1.本发明涉及电能和重力势能相互转换的重力
储能技术领域，具体是一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法。
背景技术：
2.电力储能系统是通过一定介质存储电能，在需要时将所储存能量释放发电。电力储能系统是解决可再生能源的间歇性和波动性的重要技术途径，目前已有的电力储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能以及
电化学储能等。
3.现阶段抽水蓄能是最主要的电力储能技术，但是它的能量密度比较低，建造上下水库所需地形较为特殊，占地面积大，建设周期长。压缩空气储能对地下盐穴的密闭性有很高要求，建设条件苛刻，造腔时间长，地面换热、储热系统结构复杂，储能效率低。电化学储能受限于电池成本和寿命，在以上三种储能方案里面储能成本最高。
4.随着对新能源利用速度加快，对储能的需求更加迫切，涌现出许多利用斜坡、矿山竖井、地面高塔等的重力储能装置。它们之中不是储能密度太低没有实用价值，就是建造成本太高，占地面积巨大，受环境和气候影响大。
5.经调查在石油天然气开采、盐矿山水溶开采、地热温泉开发等过程产生了大量小口径深井，在资源开采完毕后一般作为废弃井，注水泥塞封闭处理。而合理利用这些废弃深井，对重力储能领域提供了一种新的解决思路。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，所述重力储能方法包括以下步骤：
8.s1：井身检测，对于旧废弃井需要结合各井的生产情况、有无异常现象等初步判断井筒的完好性，采用通井手段检验井筒的畅通性、内径和金属套管长度，并采用探伤仪检测井筒有无穿孔、破损以及水泥环胶结程度，并根据具体情况采取修复措施，如挤封水泥或加衬套等。
9.s2：根据井身检测结果确定用于配重的钢球的规格，并计算钢球的总质量，所述钢球采用国家标准钢球尺寸，所述钢球的直径不大于金属套管内径的2/3倍。
10.s3：根据钢球的总质量确定钢丝吊绳规格，所述钢球设置有贯穿的穿心孔，所述钢丝吊绳的一部分用于穿过钢球穿心孔串联钢球，另一段靠近钢球外侧充当保险绳，便于在串联钢球的钢丝吊绳断裂时，能通过充当保险绳的钢丝吊绳把钢球提升到地面修复。
11.s4：根据卷线筒的最小直径、钢球直径、安全性、便于维修、钢丝绳夹规格和钢丝吊绳长度等特性计算并确定钢球需要组成的串的长度，同时采用钢丝绳夹在钢丝吊绳上固定钢球。所述钢丝吊绳包括第一吊绳和第二吊绳，所述第一吊绳串联奇数串的钢球，同时作为
偶数串的钢球的保险绳；所述第二吊绳串联偶数串钢球，同时作为基数串的钢球的保险绳。用于串联钢球的钢丝吊绳不设置接头，接头设置在作为保险绳的钢丝吊绳上，并采用钢丝绳夹固定。
12.s5：储能状态时，储发控制变电成套设备从电网吸收电能，控制可逆式发电电动机带动卷线筒从井内提升钢球。
13.s6：发电状态时，钢球下坠带动卷线筒旋转从而带动可逆式发电电动机旋转发电，同时通过储发控制变电成套设备向电网输出电能。
14.s7：井口设置有盆，所述盆设置有抽气支管，外接废气处理装置，采用废气处理装置设置的抽气泵形成负压使井内溢出的废气不排向大气。
15.所述井身的合格标准为：
16.n1：储能井生产时间长，在重力储能运行过程中，井筒井身无挤毁变形和穿孔，并具有一定抗压和抗磨损能力，以满足服务年限。
17.n2：直井或定向斜井的直井段，有利于钢球顺利升降，可减少与管壁的摩擦，降低储能损耗。
18.所述重力储能方法适用于利用废弃盐井、油气井、地勘井、地热井等地面口径一般不超过250mm，深度在1000～3500米范围内，同时井壁采用金属套管支护的井身结构，充分利用废弃井资源。
19.所述s5步骤处于储能状态时，电网侧通过电缆或架空线向储发控制变电成套设备输送电能，可逆式发电电动机工作于电动机状态。电机调速装置控制可逆式发电电动机运行，可逆式发电电动机带动卷线筒转动，卷线筒收回钢丝吊绳，同时带动串联在钢丝吊绳上的钢球从井内提升，电能转换为钢球的重力势能储存。
20.所述s6步骤处于发电状态时，可逆式发电电动机工作于发电机状态，钢丝吊绳上的钢球由于重力作用向井内掉落，同时带动钢丝吊绳，钢丝吊绳再带动卷线筒旋转，卷线筒带动可逆式发电电动机旋转开始发电，发电并网装置通过受控逆变方式将可逆式发电电动机所发电能送入电网。
21.发电并网装置并入电网需要三个条件：
22.1、频率与系统频率相同。
23.2、出口电压通过变压器后与系统电压相同，其最大误差应在5％以内。
24.3、相序通过变压器后与系统相序相同。
25.本发明的有益效果是：
26.1、本发明的储、发切换响应速度与抽水蓄能电站相当，储能效率达到80％以上，不受地形和气候条件限制，并且建设的重力储能发电装置占地面积较小，可建设于负荷中心减少输电损耗，还可配套建于
光伏和风力发电站下方，减小新能源发电的波动，且与发电设备使用寿命相当，可同步建设和退役。
27.2、当利用废弃盐井、油气井、地勘井、地热井等用于储能时，也可在地面配建光伏和风力发电站，与原矿山结合形成“源网荷储”一体化系统。
附图说明
28.图1为本发明的储能完毕准备发电状态时的示意图；
29.图2为本发明的发电完毕准备储能状态时的示意图；
30.图3为本发明的钢球和钢丝吊绳连接成子串的结构示意图；
31.图4为本发明的钢球的剖面结构示意图；
32.图5为本发明的钢丝吊绳断裂和修复的示意图；
33.图中：1-钢丝吊绳、3-钢球、4-卷线筒、5-可逆式发电电动机、6-盆、7-钢丝绳夹、8
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穿心孔、9-第一吊绳、10-第二吊绳。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
36.如图1-图5所示，一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，该重力储能方法包括以下步骤：
37.s1：井身检测，对于旧废弃井需要结合各井的生产情况、有无异常现象等初步判断井筒的完好性，采用通井手段检验井筒的畅通性、内径和金属套管长度，并采用探伤仪检测井筒有无穿孔、破损以及水泥环胶结程度，并根据具体情况采取修复措施，如挤封水泥或加衬套等。
38.s2：根据井身检测结果确定用于配重的钢球3的规格，并计算钢球3的总质量，钢球3 采用国家标准钢球尺寸，钢球3的直径不大于金属套管内径的2/3倍。
39.s3：根据钢球3的总质量确定钢丝吊绳1的规格，钢球3设置有贯穿的穿心孔8，钢丝吊绳1的一段用于串联钢球3，另一段靠近钢球3外侧充当保险绳。当串联钢球3的钢丝吊绳1断裂时，依靠外侧的保险绳把串联钢球3提升到地面进行修复，断裂的那一段钢丝吊绳 1修复后充当保险绳，而没有断裂过的原来靠近钢球3外侧充当保险绳的钢丝吊绳1穿过钢球3的穿心孔8替代串联钢球的钢丝吊绳1的位置和作用。
40.s4：根据卷线筒4的最小直径、钢球3直径、安全性、便于维修、钢丝绳夹7规格和钢丝吊绳1长度等特性计算并确定钢球需要组成的串的长度，同时采用钢丝绳夹在钢丝吊绳上固定钢球。钢丝吊绳1包括第一吊绳9和第二吊绳10，第一吊绳9串联奇数串的钢球3，同时作为偶数串的钢球3的保险绳；第二吊绳10串联偶数串钢球3，同时作为基数串的钢球3 的保险绳。用于串联钢球3的钢丝吊绳1不应设置接头，接头设置在作为保险绳的钢丝吊绳 1上，并采用钢丝绳夹7固定。
41.s5：步骤处于储能状态时，电网侧通过电缆或架空线向储发控制变电成套设备输送电能，可逆式发电电动机工作于电动机状态。电机调速装置控制可逆式发电电动机运行，可逆式发电电动机带动卷线筒转动，卷线筒收回钢丝吊绳，同时带动串联在钢丝吊绳上的钢球从井内提升，电能转换为钢球的重力势能储存。
42.s6：步骤处于发电状态时，可逆式发电电动机工作于发电机状态，钢丝吊绳上的钢球由于重力作用向井内掉落，同时带动钢丝吊绳，钢丝吊绳再带动卷线筒旋转，卷线筒带动可逆式发电电动机旋转开始发电，发电并网装置通过受控逆变方式将可逆式发电电动机所发电能送入电网。
43.s7：步骤中，井口设置有盆6，盆6设置有抽气支管，外接废气处理装置，采用废气处理装置设置的抽气泵形成负压使井内溢出的废气不排向大气。
44.s1包括以下步骤：
45.m1：对于旧废弃井需要结合各井的生产情况、有无异常现象等初步判断井筒的完好性。
46.m2：通过通井手段检验井筒的畅通性和内径。
47.m3：采用探伤仪检测井筒有无穿孔、破损以及水泥环胶结程度，并根据具体情况采取修复措施。
48.井身的合格标准为：
49.n1：储能井生产时间长，在重力储能运行过程中，井筒井身无挤毁变形和穿孔，并具有一定抗压和抗磨损能力，以满足服务年限。
50.n2：直井或定向斜井的直井段，有利于钢球3顺利升降，可减少与管壁的摩擦，降低储能损耗。
51.该重力储能方法适用于利用废弃盐井、油气井、地勘井、地热井等地面口径一般不超过 250mm，深度在1000～3500米范围内，同时井壁采用ф139.7mm、ф177.8mm、ф244.5mm 等小口径金属套管支护的井身结构。利用满足要求的现有废弃井就地建设重力储能电站，或在需建设储能的项目范围内采用石油钻机批量施工专用储能井，施工时采用精准定位方案控制井斜和轨迹。
52.以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。技术特征：
1.一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：井身检测；s2：根据井身检测结果确定用于配重的钢球(3)的规格，并计算钢球(3)的总质量；s3：根据钢球(3)的总质量确定钢丝吊绳(1)的规格，所述钢球(3)设置有贯穿的穿心孔(8)；s4：根据卷线筒(4)的最小直径、钢球(3)直径、安全性、便于维修、钢丝绳夹(7)规格和钢丝吊绳(1)长度计算并确定钢球(3)需要组成串的长度，同时采用钢丝绳夹(7)在钢丝吊绳(1)上固定钢球(3)；s5：储能状态时，储发控制变电成套设备从电网吸收电能，控制可逆式发电电动机(5)带动卷线筒(4)从井内提升钢球(3)；s6：发电状态时，钢球(3)下坠带动卷线筒(4)旋转从而带动可逆式发电电动机(5)旋转发电，同时通过储发控制变电成套设备向电网输出电能；s7：井内溢出的废气引至废气处理装置。2.根据权利要求1所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：m1：对于旧废弃井需要结合各井的生产情况、有无异常现象初步判断井筒的完好性；m2：采用通井手段检验井筒的畅通性、内径和金属套管长度；m3：采用探伤仪检测井筒有无穿孔、破损以及水泥环胶结程度，并根据具体情况采取修复措施。3.根据权利要求2所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述井身的合格标准为：n1：储能井生产时间长，在重力储能运行过程中，井筒井身无挤毁变形和穿孔，并具有一定抗压和抗磨损能力，以满足服务年限；n2：直井或定向斜井的直井段，有利于钢球(3)顺利升降，可减少与管壁的摩擦，降低储能损耗。4.根据权利要求1所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述s2步骤中，所述钢球(3)采用国家标准钢球尺寸，所述钢球(3)的直径不大于金属套管内径的2/3倍。5.根据权利要求1所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述s4步骤中，所述钢丝吊绳(1)包括第一吊绳(9)和第二吊绳(10)，所述第一吊绳(9)串联奇数串的钢球(3)，同时作为偶数串的钢球(3)的保险绳；所述第二吊绳(10)串联偶数串钢球(3)，同时作为基数串的钢球(3)的保险绳。接头设置在作为保险绳的钢丝吊绳(1)上，并采用钢丝绳夹(7)固定。6.根据权利要求1所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述s5和s6步骤中，所述储发控制变电成套设备包括电源切换装置、变压器、发电并网装置和电机调速装置。7.根据权利要求1所述的一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，其特征在于：所述s7步骤中，井口设置有盆(6)，所述盆(6)设置有抽气支管，外接废气处理装置，采用废气处理装置设置的抽气泵形成负压使井内溢出的废气不排向大气。
技术总结
本发明公开了一种利用小口径深井、超深井的重力储能方法，涉及电能和重力势能相互转换的重力储能技术领域，包括储能井井身结构要求，井身检测方法及合格标准，配重的选择及连接方案，以及地面配套设施设备布置方案。本发明储、发切换响应速度与抽水蓄能电站相当，储能效率能达到80％以上，且不受地理条件影响，适宜各种地形和气候条件。适宜各种地形和气候条件。适宜各种地形和气候条件。
技术研发人员：刘茂宇 汤福彬 李元昭
受保护的技术使用者：四川盐业地质钻井大队
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/6/24
声明：
“利用小口径深井、超深井的重力储能方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：四川盐业地质钻井大队
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2024年07月19日 ~ 21日 
