本实用新型涉及新能源微电网开发技术领域，具体涉及一种利用废弃的矿洞井下蓄水循环储能的矿洞储能发电系统。
背景技术：
抽水蓄能电站是水力发电站的一种特殊形式。它兼具有发电及蓄能功能。抽水蓄能电站有上、下两个水库(池)。当上库的水流向下库时，就如常规的水力发电站，消耗水的重力势能转换为电能；相反，将下库的水输到上库时就是抽水蓄能，消耗电能转换为水的重力势能。由于机械效率和各种损耗的原因，在同样水位差和同样水流量的条件下，抽水时所消耗的电能总是大于发电时产生的电能。那末，建设抽水蓄能电站的经济效益表现在哪里呢。
众所周知，随着工业化水平的发展和人民生活用电的增加，电网用电负荷的峰谷差愈大。典型的日负荷曲线：在上午8：00左右开始和晚上19：00左右开始为两个高峰负荷，此期间电网的发电出力必须满足Pmax的要求；晚上23：00以后为低谷负荷，电网的发电出力又必须限制在Pmin。也就是说，发电出力必须满足调峰要求。随着电网的发展，大机组在电网中的比重将增加，用高压高温高耗能的大机组来调节负荷不仅在经济上是不合算的，而且对设备的安全和寿命及电网稳定运行非常不利。今后核电机组更要求带固定负荷。因此，电网调峰将更为困难。
抽水蓄能电站的作用就是在低谷负荷期间消纳电网中的过剩电能将水抽至上库，储存能量；而在高峰负荷期间再将上库的水放下冲击抽储发电机产生电能。亦即增加了低谷部分的用电负荷，发挥填谷功能使常规机组负荷不必降到Pmin。而在高峰负荷时，高峰时的负荷由抽水蓄能机组承担一部分，使常规机组的负荷不需要升高到Pmax。低谷时的蓄能用电量必然是大于高峰时所蓄的能发出的电量，在电能平衡上是要亏损的：然而却减小了大机组的调峰能力，降低了大机组由于带高负荷而引起的额外的燃料消耗，提高了大机组的利用率。从全电网来衡量经济效益是显著的。抽水蓄能电站的综合效率一般在65—75％，这—数字包括了抽水和发电时所损耗的机械效率。然而，大火电机组利用率的提高即意味着煤耗的降低。如火电厂在30—40％酌额定工况远行时，其煤耗约比额定工况增加35％，而且低负荷运行可能要用油助燃，厂用电率也要比正常增加1—2个百分点。煤耗和厂用电的减少也可认为是在同样的能耗时发电量的增加。 此外，常规水力发电站虽然也具备调峰功能，但其发电出力往往与灌溉、防洪等矛盾。因为常规水电站的水库调度是一个综合的系统工程。而抽水蓄能电站的发电量及蓄水量是可以按日调节的，可以做到按日平衡，不影响水库的中长期调度。
综上所述，抽水蓄能电站的优越性可以归纳为以下几点：1、对电网起到调峰作用，降低火电机组的燃料消耗、厂用电和运行费用；2、提高火电机组的利用率，火电装机容量可有所降低。3、避免水电站发电与农业的矛盾，有条件按电网要求进行调度。
目前，所有获得电能的方式主要还是以燃烧一次能源为主；水力资源的开发难度大，其他如太阳能、风能等都存在不同程度的受自然条件的约束和客观条件的限制，并且存在投资成本大，占地面积广，回收周期长，以及造成生态平衡被破坏等诸多不足，更重要的是在环境保护及可持续利用方面，客观可行性差。本实用新型克服了以上所有不足，并且是当前电力发展形势和国策倡导的必然产物，它能起到电力系统移峰填谷，调频调相和满足应急事故处理等诸多方面的作用，并且也是太阳能、风能及其他能源健康发展的助动剂，我们国家的抽水储能行业比西方国家晚了半个世纪，进入“十三五”才焕发了生机，得到了新一届政府领导人的重视。抽水储能发电方兴未艾！其生命力之旺，无以伦比！
现有的各种发电方式性价比都比不上抽水储能发电。在大众创业、万众创新的形势下，绿色清洁电源的微电网建设是环保民生，可持续发展的当务之急。
技术实现要素：
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，基于当前国家用电政策的支持和新能源建设近切需求，提供一种投资成本低，结构简单，设备成熟，运行稳定的矿洞储能发电系统。
为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：矿洞储能发电系统，包括下水库、上水库和输水管路；利用矿洞井下水库作为下水库，所述上水库和所述下水库之间通过输水管路连通；该系统还包括可逆水轮发电机组，所述可逆水轮发电机组包括可逆水轮泵和可逆发电电动机，所述可逆水轮泵设置在输水管路中；
所述可逆水轮泵具有两个工作状态；第一个工作状态为所述可逆水轮泵顺时针运转时将所述下水库中的水抽至所述上水库进行储能；
第二个工作状态为所述上水库中的水由于势能的作用通过输水管路向下冲击所述可逆水轮泵逆时针运转，从而带动所述可逆发电电动机进行发电。
进一步的，所述上水库与所述下水库之间开设有连通通道，所述输水管路设置在所述连通通道中。
进一步的，所述连通通道中位于输水管路的外周边有空气。
进一步的，还配备有抽水储能高效单向水泵，所述抽水储能高效单向水泵用于将下水库中的水抽至所述上水库中进行储能。
进一步的，还包括热能转换系统，所述热能转换系统中设置有热回收单元，所述热回收单元用于将可逆水轮泵和可逆发电电动机以及抽水储能高效单向水泵产生的热能进行回收。
进一步的，还包括朗肯二次发电设备，所述热回收单元回收的热能输送给朗肯二次发电设备进行二次转换发电。
进一步的，还包括供暖系统，所述热回收单元回收的热能输送给供暖系统进行供暖。
进一步的，还设置有主厂房，所述主厂房中设置有发配电设备，所述发配电设备用于控制所述可逆水轮发电机组的运行。
进一步的，还包括有防雷设备和接地装置，所述防雷设备和所述接地装置分别与所述发配电设备金属连接。
进一步的，所述上水库与所述下水库之间的落差在300-1000米之间。
进一步的，所述抽水储能单向水泵为磁悬浮泵。
进一步的，还包括控制装置和电动阀门，所述控制装置与所述电动阀门电连接，所述电动阀门设置在输水管路上，所述控制装置用于控制所述电动阀门的开闭。
本实用新型采用以上技术方案，提供一套利用废弃（关停或在运行）的矿洞（以煤矿为主）井下蓄水循环储能的新型发电技术，利用井下水库作为下水库，在用电低谷时段消耗电能（国家鼓励电价为0.3元/KWH左右）将下水库的水抽到一定高度（300－1000米）的上水库（巷道或平地或某一高度的工作面）储能，将电能转化为势能，在用电高峰（或平电）时段，将具有一定势能的上水库水经管路放下，冲击（可逆式）水轮发电机组产生电能送回电网（或就地销售），综合电价在0.6元/KWH以上），完成电能到势能又到电能的科学合理转化。
与现有发电技术相比，本实用新型有以下优势：
（1）本实用新型提供的矿洞储能发电系统在所有储能发电中是最经济、投资成本最低、回收周期最短，使用寿命最长，是循环利用可持续绿色微电网的标杆性项目。
（2）本实用新型技术绿色环保，节能高效，是可持续节约型社会的标志性新能源。
（3）本实用新型技术结构简单，设备成熟，技术可靠，运行安全、稳定,具有明显的经济效益，社会效益和环境效益。
（4）本实用新型的移峰填谷功能有明显的优势：矿区经济的繁荣和耗能负载的相对比较集中。
（5）本实用新型响应国家政策，起到移峰填谷，稳定电力系统运行和有利于光伏及风电等新能源行业的深入开发。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本实用新型矿洞储能发电系统储能状态结构示意图；
图2是本实用新型矿洞储能发电系统发电状态结构示意图；
图3是本实用新型矿洞储能发电系统结构图示意图。
图中：1、下水库；2、上水库；3、输水管路；4、空气；5、可逆水轮泵；6、可逆发电电动机；7、抽水储能高效单向水泵；8、朗肯二次发电设备；9、热回收单元；10、供暖系统；11、发配电设备。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
如图1、图2和图3所示，本实用新型提供一种矿洞储能发电系统，包括下水库1、上水库2和输水管路3；利用矿洞井下水库1作为下水库1，所述上水库2和所述下水库1之间通过输水管路3连通；该系统还包括可逆水轮发电机组，所述可逆水轮发电机组包括可逆水轮泵5和可逆发电电动机6，所述可逆水轮泵5设置在输水管路3中；所述可逆水轮泵5具有两个工作状态；第一个工作状态为所述可逆水轮泵5顺时针时运转时将所述下水库1中的水抽至所述上水库2进行储能；
第二个工作状态为所述上水库2中的水由于势能的作用通过输水管路3向下冲击所述可逆水轮泵5逆时针运转，从而带动所述可逆发电电动机6进行发电。
本实用新型的工艺流程，矿洞井下（300~1000米）蓄水→可逆发电电动机6消耗低谷电能→输水管路3（配套有阀门系统）→上水库2（储存势能）→可逆水轮发电机（产生电能）→输入电网→用户调峰，同时利用整个过程产生的热能可供热和二次发电。
作为一种优选的实施方式，所述上水库2与所述下水库1之间开设有连通通道，所述输水管路3设置在所述连通通道中。所述连通通道中位于输水管路3的外周边有空气。还配备有抽水储能高效单向水泵7，所述抽水储能高效单向水泵7用于将下水库1中的水抽至所述上水库2中进行储能。
作为一种优选的实施方式，本实用新型提供的矿洞储能发电系统还包括热能转换系统，所述热能转换系统中设置有热回收单元9，所述热回收单元9用于将可逆水轮泵5和可逆发电电动机6产生的机械热能进行回收。
需要补充说明的说，抽水储能高效单向水泵7用于将下水库1中的水抽至所述上水库2中进行储能，所述抽水储能高效单向水泵7的入水口设置在下水库1中，其出水口可以直接设置在上水库2中，本实用新型中将其出水口连接在输水管路3中，主要是为了对抽水储能高效单向水泵7工作时产的热能进行回收，抽水储能高效单向水泵7工作时，将输水管路3外周的空气4进行加热，通过热回收单元9进行回收利用。
所有本实用新型中还进一步还包括朗肯二次发电设备8，所述热回收单元9回收的热能输送给朗肯二次发电设备8进行二次发电。优选的，还包括供暖系统10，所述热回收单元9回收的热能输送给供暖系统10进行供暖。
本实施例中的发电过程产生余热必须科学利用，做好供热和二次朗肯发电的协调安排，余热供给和朗肯二次发电也是比较成熟的技术，设备也是空前先进，这也是本实用新型区别与常规抽水储能发电的亮点之一。
本实施例提供的发电系统还设置有主厂房，所述主厂房中设置有发配电设备11，所述发配电设备11用于控制所述可逆水轮发电机组的运行。在所述主厂房中还包括有防雷设备和接地装置，所述防雷设备和所述接地装置分别与所述发配电设备11电连接。
作为一种优选的实施方式，所述上水库2与所述下水库1之间的落差在300-1000米之间。
本实施例提供的发电系统除主体设备可逆组合机组外，还配备有抽水储能单向水泵及管路和止回阀，为平电时段发电备用，所述抽水储能单向水泵设置在配套输水管路3中，所述抽水储能单向水泵用于将下水库1中的水抽至所述上水库2中进行储能。所述抽水储能单向水泵为高效能磁悬浮泵。
作为一种优选的实施方式，本发电系统中还包括控制装置和电动阀门，所述控制装置与所述电动阀门电连接，所述电动阀门设置在输水管路3上，所述控制装置用于控制所述电动阀门的开闭。
为了进一步详述本实用新型，现在拓展说明如下：
一、本实用新型的技术组成包括：
(1)上水库2：储能单元，容积大于50000m3。所述储能单元必须有严格的防渗漏措施和耐压防护措施，容积应按超过额定设计要求的5%建造，并充分考虑环境保护的措施。
(2)下水库1：蓄水和存水单元，容积大于10万立方米。要确保防渗漏及满足长期循环使用的需要，并且坚固可靠，具有一定的耐压能力。
(3)输水管路3：能量转换通道，垂直高度300－1000米。 所述输水管路3必须密封良好，材质合格，确保长期运行的良好状态，并保证有符合设计要求的垂直高度。循环介质必须保证无污染和没有不符合要求的颗粒状物质。
(4)主厂房：发配电设备11及相关配套设施。
(5)可逆水轮发电机组：包括可逆水轮泵5和可逆发电电动机6。水轮泵是既能作为水泵消耗电能抽水储能又能做为水轮发电机生产电能的可逆式二机组合体，其水能转换率在80%（传统为70%）以上，电能转换率为90%左右，（传统为80%左右）。
(6)热能转换系统：热能回收利用和朗肯循环二次发电设备。
(7)防雷设施：确保发配电系统正常安全运行的保安设施。
(8)接地系统：确保发配电的安全规范运行设施。
(9)其他附属设施：为完成发配电规范运行而设置的非生产性设施。
二、本实用新型的工作原理如下：可参见图3所示。
第一：储能过程：
（1)按国家规定谷段时间启动可逆水轮泵5（在逆时针转动情况下）消耗电能将下水库1的水抽到上水库2，水量由业主和运行方式综合设定，完成高位储能。
(2)高位储能的时间为定值（8h）。
(3)高位储能的高度设计方案确定后为定值（300－1000米）。
(4)储能过程必须保证管路畅通，过滤系统状态良好，水位监视装置正常可视。
第二：产能过程
(1)按国家规定峰段时间，启动放水阀门，冲击水轮机组，使发电机按额定参数运行（从备用到额定参数只需120－150S），发出电能输送上网或就近销售。
(2)发出电能可以并网上网也可以并网不上网，由运行方式和上级调度综合平衡确定。
(3)发电时间由既定的运行方式决定，也不排除在平电时段发电运行，以供周边负荷。
(4)发电并网必须严格按规程要求进行。
(5)发电过程必须与当地上级调度部门密切联系，服从大局，确保系统安全稳定和增益高效。
(6)发电过程产生余热必须科学利用，做好供热和二次朗肯发电的协调安排。
三、主要设备的原理简述：
(1)本实用新型主体部分采用技术非常成熟的二机式一体水轮泵发电机组，它有数十年的运行实践，是最经济、最高效、寿命最长（30年）安全可靠的抽水储能发电设备。
(2)本发电系统是靠旋转方向的不同来实现可逆的组合式一体机组，即顺时针时是水泵储能过程（站在发电机的后面面向水轮机）反向则为释放水能冲击水轮机发电过程。
(3)该抽水储能发电机组是目前储能发电家族里最成熟、最完善、经济效益最高寿命最长且社会和环境效益最好的储能设备。
(4)余热供给和朗肯二次发电也是比较成熟的技术，设备也是空前先进，这也是本实用新型区别与常规抽水储能发电的亮点之一。
四、本实用新型的可行依据
(1)能量守恒：在转换过程中，有25%左右的能量损失，就是说用于储能消耗4度电，可以产生3度的电能送入电网或就近销售。
(2)本实用新型的突破就是利用了废弃矿井或关停矿井的地下水源，降低了投资成本，缩短了投资回收期（投资成本每千瓦在3000元左右，回收期在3年左右）。
(3)本实用新型的第二个亮点就是利用了系统生产过程的余热，进行供热和二次发电，同时设置了平段时间发电的高效储能单元，使产能由4比3增加到4：3.6。
(4)本实用新型还有一个亮点就是加大了储能消耗的电能份额，利用高效能的磁悬浮泵谷段储能，适当地在平电时间直接向周边负载供售电能（即并网不上网）。
(5)本实用新型响应国家政策，起到移峰填谷，稳定电力系统运行和有利于光伏及风电等新能源行业的深入开发。
(6)本实用新型所用设备及输送系统都非常成熟和具有生命力。
(7)本实用新型抽水储能方兴未艾，前景广阔。
(8)本实用新型是当下国家电网改革和节能减排的必然产物。
(9)本实用新型所选区域都是经济比较发达，负荷比较集中，有较好的消耗电能的条件。
(10)到2020年我国废弃矿井将达到1.2万座，2030年将达到1.5万座，可利用空间非常庞大，所以本实用新型的应运而生具有深远的社会价值和环境价值。
（11）本实用新型属于新能源范筹，是目前投资最低，效果最好，使用寿命最长（30年），设备和技术最成熟且电力发展最急需，国家明文倡导和大力支持的阳光产业。具有经济效益明显，社会效益突出，环境效益空前的三大绝对优势。
（12）本实用新型是新形势下电力事业发展的必然产物，是节能减排不可缺少的配套措施，更是促进光伏行业和风能行业等新能源再上新台阶的强力举措。
（13）本实用新型响应国家鼓励谷段用电政策，利用报废（关停）或在生产中的矿井落差和采空区蓄水储能发电，可为电力网建立一个调峰移谷电厂，又为企业建立一个高效益电厂，同时还保护环境。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，但无论是原理或结构，还是形式或系统，凡是与本实用新型相似或相近的，都落在本实用新型的保护范围之内。