中國是以煤炭作為主要能源的國家，具有悠久的煤炭開采史，每年在煤礦開采過程中形成了數(shù)億立方米的開采空間。與此同時，大量的礦井已因資源的枯竭而報廢。據(jù)統(tǒng)計，僅1953年至1998年間，我國國有重點煤礦中就有459處礦井報廢。在中國煤炭信息研究院調(diào)查的82個國有重點礦務(wù)局中，69%的礦務(wù)局有報廢礦井。煤礦廢棄礦井的再利用，已成為煤礦綠色安全生產(chǎn)的重要組成部分0.近年來關(guān)于礦山井下廢棄空間的二次利用引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，由中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊針對粗放型的煤炭開采所引發(fā)的嚴(yán)重礦難災(zāi)害、環(huán)境破壞和資源浪費現(xiàn)象，率先提出的實現(xiàn)煤炭資源綠色開采的理念，已得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注3.中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）對利用井下廢棄空間來安全處置工業(yè)垃圾做了相關(guān)研究。河南理工大學(xué)對廢棄礦井采空區(qū)用于封存CO2的相關(guān)技術(shù)做了研究4.而在國外，德國在1978年利用2個處于巖鹽層的廢棄礦井巷道作為儲氣室，建立了額定功率為290MW，發(fā)電能力為4h的芬道夫壓縮空氣萬能電站，已商業(yè)運行至今5.美國俄亥俄州從2001年開始，利用位于地下670.6m處的地下巖鹽層洞穴作為儲氣室，建設(shè)一座2700MW的大型壓縮空氣蓄能商業(yè)電站。日本新能源基金會和電力開發(fā)公司從1990年代開始，研究建造了一座35MW的壓縮空氣試驗電站0.近些年，隨著國內(nèi)電網(wǎng)裝機容量的不斷擴大，使得電網(wǎng)的調(diào)峰能力普遍不足，急需種新型調(diào)峰機組，這就為利用煤礦廢棄巷道建設(shè)壓縮空氣蓄能電站創(chuàng)造了條件，而2003年開始實施的峰谷分時電價機制更保證了其經(jīng)濟可行性。本文提出了與煤礦廢棄巷道相結(jié)合的壓縮空氣蓄能電站系統(tǒng)，并以實例證明了其技術(shù)經(jīng)濟的可行性。

　　1壓縮空氣蓄能技術(shù)介紹術(shù)。其原理是：利用電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時的剩余電量，用電動機來帶動壓縮機，將空氣直接壓入大容量的儲氣室，從而將不能儲存的電能以壓縮空氣氣壓勢能的形式儲存于儲氣室中。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷達到高峰、電力系統(tǒng)發(fā)電量不能滿足要求時，壓縮空氣經(jīng)換熱器預(yù)熱后與天然氣或油混合燃燒，煙氣被導(dǎo)入燃?xì)廨啓C進行做功發(fā)電，進而滿足系統(tǒng)的調(diào)峰需求。

　　對整個電力系統(tǒng)起到了移峰填谷的作用。

　　啟動時間較短，可在9min內(nèi)完成緊急啟動且運行方式靈活，污染物排放量較少；運行成本較低僅為同容量常規(guī)燃?xì)廨啓C電站的1/3；單位造價低于常規(guī)燃?xì)廨啓C電站，但其調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差、提高供電質(zhì)量的能力卻是常規(guī)燃?xì)廨啓C電站的2倍以上；系統(tǒng)性能好，可以儲/釋能上萬次，壽命可達40~50a，并且其效率可以達到70%左右。

　　2與廢棄礦井結(jié)合的CAES電站為充分利用廢棄礦井資源，除了將巷道作為儲氣室外，還可將原有生活區(qū)的建筑及設(shè)備改造后，作為CAES電站的生活區(qū)使用。如果為煤電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，則可繼續(xù)利用原有電站的輸送電線路，能進步節(jié)省CAES電站的投資成本。利用廢棄巷道作為壓縮空氣儲氣室的關(guān)鍵在于密封，由于我國這方面經(jīng)驗較少，可借鑒日本比較成熟的技術(shù)，采用橡膠里襯的密封方式。與廢棄礦井結(jié)合的壓縮空氣蓄能電站系統(tǒng)如所示。

　　該壓縮空氣蓄能（CAES）電站的儲能子系統(tǒng)由電機/發(fā)電機-聯(lián)軸器-低壓壓氣機-冷卻器1-高壓壓氣機-冷卻器2 -閥門1-礦井巷道（儲氣室）構(gòu)成，由于在壓縮空氣蓄能的過程中，礦井巷道內(nèi)的空氣壓力直處于變化狀態(tài)，壓氣機總在變工況下運行，并且氣體的儲存壓力遠遠大于燃?xì)廨啓C入口處的空氣壓力，該子系統(tǒng)采用中間冷卻兩級壓縮的形式，且其高壓壓氣機壓比和低壓壓氣機壓比相等。發(fā)電子系統(tǒng)由電機/發(fā)電機-聯(lián)軸器-空氣透平-燃燒室-燃?xì)馔钙?回?zé)崞?閥門2 -礦井巷道（儲氣室）構(gòu)成。由于礦井巷道出來的壓縮空氣壓力較大，為了能充分利用這部分能量，該子系統(tǒng)在燃?xì)馔钙角霸偌涌諝馔钙?，并利用回?zé)崞黝A(yù)熱進入透平的空氣，提高了整體效率。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷時，聯(lián)軸器1連接，儲能子系統(tǒng)運行，將電能通過壓縮空氣儲存起來。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于高峰時，聯(lián)軸器1斷開、聯(lián)軸器2連接，發(fā)電子系統(tǒng)運行，將壓縮空氣儲存的能量轉(zhuǎn)換成電能并入電網(wǎng)。

　　3案例分析為了進步研究利用礦井廢棄巷道建設(shè)壓縮空氣蓄能（CAES）電站的經(jīng)濟可行性，筆者以徐州權(quán)臺煤礦為背景，進行了投資經(jīng)濟性分析。考慮到該煤礦主要廢棄巷道所處深度為500m，有效容積為21.9萬m3.選用美國通用（GE）公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C及配套的壓縮機，機組參數(shù)如下：a）由燃?xì)廨啓C設(shè)計數(shù)據(jù)，計算可得其內(nèi)效率為0.905，空氣透平效率取88%；燃燒室壓損取3%，空氣預(yù)熱器冷熱端壓損、分別取為1%和3%；4MPa，空氣透平進口壓在上述熱力系統(tǒng)及燃?xì)廨啓C機組的設(shè)計工況下仿真計算得出，該CAES電站發(fā)電總功率384.77MW，發(fā)電熱耗4377.35k/kWh，發(fā)電電耗0.65kW.W（kW.h）。在計算中發(fā)電總功率取380MW；天然氣價格按徐州市天然氣價格取2.2元/m3，即約1.9元/kg；天然氣低位發(fā)熱量40000k/kg7.3.1固定資產(chǎn)投資及經(jīng)濟效益分析CAES電站造價約為3500元/kW7，則該電站理論固定資產(chǎn)投資為13.3億元。由于建設(shè)過程中存在巷道建設(shè)投資，巷道建設(shè)造價取10000元/m.該煤礦巷道總長約為14552m，取有效長度為80%，則有效巷道長度11641m，巷道建設(shè)投資為1.16億元。利用上該煤礦的巷道，則電站實際投資12.14億元。而火電機組單位造價約為4500元/kW，建設(shè)相同容量的火電機組其投資約為17.1億元，該電站實際投資僅為相同容量火電機組的7/10.由發(fā)電熱耗及發(fā)電電耗可計算出該電站運行1h天然氣耗量4. 104kg，電耗量2.47x105kWh.按徐州市電價，取低谷電價0.276元/度，峰值電價0.98元/度。則發(fā)電1h利潤為22.52萬元。3.2調(diào)峰能力分析電網(wǎng)高峰時發(fā)電能力為380MW，低谷時用電能力為247MW，則其峰谷*大調(diào)峰能力為627MW.若該CAES電站的平均日調(diào)峰取600MW，目前電網(wǎng)負(fù)荷率為0.8左右，則其可用于電網(wǎng)容量為3000MW的系統(tǒng)調(diào)峰，全年調(diào)峰容量高達2.相當(dāng)于每年可減少容量為300MW的火電機組啟停720次，機組啟停費用按50萬元/臺次，則每年可為社會節(jié)約3.6億元。

　　3.3投資可行性分析投資建設(shè)期為5a，資金分三批到位，第1年年初到位5億元，第3年年初到位4億元，第4年年初到位3.14億元；由現(xiàn)金流量表可知壽命期內(nèi)項目共可獲得現(xiàn)金收益146.1億元?，F(xiàn)金流量表按下列依據(jù)計算：電力行業(yè)增值稅率為17%，設(shè)備購置費用所占比例為總固定資產(chǎn)投資的71.58%，固定資產(chǎn)的增值稅占設(shè)備購置費用的10.03%貸款利率取目前普通貸款大于5a及以上的利率為7.05%；年固定運行費用（包括修理費、工資福利費、勞保統(tǒng)籌、住房基金等）約占固定資產(chǎn)的2%壽命期內(nèi)收益的所有現(xiàn)金全部存入銀行，且存款利率按目前*低利率（活期利率）0.5%.3.3.1財務(wù)內(nèi)部收益率（Fffi及）所謂財務(wù)內(nèi)部收益率即指在項目整個計算期內(nèi)使各年凈現(xiàn)金流量值能累計等于零時的折現(xiàn)率10.計算公式：=⑴，Q表示流入現(xiàn)金，C.表示流出現(xiàn)金，Q示第t年的凈現(xiàn)金流量，表示計算期年數(shù)，本項目3.3.2財務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）財務(wù)凈現(xiàn)值是用來考察某個項目盈利能力的絕對值指標(biāo)，能反映出該項目在按設(shè)定折現(xiàn)率要求的盈利之外所能得到的超額盈利的現(xiàn)值。計算公式：釩礦段的工程實例，預(yù)測初次來壓和周期來壓破斷55距，在生產(chǎn)過程中，指導(dǎo)判斷頂板來壓的步距，以便于及時加強回采空間的支護措施，調(diào)整生產(chǎn)進度，保6護人貝的女全。7