标高为740m，缓冲蓄水池容积为10-20万m

根据小型水利发电机组装机功率快速计算方法：

P＝HQηg，S＝V/Q/3600，E＝TN

式中：P为装机功率(Kw)，H为上下蓄水池水头高差(m)，Q为管道内水的流量(m

根据北露天煤矿建设条件，结合抽水蓄能电站的总体布置要求和采排场实际情况，选取不同容积的上水池和管道流量，进而拟定电站的装机容量。考虑到露天煤矿采场生产实际情况，采场下部不能设置容积较大的缓冲蓄水池，一般为10-12万立方米。抽水蓄能的建设规模和装机容量不会很大。因此以排土场上水池容量为1.5万m

表1生产型露天煤矿建设抽水蓄能电站设计方案装机容量估算表

根据本项目初步研究方案，初期拟建设装机功率1.85MW，可为北露天煤矿拟建设的4MW排土场风电项目进行储能，连续满发小时数约4h,单次连续发电量为7400kw.h，年发电量可达244万kw.h，按照蒙东电网分时计价政策，谷时段抽水蓄能峰时段排水发电，峰谷时段电价差额0.36元kw.h，年可收益87万元。

从长远看，在排土场建设100MW排土场光伏+抽水蓄能+生态治理项目，不需要新占用土地，在已有采场下部设置缓冲蓄水池总容量(总容量大于20万m

本实施例中，以北露天煤矿为例进行了工程探索，结果表明，方案可实现最大抽水蓄能装机20MW，单次连续发电量为80000kw.h，年发电量可达2400万kw.h，带来经济效益的同时，能够有效保障区域内新能源电网安全稳定运行。

实施例2

基于实施例1，本实施例中提供实施例1所述的一种露天煤矿排土场光伏与抽水蓄能系统的储能控制方法，包括如下步骤：

当光伏发电量大于电力负荷点需求电量而无法全部消纳时，将水通过漂浮式双向水力发电系统由下水库通过管道输送到排土场上水库中进行储能；

当光伏发电量小于电力负荷点需求电量时，将水由上水库在势能作用下通过输水管道输送到双向水力发电系统进行发电，实现电能补充，保证电力系统稳定，提升电力品质和可靠性。

进一步地，当上水库满水时，将上水库的水通过接入喷淋系统浇灌植被。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。