废弃矿井压缩空气储能发电可行性研究.docx
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*****废弃井巷压缩空气储能发电
示范项目
初步可行性研究报告
***********
二〇一九年五月
******废弃井巷压缩空气储能发电
示范项目
初步可行性研究报告
工程总规模:
2×40MW/390MWh
工程编号:
ZMYXM*QJ-010
总经理:
****
总工程师:
****
项目负责人:
★★★★★
********火**
二〇一九年五月
废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
目录
第1章概述 5
1.1项目概况 5
1.2设计依据 5
1.3项目背景 6
1.4项目建设的必要性 7
1.5项目建设的有利条件 10
1.6研究内容及范围 11
1.7工作组织 12
1.7.1参与本项目的****团公司人员(略) 12
1.8主要设计原则 12
第2章废弃矿井概述 15
2.1矿井现状 15
2.2地下井巷及硐室 15
2.3井下地温 18
2.4井下瓦斯气 18
2.5井下涌水 20
2.6冲击地压 20
2.7井巷及硐室利用的可行性分析 21
第3章电力系统 27
3.1电力系统概况 27
—1—
3.2储能发电在系统中的作用 27
3.3储能发电与电力系统的连接 28
第4章建厂条件 29
4.1区域概况 29
4.2厂址概述 30
4.3交通运输 31
4.4水文气象 32
4.5场地洪水 32
4.6供水水源 33
4.7工程地质 33
4.8井巷及硐室的安全稳定性 34
第5章工程设想 40
5.1工程建设进度设想 40
5.2厂区总平面布置设想 40
5.3井下岩巷及硐室恢复 42
5.4井下岩巷及硐室加固密封 43
5.5压缩空气储能发电系统的比选 52
5.6工艺系统及主厂房布置 58
5.7电气部分 74
5.8自动化专业 78
5.9主厂房土建 79
—2—
废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
5.10供排水系统及消防 80
5.11通风与空调 83
5.12全厂通讯 83
第6章环境及生态保护与水土保持 84
6.1地区环境现状 84.
6.2环境保护与水土保持执行标准 85
6.3项目建设和生产对环境的影响分析 85
6.4控制污染和生态变化的措施方案 86
6.5环境管理及监测 90
6.6环保设施投资估算
6.7环境影响评价
第7章初步投资估算及经济性分析 91
7.1初步投资估算 91
7.2经营成本分析 92
7.3经济分析 95
第8章项目实施初步进度安排 99
8.1劳动定员 99
8.2项目实施条件 100
8.3项目进度安排 100
第9章投资风险分析 102
9.1市场风险分析 102
—3—
废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
9.2技术风险分析 102
9.3工程风险分析 102
9.4资金风险分析 103
9.5外部协作风险分析 103
第10章结论及建议 104
10.1主要研究结论 104
10.2存在问题及建议 104
10.3主要技术经济指标 105
附件一(投资估算表) 106
附件二:
设计委托书 114
附件三(****发展改革委关于降低工商业及其他用电单一制电价的通知)
114
附件四(关于完善抽水储能电站价格形成机制有关问题的通知) 114
—4—
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第1章概述
1.1项目概况
1.1.1建设单位:
******8有限责任公司。
1.1.2建设地点:
******工业场地。
1.1.3建设规模:
规划建设压缩空气储能发电,本期规划容量为2×40MW,总储能量390MWh。
1.1.4建设进度:
本项目计划于2020年3月开工建设,2021年1月正式并网发电。
1.2设计依据
1.2.1《****压缩空气储能发电项目可行性研究报告编制委托书》;****公司,2018年12月;
1.2.2《*****闭坑方案设计说明书》,*******,2016年3月;
1.2.3《****商务产业园(****去产能转型发展)可行性研究报告》,****设计工程有限公司,2018年5月;
1.2.4《****采煤沉陷区综合治理项目2×25MW全部自发自用光伏发电子项目可行性研究报告》,*****科技工程股份有限公司,2018年7月;
1.2.5《****矿初步设计》及相关施工图,*****设计院有限责任公司;
1.2.6《***矿井巷和硐室用于压缩空气储能的适用性和稳定性分析研究报告》,****,2018年12月;
1.2.7《压缩空气储能技术在废弃矿井密闭空间的应用研究》,****有限责任公司,2018年12月;
1.2.8《****电力发展“十三五”规划》,****能源局,2017年7月;
1.2.9《火力发电厂可行性研究报告内容深度规定》,DL/T5374-2018。
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
1.3项目背景
*****有限公司****矿位于****镇,距****县城约4公里。
该矿年设计生产能力30万吨/年,井田面积6.8175平方公里,开采深度-200~-800米,于1994年3月破土动工,1996年10月正式投产,补充设计为60
万吨/年,2007年经****经贸委核定生产能力提高到75万吨/年。
根据国家去产能政策要求,***矿于2015年11月全面停止生产,2016年1月井下设备、设施全部拆除完毕,同时对矿井井筒进行了封堵。
矿井关闭后,考虑到一千多名职工的安置和塌陷区治理,2018年5月,****设计工程有限公司为该矿编制了《***商务产业园(***去产能转型发展)可行性研究报告》;2018年7月,****科技工程有限公司为该矿塌陷区编制了《****采煤沉陷区综合治理项目2X25MW全部自发自用光伏发电子项目可行性研究报告》;两个规划项目是实现人员分流和矿区塌陷区治
理的必由之路,项目已报****股份有限公司备案。
2018年7月,在****管理部的指导下,****研究院的技术人员对储能发电在废弃矿井密闭空间中的应用进行了调研,并对抽水储能发电和压缩空气储能发电在废弃矿井井巷的应用前景进行了分析论证。
2018年8月,****邀请****设计研究院的专家到现场就井下建设抽水蓄能发电的可行性进行了分析讨论,并到****煤矿(井下情况与****矿类似)井下对地下巷道情况进行了实地踏勘。
考虑到****废弃矿井地下空间有限,储水量小,地下工程建设耗资大,总装机容量小,投资难以收回,经充
分论证,认为****废弃矿井适合建设压缩空气储能发电。
项目设想提出后得到****领导的高度重视,认为该项治理的一部分,不仅合理利用了废弃矿井井下巷道资源,便其氧器流田
同时对防治关井后次生灾害发生有利,特别是对推动我国深地空间开发
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
利用和关闭矿井的转型发展具有一定的积极意义。
1.4项目建设的必要性
1.4.1该项目建设是废弃矿井岩巷深地空间资源再利用的需要
众所周知,我国一次能源赋存现状为“富煤、少油、缺气(天然气)”,这就决定了我国能源消费结构主要以煤炭为主,截止2017年年底,我国生产和建设的煤矿4980处,总产能43.6亿吨。
但随着人们环保意识的加强,降低煤炭消费、淘汰落后产能的呼声不断提高,关闭老旧矿井的步伐逐年加快,据统计,“十二五”期间我国已淘汰落后煤矿7100处,淘汰落后产能5.5亿吨/年,预计到2020年,我国去产能煤矿数量将达到1.2万处,大量关闭的井工矿矿井遗留下的井下巷道深地空间,若不治理和合理利用,随着时间的推移将出现地下塌方、引起地面塌陷等次生地质灾害发生,给
区域生态环境和农业生产带来极大破坏。
利用废弃矿井井巷建设压缩空气储能发电是废弃矿井井下资源合理利用的新途径,在利用废弃资源的同时,有利于预防关闭矿井的次生灾害的发生。
按照每座矿井岩巷4万立方米储存空间估算,我国2020年之前关闭的矿井将有4.8亿立方米的储存空间可以利用。
若每1万立方米储存空间建设1万千瓦的储能电站,关闭煤矿地下空间可建设4.8亿千瓦的储能电站,按日4小时储能时间计算,日存电量19.2亿KWh电量,相当于80座
百万千瓦机组的日发电量,其储能量十分巨大,发展前景广阔。
因此,本项目建设是充分挖掘了废弃矿井的可利用价值,是对储能发电产业的重要补充。
项目建设不仅可以推动我国储能发电产业的合理发展,同时对我国深地空间的利用,特别是废弃矿井井下巷道资源的再利用具有
较强的推动和示范意义。
1.4.2该项目建设是多能互补柔性电网发展的需要
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
众所周知,电网主要由发电电源点、输配电网络、用户组成,电源点结构又以火电、水电、核电为主,以风电、光伏等新能源作为补充,随着传统化石能源的逐渐枯竭,未来电网势必将以风电、光伏等新能源发电为主力电源。
若电网不具备储能功能时,当用户端用电量大幅降低时,就要相应减少发电端发电量,当用户端用电量大幅增加时,就要相应加大发电端发电量,对电网而言,就必须按照电网用电的最大容量配备发电电源,电网电源的备用容量相应增大,导致发电资源浪费;而对于风电、光伏等具有间歇性发电的新能源发电厂,当用户端用电量减少时,就要相应减少新能源发电量,而新能源发电具有时效性,电网不需要时,只能丢弃能够发电的风、光等宝贵的清洁发电资源。
另一方面,当电网用电量发生较大波动时,需要及时对电网进行调频、调相、调压,以维护电网运行的安全性、可靠性,而储能电站可以起到快速启动和电网调节作用。
在我国,电网用户端白昼峰、谷用电量差异较大,南方工业发达地区尤为突出。
因此,建设具有储能功能的可调节柔性电网是确保电网安全可靠运行、提高发电运
行效率、提高新能源利用率的必然选择。
本次拟建的压缩空气储能发电是一种新的储能发电技术,是对建设柔性电网的重要补充,和其他储能方式相比,同样具备强大的调频、调相、调峰能力、消纳风光电等间歇式电源能力和快速启动能力,其存储、发电
过程可以做到绿色、无污染。
本项目可以和****矿塌陷区治理拟建的光伏发电项目同步建设,消除光伏发电的间歇性和不稳定性,使光伏发电变为优质能源,对促进多能互
补柔性电网的建设具有重要意义。
1.4.3该项目建设是国家鼓励发展的清洁能源项目
压缩空气储能发电和其他型式的储能发电一样,是电网不可或缺的储
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
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电方式,可享受其他储能发电同样的优惠政策。
2016年7月,国家发改委、能源局联合下发了《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》,提出“建设多能互补集成优化示范工程是构建“互联网+”智慧能源系统的重要任务之一”,“是提高能源系统综合效率的重要抓手,对于建设清洁低碳、安全高效现代化能源体系具有
重要的现实意义和深渊的战略意义”。
2017年10月,我国首个储能产业的文件一《关于促进储能产业与产业发展的指导意见》由国家能源局发布,进一步提出完善多能互补集成优化+储能的能源发展模式,明确了未来10年内分两个阶段推进相关工作,第一阶段(主要为“十三五”期间)实现储能由研发示范向商业化初期过渡;第二阶段(主要为“十四五”期间)实现商业化初期向规模化发展转变。
同月,
又下发了《关于开展分布式发电市场交易试点的通知》,鼓励希武电
安装储能设施,提升供电的灵活性和稳定性。
2018年2月,国家能源局下发《关于提升电力系统调节能力的指导意见》,明确要求“加快新型储能技术研发创新”,“重点在大容量液流、锂离子、钠硫、铅炭电池等电化学储能电池、压缩空气储能等方面开展创
新和推广,提高新型储能系统的转换效率和使用寿命”。
2018年8月,根据国家能源局要求,****省能源局制定了《****电力调峰辅助服务市场运营规则(试行)》,制定了电储能参与电网调峰的交易政策,明确“在火电厂计量出口建设的电储能项目,与机组联合参与调峰,按深度调峰交易管理执行”,“用户侧的电储能设施、独立电储能设施”均可参与电力调峰,“其充放电电量的电价、结算等按国家有关规定
执行”。
由此可见,储能发电是国家保障电网安全高效运行的战略性布局,是
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
电网由刚性电网向柔性电网转化、实现多能互补的必然选择。
压缩空气储能发电作为一种新兴的储能发电方式,具有其独特的发展优势,不受区域
限制,是国家和地方政府在政策上大力支持和扶持发展的产业。
1.4.4该项目为科技创新项目,可享受国家科研专项资金支持和税收优惠
依据国家发改委《关于促进首台(套)重大技术装备示范应用的意见》及国家能源局关于《国家能源科技重大示范工程管理办法》,本次拟建项目属科技创新和重大技术装备研发项目,可申请国家示范工程。
示范工程将得到中央财政科技计划专项资金支持,享受银行信贷优惠政策和资金支
持,享受重大科技项目的税收优惠政策。
本项目有以下四个方面的技术创新点:
1)首次利用废弃矿井井下深地空间资源建设压缩空气储能发电项目,使废弃矿井井巷资源得以重获新生,也为我国深地空间的再开发利用、特
别是关闭煤矿的地下井巷资源的利用开辟了新的领域。
2)首次对煤矿井下巷道应用于压缩空气储能发电的适压性和稳定性进行了理论计算和模拟分析,提出了加固方方法和密封方法,为其他行业
深地空间应用提供了借鉴。
3)首次研发国内首台40MW级压缩空气透平膨胀机组,为压缩空气储
能发电实现大型化、产业化发展奠定坚实基础。
4)首次将压缩空气储能发电与有机工质朗肯循环发电进行耦合,研发国内单机最大的ORC发电机组,使系统电-电转换效率提高至51.45%,储能
效率达到65.5%。
1.5项目建设的有利条件
1.5.1有较好的废弃矿井岩巷资源
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
****矿井工开采20多年,井下岩巷已经形成-240米、-330米、-550米的长距离巷道和地下回车场等深地空间,保存现状良好,和地面建设压缩空气罐相比,具有较为优越的储气空间和储气条件,节省投资,减少占
地,适合建设大规模压缩空气储能发电项目。
1.5.2有较好工业广场用地
****矿原有工业场地除拆除原有井架提升设施外,工业场地保存完好,
供水供电设施齐备,场地面积满足建设压缩空气储能发电的需求。
1.5.3输送电通道满足接入网要求
****矿原有35KV输电线路保存良好,现仍在正常供电,本次拟建的压缩空气储能发电项目输电电压为110KV,仅需对原线路进行扩容改造即可满
足容量增加后的输电能力。
1.5.4国家政策支持力度不断增强,储能产业发展勃勃生机
如前说述,截止2018年,国家已经对储能发电产业发展做出了明确规划,地方政府的鼓励政策也在陆续出台,“十四.五”期间国家将积极推广储能发电产业的大规模建设,本次拟建项目定会得到国家和地方政府的大
力支持。
1.6研究内容及范围
本报告主要对该项目如下方面进行论证研究:
(1)项目建设的必要性和政策许可性分析;
(2)废弃矿井岩巷可利用性及安全稳定性分析;
(3)储能发电工艺路线选择和装机容量确定;
(4)接入系统方案;
(5)建厂条件及工程设想;
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(6)建设进度初步安排
(7)环境影响与环境保护;
(8)项目建设的投资估算及经济效益分析与财务评价
在以上各方面论证研究的基础上,根据建设方案做出技术经济评价,得出建厂的初步结论,提出建设规模、建设进度、接入系统等方面的意见,
并提出存在的主要问题和下阶段应进行的工作。
1.7工作组织
本次项目初步可行性研究工作得到了****发展部、****公司、****有限公司等单位的大力协助。
****教授对废弃岩巷使用的安全性、稳定性从理论角度做了详细的分析和模拟,并提出了密封方案;****有限公司对压缩系机系统和透平发电系统的设备进行了详细设计和研发,使得初步可行
性研究工作得以顺利进行,在此表示衷心的感谢。
1.7.1参与本项目的****团公司人员(略)
1.8主要设计原则
(1)建设规模
****矿废弃矿井初步确定的岩巷可利用密闭空间为57000立方米,本次
规划装机容量为2×40MW+1×0.2MW,总储能规模为390MWh。
(2)厂址方案
电厂厂址位于****矿工业场地主副井位置周围,本次在该厂址给出两
种布置方案进行比选。
(3)出线电压等级及回路数
以110kV电压等级接入凤台县110变电站。
(4)交通运输
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厂址周围铁路、公路已连接到工业场地,交通运输十分便利。
(5)岩巷加固密封
岩巷最大承压能力为15MPa,设计选定储库压力为10.8MPa;初步判定主副井、-340米岩巷及硐室、-550米岩巷及硐室具备储能发电压气室的可
适用性,需要部分加固、密封处理。
(6)压缩系统
储库最高储气压力10.8MPa,压缩系统采用两套高、低压缸八级压缩、
每两级压缩后采用级间冷却的压缩方式,冷却后压缩级前温度为45℃。
(7)储热
压缩热回收储热介质采用软化水,储热温度182.8℃,储热压力1.5MPa。
全厂设一座3380m³的热、冷水一体储热罐。
(8)发电系统
发电系统设两套四级透平膨胀发电机系统,透平机采用定压运行方式,第一级膨胀压力为7MPa,进入每级透平机的压缩空气经加热后的温度为172℃(末级透平进口空气温度为冬季:
110℃,夏季:
93.2℃),末级透
平机排气压力为0.15MPa,排气温度冬季31.3℃、夏季17℃。
(9)发电机及选型
透平发电机采用同轴连接方式,全厂共设两台发电机,发电机出口电
压10KV,升压至110KV后接入系统。
(10)全年设备利用小时数
设备全年运行小时按330天计算,设备运行按每天“两充两发”,即每晚1时至6时压缩5小时(低谷),早9时至11:
30时发电2.5小时(高峰);中午12时至17时压缩5小时(平谷),晚上18时至20:
30时发
电2.5小时(高峰)。
设备维护及检修在非运行时间进行。
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废弃井卷压缩空气储能发电示范项目初步可行性研究
(11)厂内给排水
厂内供水由园区市政供水提供;排水接入园区排水系统。
(12)全厂控制
全厂生产系统采用机、电DCS集中控制方式。
(13)地区地震基本烈度
区域地震烈度为7度,地震加速度值为0.15g。
(14)主厂房布置
主厂房采用透平间、配电间、压缩机间三列式布置,透平发电机和ORC发电装置在透平间采用横向并列布置;高、低压缸压缩机在压缩机间采用横向并列布置方式;换热系统分别布置在透平间和压缩机间厂房内。
在毗
邻主厂房左侧布置润滑油间,其余设备布置在主厂房外。
(15)环境保护
本项目为节能环保项目,除少量废水外排外无其他污染物排放。
项目
建设对周围环境不会带来较大影响。
(16)投资来源
资本金30%,由****公司出资;剩余部分采用融资贷款方式。
(17)财务评价
参照《火力发电工程建设预算编制与计算标准》、《电力建设工程概
算定额》和主要设备实际询价对项目投资进行估算;经济性评价按“峰谷
电价+容量电价补贴”和“抽水储能电价+容量电价补贴”分别评价。
(18)建设计划
初步安排工程建设进度计划为10个月。
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第2章废弃矿井概述
2.1矿井现状
2.1.1地理位置
****矿位于****城西偏北约4km处,行政区划属****管辖。
矿区东至****河西岸,西到IX勘探线以西1.3km,东西走向长约8.4km;南以1煤底板为界,北至14煤层,南北倾斜宽约0.79km,面积6.8175km²,矿区具体
位置如图2-1所示。
2.1.2退出现状
****矿年设计生产能力30万吨/年,井田面积6.8175平方公里,开采深度-200~-800米,于1994年3月破土动工,1996年10月正式投产,补套设计为60万吨/年,2007年经****经贸委核定生产能力提高到75万吨/年。
为响应国家退出产能政策,****矿于2015年11月6日停止井下生产,进入闭坑程序。
2016年1月井下设备、设施全部拆除完毕,同时对矿井井
筒进行了封堵,工业场地现状如图2-2所示。
15
图2-2****矿主井和副井封堵现状
2.2地下井巷及硐室
2.2.1井下各采区、水平大巷回撤和封闭情况
废弃井卷压缩空气储能发电示范项目
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