PL239532B1

PL239532B1 - System and method for energy storage in compressed carbon dioxide

Info

Publication number: PL239532B1
Application number: PL431779A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Bartela; Anna Skorek-Osikowska; Marcin Lutyński
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-12-13
Also published as: PL431779A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest system i sposób magazynowania energii w sprężonym dwutlenku węgla, mający zastosowanie w energetyce dla bilansowania systemów elektroenergetycznych, w których występuje zmienny potencjał źródeł wytwórczych i/lub zmienne zapotrzebowanie na energię elektryczną. Przedmiot wynalazku może być stosowany przy współpracy z rurociągiem przesyłowym dwutlenku węgla w stanie gazowym oraz korzystnie z wykorzystaniem pokopalnianej infrastruktury podziemnej.The subject of the invention is a system and method for storing energy in compressed carbon dioxide, applicable in power engineering for balancing power systems in which there is a variable potential of generation sources and / or a variable demand for electricity. The subject matter of the invention can be used in cooperation with a gas carbon dioxide transmission pipeline and preferably with the use of underground underground infrastructure.

Systemy magazynowania energii pozwalają na przejęcie energii elektrycznej z systemu elektroenergetycznego w okresie nadwyżki produkcji i zmagazynowanie jej, w zależności od metody, w postaci energii chemicznej, energii mechanicznej, energii elektrochemicznej, czy też ciepła, aż do okresu znamiennego w zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną. Wtedy dokonywana jest konwersja zmagazynowanej energii ponownie do energii elektrycznej. Do najpopularniejszych, wielkoskalowych rozwiązań należą szeroko wykorzystywane na świecie elektrownie szczytowo-pompowe. Mniej popularnymi rozwiązaniami, choć ciągle dynamicznie rozwijanymi, są systemy magazynujące energię w postaci sprężonego lub ciekłego powietrza. Są to odpowiednio systemy CAES (ang. Compressed Air Energy Storage) oraz LAES (ang. Liquid Air Energy Storage). Układ wykorzystujący sprężone powietrze znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US7389644. Na etapie ładowania nadwyżkowa energia wykorzystywana jest dla zasilania silnika elektrycznego napędzającego sprężarkę powietrza. Wysokociśnieniowe powietrze jest magazynowane, a następnie przy zwiększonym zapotrzebowaniu na energię elektryczną, jego potencjał energetyczny jest wykorzystywany w ekspanderze, napędzającym generator energii elektrycznej.Energy storage systems allow for the acquisition of electricity from the power system during the period of excess production and its storage, depending on the method, in the form of chemical energy, mechanical energy, electrochemical energy or heat, until a period characterized by increased demand for electricity. Then the stored energy is converted back into electricity. The most popular large-scale solutions are pumped storage plants, widely used in the world. Less popular solutions, although still dynamically developed, are energy storage systems in the form of compressed or liquid air. These are, respectively, CAES (Compressed Air Energy Storage) and LAES (Liquid Air Energy Storage) systems. A system that uses compressed air is known from the American patent US7389644. In the charging stage, the surplus energy is used to power the electric motor that drives the air compressor. High-pressure air is stored, and then, with increased demand for electricity, its energy potential is used in an expander that drives an electricity generator.

Systemy magazynowania energii w sprężonym powietrzu mają na ogół niższą sprawność od elektrowni szczytowo-pompowych. Wynika to głównie ze strat identyfikowanych na etapie ładowania systemu, a ściślej z generacji entropii podczas realizacji procesu sprężania. W układach diabatycznych otrzymywane w procesie sprężania ciepło jest rozpraszane w otoczeniu. Wykorzystuje się w tym celu chłodnice zabudowane między sekcjami sprężarki oraz za sprężarką. Wysokociśnieniowe powietrze o niskiej temperaturze po zmagazynowaniu kierowane jest ze zbiornika celem wykonania pracy w ekspanderze. Czynnik roboczy przed wprowadzeniem do ekspandera musi zostać podgrzany. W tak zwanych układach diabatycznych w tym celu, w atmosferze powietrza, spala się paliwo gazowe, co stanowi istotną niedogodność. W układach adiabatycznych istnieje możliwość zagospodarowania ciepła chłodzenia sprężanego powietrza, ale wymaga to jego zmagazynowania, aż do rozpoczęcia etapu rozładowywania systemu, kiedy to ciepło może zostać wykorzystane dla podgrzewu powietrza trafiającego ze zbiornika ciśnieniowego do prądotwórczego zespołu ekspandera. Magazynowanie ciepła wymaga wyposażenia układu w zasobniki wykorzystujące stałe materiały akumulacyjne, albo też nośniki ciekłe (np. olej termalny). Przykładem zastosowania materiałów ceramicznych, jako wypełnień akumulacyjnych dużego systemu magazynowania ciepła wysokotemperaturowego, jest zasobnik zaplanowany w instalacji opracowywanej w Niemczech, w ramach projektu ADELE. Zasobnik ciepła zaplanowany jest jako instalacja naziemna. Sprężarka jest konstrukcją dwusekcyjną, gdzie pomiędzy sekcjami zabudowana jest chłodnica rozpraszająca ciepło w otoczeniu. Podział realizowanego łącznie stosunku ciśnień na dwie sekcje jest dobrany dla uzyskania za drugą sekcją powietrza wysokociśnieniowego o temperaturze 600°C. Powietrze takie przepływa przez zasobnik oddając ciepło materiałowi ceramicznemu. Tak zmagazynowane ciepło oddawane jest do powietrza przepływającego przez zasobnik na etapie rozładowywania systemu, kiedy to powietrze kierowane jest ze zbiornika podziemnego do zespołu ekspandera. Dużą niedogodnością w zastosowaniu koncepcji takiego zasobnika jest potrzeba jego zaprojektowania jako konstrukcji grubościennej, o wysokich walorach wytrzymałościowych. Wynika to z wymaganych, dużych objętości materiału akumulacyjnego oraz dużych różnic pomiędzy ciśnieniem powietrza przez niego przepływającego, a powietrza atmosferycznego. W ramach projektu ALACAES, prowadzonego w Szwajcarskim Lugano, rozwinięto koncepcję zabudowy zasobnika ciepła w przestrzeni magazynowej zbiornika ciśnieniowego na sprężone powietrze. Dzięki takiemu zabiegowi możliwe jest wyrównanie profili ciśnień pomiędzy objętością roboczą zasobnika ciepła, a jego otoczeniem, co sprzyja redukcji naprężeń w konstrukcji płaszcza i w konsekwencji pozwala na projektowanie zasobników jako konstrukcji cienkościennych. Instalacja pilotażowa, choć zaplanowana i wybudowana jako naziemna, ma symulować warunki, jakie są właściwe dla podziemnych wyrobisk korytarzowych kopalni. NiedogodnościąCompressed air energy storage systems are generally less efficient than pumped storage plants. This is mainly due to the losses identified at the system loading stage, and more specifically from the entropy generation during the compression process. In diabetic systems, the heat obtained in the compression process is dissipated in the environment. For this purpose, coolers are used, installed between the compressor sections and behind the compressor. After being stored, high-pressure, low-temperature air is directed from the tank to work in the expander. The working medium must be warmed up before being introduced into the expander. In the so-called diabetic systems, gaseous fuel is burned for this purpose in the air atmosphere, which is a significant inconvenience. In adiabatic systems, it is possible to use the compressed air cooling heat, but it requires its storage until the system discharging stage begins, when this heat can be used to heat the air going from the pressure tank to the expander generator set. Heat storage requires the system to be equipped with tanks using solid accumulation materials or liquid carriers (e.g. thermal oil). An example of the use of ceramic materials as accumulation fillings for a large high-temperature heat storage system is the tank planned in an installation developed in Germany as part of the ADELE project. The heat accumulator is planned as an above-ground installation. The compressor is a two-section structure with a cooler installed between the sections to dissipate heat in the environment. The division of the total pressure ratio into two sections is selected to obtain high pressure air at a temperature of 600 ° C after the second section. Such air flows through the container, giving off heat to the ceramic material. The heat stored in this way is transferred to the air flowing through the reservoir at the system discharge stage, when the air is directed from the underground reservoir to the expander assembly. A big inconvenience in the application of the concept of such a container is the need to design it as a thick-walled structure with high strength values. This is due to the required large volumes of the storage material and the large differences between the pressure of the air flowing through it and the pressure of the atmospheric air. As part of the ALACAES project in Lugano, Switzerland, the concept of installing a heat accumulator in the storage space of a compressed air pressure vessel was developed. Thanks to this, it is possible to equalize the pressure profiles between the working volume of the heat accumulator and its surroundings, which favors the reduction of stresses in the shell structure and, consequently, allows for the design of the accumulators as thin-walled structures. The pilot installation, although planned and built as above-ground, is to simulate the conditions of underground mine workings. Inconvenience

PL 239 532 B1 stosowania koncepcji są trudności związane z zabudową rurociągów mających transportować sprężone, gorące powietrze na drodze pomiędzy naziemną maszynownią systemu CAES, a podziemnym magazynem z zasobnikiem ciepła.In applying the concept, there are difficulties related to the construction of pipelines to transport compressed hot air on the way between the ground CAES system engine room and the underground store with a heat accumulator.

Zaletą każdego z rozwiązań pozwalających na magazynowanie energii w sprężonym powietrzu jest powszechna dostępność do nośnika energii. Niezależnie od rozwiązania systemu CAES istotną niedogodnością, przy dużej skali przedsięwzięcia, jest za to potrzeba wykorzystywania zbiorników podziemnych o szczelnej i wytrzymałej strukturze, pozwalającej na okresowe zmagazynowanie powietrza na ogół przy ciśnieniach rzędu 5-10 MPa. W tym celu, tak jak stało się to w przypadku dwóch funkcjonujących na świecie systemów (Huntorf w Niemczech oraz McIntosh w Stanach Zjednoczonych), wykorzystywane mogą być kawerny solne, które powstają na drodze ługowania złóż soli. W przypadku wielu państw potencjał geologiczny jest w tym zakresie jednak ograniczony z uwagi na brak, lub też występowanie tylko obszarowo wysokich spiętrzeń złóż, nadających się do przeprowadzenia zabiegu ługowania. W wielu państwach potrzeba strategicznego magazynowania ropy naftowej oraz gazu ziemnego sprawia, że praktycznie każda nadająca się lokalizacja zostaje zaadaptowana dla rezerwowania paliw, stanowiących fundament w świetle bezpieczeństwa energetycznego. W literaturze przedmiotu, prócz kawern solnych oraz wyrobisk pokopalnianych, wskazywane są warstwy wodonośne. Identyfikowany, najpoważniejszy problem w zakresie adaptacji tych miejsc jako objętości magazynowych związany jest z wysoką bezwładnością procesów akumulacji sprężonego powietrza w materiałach porowatych, co stoi na przeszkodzie organizacji systemów o wysokich mocach zainstalowanych w sprężarkach oraz ekspanderach. Przeszkodą dla organizacji systemu magazynowego przy planowanej inwestycji w Stanach Zjednoczonych, w ramach programu Iowa Storage Energy Park, stała się przykładowo niska przepuszczalność warstw piaskowca w wybranej pod inwestycję lokalizacji. Bardzo dużym potencjałem magazynowym odznaczają się dostępne objętości wyrobisk kopalnianych. Tutaj na przeszkodzie stoi jednak bardzo często struktura górotworu, która przy stosowaniu wysokich ciśnień może prowadzić do utraty szczelności magazynu. Bardzo dużym potencjałem objętościowym, mogącym stanowić podstawę dla organizacji magazynów, charakteryzują się kopalnie węgla kamiennego. W tym przypadku organizacja takiego magazynu wymagałaby jednak kosztownych operacji zabezpieczenia górotworu przed niepożądanym wnikaniem powietrza w jego strukturę, co mogłoby w przypadku kontaktu powietrza z pozostałymi pokładami węgla prowadzić do wystąpienia pożarów endogenicznych. Z tego powodu optymalne, w segmencie objętości magazynowej infrastruktury pokopalnianej, będzie organizowanie przestrzeni magazynowej w ramach wycofywanych lub wycofanych z eksploatacji kopalni wydobywających kopaliny niepalne. Przykładem może być tutaj planowana inwestycja w Stanach Zjednoczonych, w ramach projektu NORTON, mająca wykorzystywać jako zasobnik na sprężone powietrze podziemne wyrobiska zamkniętej kopalni wapienia. Innym rozwiązaniem, co jest domeną proponowanego wynalazku, jest stosowanie jako nośników energii gazów obojętnych, w tym właśnie, właściwego dla niniejszego wynalazku, dwutlenku węgla.The advantage of each of the solutions allowing for energy storage in compressed air is the universal availability of the energy carrier. Regardless of the CAES system solution, a significant inconvenience, for a large-scale project, is the need to use underground tanks with a tight and durable structure, allowing for periodic storage of air, generally at pressures of 5-10 MPa. For this purpose, as was the case with the two systems operating in the world (Huntorf in Germany and McIntosh in the United States), salt caverns that arise through the leaching of salt deposits can be used. However, in the case of many countries, the geological potential in this respect is limited due to the lack, or the presence of only area-high levels, of deposits suitable for the leaching treatment. In many countries, the need for strategic storage of crude oil and natural gas means that virtually every suitable location is adapted to reserve fuels, which are the foundation in the light of energy security. In the literature on the subject, apart from salt caverns and post-mining workings, aquifers are indicated. The identified, the most serious problem with the adaptation of these places as storage volumes is related to the high inertia of the processes of compressed air accumulation in porous materials, which prevents the organization of high-power systems installed in compressors and expanders. An obstacle for the organization of the storage system in the planned investment in the United States, under the Iowa Storage Energy Park program, was, for example, the low permeability of sandstone layers in the location selected for the investment. The available volumes of mine workings have a very high storage potential. Here, however, the structure of the rock mass is very often in the way, which, when using high pressures, can lead to the loss of tightness of the warehouse. Hard coal mines are characterized by a very high volumetric potential, which can form the basis for the organization of storage facilities. In this case, however, the organization of such a warehouse would require costly operations to protect the rock mass against unwanted air penetration into its structure, which could lead to endogenous fires in the event of air contact with the remaining coal seams. For this reason, it will be optimal in the segment of post-mining infrastructure storage volume to organize storage space within decommissioned or decommissioned mines extracting non-flammable minerals. An example is the planned investment in the United States, under the NORTON project, which is to use the underground workings of a closed limestone mine as a reservoir for compressed air. Another solution, which is the domain of the proposed invention, is the use of inert gases as energy carriers, including carbon dioxide, which is appropriate for the present invention.

Celem wynalazku jest wysokoefektywne magazynowanie energii elektrycznej w ramach systemów elektroenergetycznych przy zapewnieniu wysokich możliwości adaptacji objętości poeksploatacyjnych kopalń węgla kamiennego, przy minimalizacji ryzyka eksploatacyjnego, typu utrata szczelności oraz pożary endogeniczne.The aim of the invention is high-efficiency storage of electricity within power systems, ensuring high adaptability of the post-exploitation volume of hard coal mines, while minimizing the operational risk, such as loss of tightness and endogenous fires.

Cel ten osiągnięto na drodze wykorzystania zespołu sprężarki CO2, zespołu ekspandera CO2, dwóch cylindrycznych zbiorników podziemnych o dużych wysokościach względem średnicy, mogących stanowić poeksploatacyjne szyby kopalniane, przy czym w jednym ze zbiorników zabudowany jest zasobnik na ciepło, stanowiący płaszcz cylindryczny z wypełnieniem akumulacyjnym w postaci stałej (np. materiał ceramiczny lub materiał skalny), natomiast drugi zbiornik podziemny połączony jest z korytarzową infrastrukturą kopalnianą, gdzie mogą zalegać złoża węgla kamiennego. System magazynowania energii wymaga dostępu do rurociągu przesyłowego dwutlenku węgla, który jest składową szeroko pojętego systemu separacji, transportu oraz składowania lub utylizacji CO2. Taka infrastruktura przesyłowa może być dostępna dla systemu magazynowania w wielu rejonach świata z uwagi na kierunek działań legislacyjnych, mających przyczynić się do globalnego ograniczenia antropogenicznej emisji dwutlenku węgla do atmosfery.This goal was achieved by using a CO2 compressor unit, a CO2 expander unit, two cylindrical underground tanks with large heights in relation to the diameter, which can constitute post-mining mine shafts, where one of the tanks has a heat storage tank, which is a cylindrical jacket with an accumulative filling in the form of solid (e.g. ceramic material or rock material), while the second underground tank is connected to the mine corridor infrastructure, where there may be hard coal deposits. The energy storage system requires access to the carbon dioxide transmission pipeline, which is a component of the broadly understood system of separation, transport, and storage or utilization of CO2. Such transmission infrastructure may be available for the storage system in many regions of the world due to the direction of legislative actions aimed at global reduction of anthropogenic carbon dioxide emissions to the atmosphere.

System magazynowania energii w sprężonym dwutlenku węgla z komorą dekompresyjną charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z co najmniej dwóch podziemnych zbiorników magazynowych na dwutlenek węgla, wysokociśnieniowego zbiornika cylindrycznego, wewnątrz którego współosiowo umieszczony jest zasobnik ciepła w postaci zbiornika cylindrycznego z wypełnieniem akumulacyjnym, który w górnej części połączony jest przez zawór z ekspanderem dwutlenku węgla, zabudowanym naThe compressed carbon dioxide energy storage system with a decompression chamber is characterized by the fact that it is made of at least two underground storage tanks for carbon dioxide, a high-pressure cylindrical tank inside which a heat storage in the form of a cylindrical tank with an accumulation filling is coaxially located, which in the upper part is connected via a valve to the carbon dioxide expander mounted on the

PL 239 532 B1 wspólnym wale z generatorem energii elektrycznej i cylindrycznej komory dekompresyjnej z umieszczonymi w górnej objętości sitami, wewnątrz rurą wgłębną, przy czym rura wgłębna, poprzez zawór połączona jest ze sprężarką dwutlenku węgla, napędzaną silnikiem elektrycznym oraz poprzez zawór połączoną z górną częścią zasobnika ciepła, natomiast cylindryczna komora dekompresyjna, za pomocą przepustnic połączona jest ze zbiornikiem korytarzowym z zabudowanym wentylatorem, natomiast w górnej części posiada zabudowany zawór, łączący ją z jednostką oczyszczania metanu.A common shaft with an electric energy generator and a cylindrical decompression chamber with sieves placed in the upper volume, with a dip tube inside, the dip tube connected through a valve to a carbon dioxide compressor driven by an electric motor and through a valve connected to the upper part of the reservoir while the cylindrical decompression chamber is connected to the corridor tank with a built-in fan by means of dampers, while in the upper part it has a built-in valve, connecting it with the methane purification unit.

Korzystnie system magazynowania energii według wynalazku ma wysokociśnieniowy zbiornik cylindryczny, który połączony jest z rurociągiem przesyłowym dwutlenku węgla zaworem.Preferably, the energy storage system according to the invention has a high pressure cylindrical vessel which is connected to the carbon dioxide transmission pipeline by a valve.

Korzystnie system magazynowania energii według wynalazku ma zasobnik ciepła, który oddzielony jest od zbiornika cylindrycznego zaworem.Preferably, the energy storage system according to the invention has a heat accumulator which is separated from the cylindrical vessel by a valve.

Korzystnie system magazynowania energii według wynalazku ma jednostkę oczyszczania metanu połączoną zaworem z rurą wgłębną.Preferably, the energy storage system according to the invention has a methane purification unit connected by a valve to the downhole.

Korzystnie w systemie magazynowania energii według wynalazku jako źródło wysokociśnieniowego dwutlenku węgla stosuje się rurociąg przesyłowy dwutlenku węgla.Preferably, a carbon dioxide transfer pipeline is used as the source of high pressure carbon dioxide in the energy storage system according to the invention.

Sposób magazynowania energii polega na tym, że dwutlenek węgla o wysokim ciśnieniu w zakresie do ciśnienia krytycznego 7,38 MPa, pobierany jest z sieci przesyłowej poprzez zawór, po czym podlega buforowaniu po przepływie przez zawór w wysokociśnieniowym zbiorniku lub na etapie rozładowywania systemu magazynowania energii, zasila zasobnik ciepła odbierając ciepło od wypełnienia akumulacyjnego, przy czym po odbiorze ciepła gorący dwutlenek węgla opuszcza zasobnik ciepła w górnej jego części i przepływa przez zawór do ekspandera dwutlenku węgla, gdzie rozprężając się wykonuje pracę wykorzystywaną do napędu generatora energii elektrycznej, następnie dwutlenek węgla przepływa przez zawór do rury wgłębnej, przez którą wprowadzony jest do komory dekompresyjnej w dolnej jej części, po czym dwutlenek węgla, dzięki pracy wentylatora, przy przepływie przez przepustnice, krąży między komorą dekompresyjną, a objętością podziemnego zbiornika korytarzowego, uwalniając gazy z pokładów węgla, w tym wysokoenergetyczny metan, stanowiących pozostałość poeksploatacyjną kopalni, przy czym w objętości komory dekompresyjnej mieszanina gazów podlega separacji grawitacyjnej, co na drodze przeciwdziałania ruchom konwekcyjnym wspomagają sita, następuje zagęszczenie metanu w górnej części komory dekompresyjnej oraz zagęszczenie dwutlenku węgla w dolnej jej części, odbiór gazu przez zawór i skierowanie go do jednostki oczyszczania metanu, przy czym odseparowany dwutlenek węgla jest zawracany do objętości komory dekompresyjnej przez zawór oraz rurę wgłębną, po czym na etapie ładowania dwutlenek węgla z komory dekompresyjnej oraz zbiornika korytarzowego przepływa przez rurę wgłębną oraz zawór do sprężarki, gdzie dwutlenek węgla podlega procesowi sprężania do ciśnienia niższego, niż ciśnienie krytyczne 7,38 MPa i wprowadzany jest przez zawór do zbiornika wysokociśnieniowego lub/i następnie przez zawór do sieci przesyłowej dwutlenku węgla, przy czym ciepło wywiązane w procesie sprężania jest wcześniej przejęte przez wypełnienie akumulacyjne zasobnika ciepła.The method of energy storage is that carbon dioxide with high pressure in the range up to the critical pressure of 7.38 MPa is taken from the transmission network through the valve and then buffered after flowing through the valve in the high-pressure tank or during the discharge stage of the energy storage system, supplies the heat accumulator receiving heat from the accumulative filling, and after receiving the heat, hot carbon dioxide leaves the heat accumulator in its upper part and flows through the valve to the carbon dioxide expander, where it expands and performs the work used to drive the electricity generator, then the carbon dioxide flows through valve to the pit down pipe, through which is introduced into the decompression chamber in its lower part, and then carbon dioxide, thanks to the fan operation, when flowing through the dampers, circulates between the decompression chamber and the volume of the underground corridor tank, releasing gases from coal seams, including height energy methane, constituting the mining residue of the mine, where in the volume of the decompression chamber the gas mixture is subject to gravity separation, which by counteracting convective movements is supported by sieves, methane is concentrated in the upper part of the decompression chamber and carbon dioxide is concentrated in its lower part, gas is collected by the valve and directing it to the methane purification unit, the separated carbon dioxide being returned to the volume of the decompression chamber through the valve and dip tube, and then in the charging stage, carbon dioxide from the decompression chamber and corridor tank flows through the dip tube and valve to the compressor, where the carbon dioxide undergoes a compression process to a pressure lower than the critical pressure of 7.38 MPa and is introduced through a valve into the high-pressure vessel and / or through the valve into the carbon dioxide transmission network, with the heat generated in the compression process prematurely taken over by the accumulative filling of the heat accumulator.

Wynalazek bliżej objaśniono w przykładzie zobrazowanym rysunkiem, który przedstawia strukturę systemu, z zaznaczeniem najważniejszych jej komponentów. Na rysunku uwidoczniono system, w skład którego wchodzą dwa podziemne zbiorniki magazynowe dla dwutlenku węgla, z czego jeden stanowi cylindryczny zbiornik wysokociśnieniowy (1), natomiast drugi stanowi cylindryczną komorę dekompresyjną (8), umożliwiającą magazynowanie dwutlenku węgla po procesie rozprężania, który jest realizowany w ekspanderze dwutlenku węgla (5). Zbiornik wysokociśnieniowy jest połączony przez zawór (14) z rurociągiem przesyłowym CO2, mogącym stanowić element infrastruktury CCS (ang. Carbon Capture and Storage), przy czym w zależności od relacji ciśnień przepływ występujący przy otwartym zaworze (14) może być dwukierunkowy. W objętości zbiornika wysokociśnieniowego zabudowany jest zasobnik ciepła (2), którego przestrzeń akumulacyjna od przestrzeni magazynowej zbiornika wysokociśnieniowego oddzielona jest zaworem (15). Praca zaworu (15) pozwala na elastyczne buforowanie dwutlenku węgla i okresowe ukierunkowywanie jego przepływu na drodze pomiędzy rurociągiem CO2, a zbiornikiem wysokociśnieniowym lub zasobnikiem ciepła. Zasobnik ciepła stanowi zbiornik cylindryczny (3) z zabudowanym wewnątrz wypełnieniem akumulacyjnym (4), którego porowatość umożliwia, przy otwartych zaworach (16) i (17), przepływ CO2 z rurociągu CO2 lub zbiornika wysokociśnieniowego do ekspandera dwutlenku węgla (5), czemu towarzyszy podgrzew gazu w obrębie zasobnika (2), albo przy otwartych zaworach (20) i (21), przepływ CO2 ze sprężarki dwutlenku węgla (12) do zbiornika wysokociśnieniowego lub bezpośrednio do rurociągu przesyłowego, czemu towarzyszy chłodzenie gazu w obrębie zasobnika (2). Praca ekspandera (5), który napędza generator energii elektrycznej (6), jest właściwa dla etapu rozładowywania systemu magazynowania energii elektrycznej, natomiast pracaThe invention is explained in more detail in the example illustrated with a drawing that shows the structure of the system, with the most important components marked. The figure shows a system consisting of two underground storage tanks for carbon dioxide, one of which is a cylindrical high-pressure tank (1), while the other is a cylindrical decompression chamber (8), which enables the storage of carbon dioxide after the expansion process, which is carried out in carbon dioxide expander (5). The high-pressure tank is connected via a valve (14) with a CO2 transmission pipeline, which may constitute an element of the CCS (Carbon Capture and Storage) infrastructure, whereby, depending on the pressure relationship, the flow occurring when the valve (14) is open may be bi-directional. A heat accumulator (2) is built into the volume of the high-pressure tank, the accumulation space of which is separated from the storage space of the high-pressure tank by a valve (15). The operation of the valve (15) allows for flexible buffering of carbon dioxide and periodic directing of its flow on the path between the CO2 pipeline and the high-pressure tank or heat accumulator. The heat accumulator is a cylindrical tank (3) with an accumulation filling (4) built inside, the porosity of which allows, with open valves (16) and (17), the flow of CO2 from the CO2 pipeline or the high-pressure tank to the carbon dioxide expander (5), gas heating within the reservoir (2), or with open valves (20) and (21), CO2 flow from the carbon dioxide compressor (12) to the high-pressure vessel or directly to the transfer pipeline, accompanied by gas cooling within the reservoir (2). The operation of the expander (5), which drives the electricity generator (6), is appropriate for the discharge stage of the electricity storage system, while the operation

PL 239 532 B1 sprężarki dwutlenku węgla, napędzanej przez silnik elektryczny (13), jest właściwa dla etapu ładowania tego systemu. Na etapie rozładowywania dwutlenek węgla po rozprężeniu, przez otwarty zawór (17), wprowadzony zostaje przez rurę wgłębną (7) do dolnej części komory dekompresyjnej (8). Komora dekompresyjna połączona jest z dużą objętością zbiornika korytarzowego, stanowiącego system korytarzy kopalnianych i ewentualnie innych wyrobisk poeksploatacyjnych, przez wykorzystanie dwóch kanałów z zabudowanymi przepustnicami (22) i (23). Przez przepustnicę (22), korzystnie usytuowaną niżej, dwutlenek węgla wprowadzany jest z objętości komory dekompresyjnej do objętości magazynowej zbiornika korytarzowego. Część dwutlenku węgla przepływając przez system kanałów korytarzowych podlega adsorpcji w pozostałych po eksploatacji kopalni pokładach węgla i pokładach pozabilansowych, czemu towarzyszy proces odmetanowania. Podczas tego procesu, prócz samego metanu, uwalniane są ze złoża inne gazy, a w tym głównie azot oraz niewielka ilość tlenu. Proces odmetanowania może być realizowany przy zamkniętych przepustnicach (22) i (23), ale sam transport dwutlenku węgla oraz uwolnionych gazów do komory dekompresyjnej odbywa się dzięki wsparciu pracę wentylatora (24), przy otwartych przepustnicach. Dwutlenek węgla wraz z uwolnionymi gazami wprowadzony zostaje z powrotem do przestrzeni komory dekompresyjnej przez przepustnicę (23). W strukturze zbiornika swobodnie wymieszane gazy podlegają separacji grawitacyjnej - w górnej części szybu gromadzi się głównie metan, którego gęstość jest niemalże trzykrotnie niższa od gęstości dwutlenku węgla. Najkorzystniejsze warunki dla rozdziału gazów panują przy braku wymuszonych przepływów w objętości komory dekompresyjnej, a więc w okresie poza etapem ładowania oraz rozładowywania systemu magazynowania energii. Przeszkodą dla efektywnej separacji grawitacyjnej mogą być ruchy konwekcyjne, powstające na skutek wzrostu temperatury ścianki komory dekompresyjnej wraz z jej głębokością. Dla ograniczenia takich ruchów konwekcyjnych korzystne jest zastosowanie w górnej objętości komory sit tworzących przeszkodę dla pionowo przemieszczających się gazów. Zbierający się w górnej strefie komory dekompresyjnej gaz o wysokiej zawartości metanu kierowany jest przez zawór (18) do jednostki oczyszczania metanu (11), z której gaz ten, już jako paliwo, w zależności od uzyskanej czystości, podlegać może bezpośredniemu energetycznemu wykorzystaniu lub też może być kierowany do sieci gazu ziemnego. W jednostce oczyszczania metanu (11) z objętości gazu odseparowanego od metanu wydzielane są również te składniki, których obecność jest niepożądana w trakcie transportu CO2 do miejsca składowania lub utylizacji. Odzyskany w jednostce oczyszczania metanu (11) dwutlenek węgla jest zawracany przez zawór (19) oraz rurę wgłębną (7) do komory dekompresyjnej. Dwutlenek węgla na etapie ładowania systemu magazynowania z komory dekompresyjnej kierowany jest przez zawór (20) do sprężarki dwutlenku węgla (12), która napędzane jest przez silnik elektryczny (13), zasilany energią elektryczną, podlegającą magazynowaniu w systemie. Procesowi sprężania towarzyszy przyrost temperatury dwutlenku węgla. Wysokociśnieniowy oraz wysokotemperaturowy gaz trafia przez zawór (21) do zasobnika ciepła (2), gdzie oddaje ciepło materiałowi akumulacyjnemu. Wychłodzony gaz przez zawór (14) trafia do rurociągu CO2 lub przez zawór (15) do zbiornika wysokociśnieniowego, w którym jest buforowany.The carbon dioxide compressor driven by the electric motor (13) is appropriate for the charging stage of this system. In the discharge stage, the decompression carbon dioxide is introduced through the open valve (17) through the dip tube (7) into the lower part of the decompression chamber (8). The decompression chamber is connected with a large volume of the corridor reservoir, which is a system of mine corridors and possibly other post-mining pits, by using two channels with built-in dampers (22) and (23). Carbon dioxide is introduced from the volume of the decompression chamber into the storage volume of the corridor tank through a throttle (22), preferably located downstream. Part of the carbon dioxide flowing through the system of corridors is adsorbed in the remaining coal seams and off-balance seams, which is accompanied by the methane drainage process. During this process, apart from methane itself, other gases are released from the bed, mainly nitrogen and a small amount of oxygen. The methane drainage process can be performed with closed dampers (22) and (23), but the transport of carbon dioxide and released gases to the decompression chamber is carried out thanks to the support of the fan (24) with open dampers. Carbon dioxide with released gases is returned to the space of the decompression chamber through the throttle (23). The freely mixed gases are separated by gravity in the structure of the tank - mainly methane is collected in the upper part of the shaft, the density of which is almost three times lower than that of carbon dioxide. The most favorable conditions for the separation of gases are in the absence of forced flows in the volume of the decompression chamber, i.e. in the period beyond the stage of loading and unloading the energy storage system. Convection movements resulting from the increase in temperature of the decompression chamber wall along with its depth may be an obstacle to effective gravity separation. In order to limit such convection movements, it is advantageous to use sieves in the upper volume of the chamber to form an obstacle to vertically moving gases. The gas with a high methane content that accumulates in the upper zone of the decompression chamber is directed through the valve (18) to the methane purification unit (11), from which this gas, depending on the purity obtained, can be directly used for energy use or can be used as a fuel. be routed to the natural gas network. In the methane purification unit (11), the components that are undesirable during CO2 transport to the storage or disposal site are also separated from the volume of gas separated from methane. The carbon dioxide recovered in the methane purification unit (11) is returned through the valve (19) and the dip tube (7) to the decompression chamber. Carbon dioxide at the stage of charging the storage system from the decompression chamber is directed through the valve (20) to the carbon dioxide compressor (12), which is driven by an electric motor (13) powered by electricity, which is stored in the system. The compression process is accompanied by an increase in the temperature of carbon dioxide. The high-pressure and high-temperature gas goes through the valve (21) to the heat accumulator (2), where it gives off heat to the accumulation material. The cooled gas flows through the valve (14) to the CO2 pipeline or through the valve (15) to the high-pressure tank where it is buffered.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wyeliminowanie potrzeby organizacji w systemie magazynowania wielkogabarytowych, podziemnych objętości mających służyć dla wysokociśnieniowego magazynowania gazowego nośnika energii. Potrzeba magazynowania gazów przy zdecydowanie niższych ciśnieniach pozwala na adaptację jako objętości magazynowych zbiorników infrastruktury górniczej, stanowiącej szyby, podszybia, wyrobiska korytarzowe, czy też zbiorniki retencyjne, gdzie ciśnienie nie powinno być zbyt wysokie z uwagi na bezpieczną ich eksploatację.The advantage of the solution according to the invention is the elimination of the need to organize large-size underground volumes in the storage system for high-pressure storage of the gaseous energy carrier. The need to store gases at much lower pressures allows for the adaptation of mining infrastructure as the volume of storage tanks, i.e. shafts, pit quarters, corridors or retention tanks, where the pressure should not be too high due to their safe operation.

Korzystne jest zastosowanie dwutlenku węgla jako nośnika energii, który w odróżnieniu od tlenu stanowiącego składnik powietrza, jest gazem inertnym, co zapewnia bezpieczeństwo eksploatacji z punktu widzenia wystąpienia w pokopalnianej objętości magazynowej pożarów endogenicznych. Korzystne jest wykorzystanie w systemie gazu o wysokiej zawartości CO2, w składzie którego nie występuje woda, co jest podyktowane bezpieczeństwem eksploatacji wykorzystywanych rurociągów transportowych. Suchy gaz, w odróżnieniu od stosowanego w systemach CAES powietrza atmosferycznego, nie stwarza zagrożeń erozyjnych dla pracujących w systemie wirnikowych maszyn przepływowych, ani też ryzyka obladzania kanałów przepływowych.It is advantageous to use carbon dioxide as an energy carrier, which, unlike oxygen being a component of air, is an inert gas, which ensures operational safety from the point of view of endogenous fires in the post-mine storage volume. It is advantageous to use gas with a high CO2 content in the system, in the composition of which there is no water, which is dictated by the operational safety of the transport pipelines used. Dry gas, unlike the atmospheric air used in CAES systems, does not pose any erosive hazards to the rotating flow machines operating in the system, nor the risk of icing of the flow channels.

Korzystne jest adaptowanie objętości magazynowej w tych kopalniach, gdzie nie występuje ryzyko wstrząsów górotworu, mogących mieć następstwo w postaci utraty szczelności magazynu.It is advantageous to adapt the storage volume in those mines where there is no risk of rock mass tremors, which may result in loss of storage tightness.

Korzystne jest adaptowanie dużej objętości magazynowej, w której gromadzony będzie rozprężony dwutlenek węgla, zapewniającej dużą pojemność energetyczną systemu, przy zachowaniu niewielkich wahań ciśnienia w pełnym cyklu pracy systemu. Niskie wahania ciśnienia w komorze dekompresyjnej wraz z możliwością wykorzystywania przy tym stało ciśnieniowego źródła dwutlenku węglaIt is advantageous to adapt a large storage volume, in which the expanded carbon dioxide will be collected, ensuring a high energy capacity of the system, while maintaining small pressure fluctuations in the full cycle of the system operation. Low pressure fluctuations in the decompression chamber with the possibility of using a constant pressure source of carbon dioxide

PL 239 532 B1 oraz buforowanie tego gazu w zbiorniku wysokociśnieniowym przyczyni się do pracy sprężarki CO2 oraz ekspandera CO2 przy obciążeniach bliskich obciążeniu nominalnemu, co będzie korzystne z uwagi na wysoką, średniookresową sprawność tych maszyn, a w konsekwencji również wysokich sprawności systemu magazynowania energii.The process and buffering of this gas in the high-pressure vessel will contribute to the operation of the CO2 compressor and the CO2 expander at loads close to the nominal load, which will be advantageous due to the high, medium-term efficiency of these machines, and consequently also the high efficiency of the energy storage system.

Na wypadek możliwości wystąpienia nieszczelności korzystne jest zorganizowanie objętości rezerwowej w strukturze zbiorników pokopalnianych, która po wypełnieniu magazynowanym dwutlenkiem węgla pozwoli na awaryjne obniżenie ciśnienia zgromadzonego dwutlenku węgla w eksploatacyjnej części magazynu, aż do momentu uszczelnienia zbiornika.In the event of leakage, it is beneficial to organize a reserve volume in the structure of post-mining tanks, which, after filling with the stored carbon dioxide, will allow for an emergency reduction of the pressure of carbon dioxide accumulated in the operational part of the warehouse, until the tank is sealed.

Korzystne jest adaptowanie dla magazynowania niskociśnieniowego CO2 objętości korytarzowych bogatych w niewyczerpane złoża węgla o wysokiej metanowości. Uzyskany na drodze odmetanowania gaz energetyczny przyczynia się do wzrostu efektywności energetycznej systemu. Do wzrostu efektywności przyczynia się również proces samej adsorpcji CO2 w złożu na skutek zmniejszenia ilości dwutlenku węgla podlegającej procesowi sprężania na etapie ładowania sytemu, względem ilości CO2, która wcześniej podlega rozprężaniu w ekspanderze.It is advantageous to adapt the corridor volumes rich in inexhaustible coal beds with high methane content for low-pressure CO2 storage. The energy gas obtained by methane drainage contributes to the increase of the energy efficiency of the system. The efficiency increase is also contributed by the process of CO2 adsorption in the bed itself, due to the reduction of the amount of carbon dioxide undergoing the compression process at the stage of system loading, in relation to the amount of CO2 which is previously subjected to expansion in the expander.

Poziom ciśnienia panującego w części magazynowej, stanowiącej pokopalniany zbiornik korytarzowy powinien być możliwie wysoki z punktu widzenia procesu sorpcji CO2 w poeksploatacyjnych złożach węgla, a równocześnie nie wyższy od poziomu maksymalnego zapewniającego bezpieczną eksploatację magazynu z uwagi na jego stabilność, co gwarantuje szczelność górotworu. Poziom panującego ciśnienia determinuje również wielkość pracy jednostkowej wykonywanej przez sprężarkę dwutlenku węgla na etapie ładowania systemu magazynowania energii oraz wielkość pracy jednostkowej wykonanej przez dwutlenek węgla w obrębie ekspandera, na etapie rozładowywania systemu magazynowania.The pressure level in the storage part, constituting the post-mining corridor tank, should be as high as possible from the point of view of the CO2 sorption process in post-mining coal deposits, and at the same time not higher than the maximum level ensuring safe operation of the warehouse due to its stability, which guarantees the tightness of the rock mass. The prevailing pressure level also determines the amount of unit work performed by the carbon dioxide compressor in the stage of charging the energy storage system and the amount of unit work performed by the carbon dioxide within the expander during the stage of discharging the storage system.

Korzystna jest geometria szybów pogórniczych podlegających adaptacji. W przypadku szybu adaptowanego na zbiornik wysokociśnieniowy istnieje możliwość zabudowy zasobnika ciepła opartego na wykorzystaniu zbiornika cylindrycznego gwarantującego uzyskanie jednorodnej prędkości gazu przy przepływie przez porowate wypełnienie akumulacyjne, co sprzyja warunkom wymiany ciepła. Duża wysokość szybu względem jego średnicy jest korzystna z uwagi na rozkład naprężeń wewnątrz ścian szybu, powstających na skutek działania ciśnienia buforowanego dwutlenku węgla. W przypadku szybu adaptowanego na komorę dekompresyjną geometria walcowa o osi pionowej, charakteryzująca się dużą wysokością oraz względnie niewielką średnicą jest korzystna z punktu widzenia warunków realizacji separacji grawitacyjnej mieszaniny dwutlenku węgla oraz gazów otrzymanych w procesie odmetanowywania. Dla ograniczenia mieszania się gazów w objętości komory dekompresyjnej, co pozwoli na lepszą ich separację grawitacyjną, korzystne jest zminimalizowanie ruchów konwekcyjnych występujących na skutek wymiany ciepła między gazami, a ścianą zbiornika. Z tego punktu widzenia korzystne jest zastosowanie wypełnienia sitowego w górnej objętości komory dekompresyjnej oraz termiczne zaizolowanie ścian zbiornika. Korzystne jest również chłodzenie ścian zbiornika w dolnej jego strefie, co jest możliwe na drodze odpowiedniego zorganizowania procesu ekspansji dwutlenku węgla w ekspanderze, po której rozprężony dwutlenek węgla będzie charakteryzował się niską temperaturą. Zabieg ten pozwoli na przeciwdziałanie ustalaniu się różnic temperatur ścian zbiornika w związku z występującym przyrostem temperatury górotworu wraz z głębokością, wynoszącym około 3 K na każde 100 m głębokości. Niższa temperatura dwutlenku węgla będzie miała ponadto wpływ na polepszenie warunków dla realizacji procesu adsorpcji CO2 w strukturach węglowych przy przepływie gazu przez kanał zbiornika korytarzowego. Dla wsparcia procesu separacji metanu z mieszaniny gazowej korzystne może być zastosowanie metody separacji membranowej lub zmiennociśnieniowej.The geometry of post-mining shafts subject to adaptation is advantageous. In the case of a shaft adapted to a high-pressure tank, it is possible to install a heat accumulator based on the use of a cylindrical tank that guarantees a uniform gas velocity when flowing through a porous storage filling, which is favorable for heat exchange conditions. The high height of the shaft in relation to its diameter is advantageous due to the distribution of stresses inside the shaft walls resulting from the pressure of buffered carbon dioxide. In the case of a shaft adapted to a decompression chamber, the cylindrical geometry with a vertical axis, characterized by a high height and a relatively small diameter, is advantageous from the point of view of the conditions of gravitational separation of the mixture of carbon dioxide and gases obtained in the methane drainage process. In order to limit the mixing of gases in the volume of the decompression chamber, which will allow for their better gravity separation, it is beneficial to minimize convective movements due to heat exchange between the gases and the tank wall. From this point of view, it is advantageous to use a mesh filling in the upper volume of the decompression chamber and to thermally insulate the walls of the tank. It is also advantageous to cool the tank walls in its lower zone, which is possible by properly organizing the carbon dioxide expansion process in the expander, after which the expanded carbon dioxide will be characterized by a low temperature. This treatment will prevent the establishment of differences in the temperature of the reservoir walls due to the occurring increase in the temperature of the rock mass along with the depth, amounting to approximately 3 K for every 100 m of depth. Moreover, the lower temperature of the carbon dioxide will have an influence on the improvement of the conditions for the implementation of the CO2 adsorption process in the carbon structures with the gas flow through the channel of the corridor vessel. To support the process of separation of methane from the gas mixture, it may be beneficial to use the membrane or pressure swing separation method.

Możliwe jest zorganizowanie zbiornika ciśnieniowego oraz komory dekompresyjnej w objętości jednego szybu pokopalnianego, przy czym dla zminimalizowania strat ciepła mogących występować przy transporcie gorącego CO2 na duże odległości zbiornik wysokociśnieniowy, korzystniej zabudowany powinien zostać w górnej strefie szybu. Korzystny przy tym będzie dostęp z niżej zabudowanej komory dekompresyjnej do głębiej zlokalizowanych w górotworze systemów korytarzowych. Możliwe jest zaplanowanie systemu bez zbiornika ciśnieniowego. W tej sytuacji zasobnik ciepła może być zabudowany w objętości komory dekompresyjnej, co jednak z uwagi na różnice ciśnień pomiędzy gazami po dwóch stronach płaszcza zasobnika, będzie wymagało jego zaprojektowania jako konstrukcji odpornej na występowanie naprężeń mechanicznych. Wtedy też zasobnik ciepła i dalej ekspander zasilany będzie bezpośrednio dwutlenkiem węgle pobieranym z rurociągu transportowego, co będzie wiązało się przy stosunkowo niewielkich ilościach transportowanego gazu, z okresowymi zmianami warunków przepływoIt is possible to organize a pressure vessel and a decompression chamber in the volume of one post-mining shaft, and in order to minimize heat losses that may occur when transporting hot CO2 over long distances, the high-pressure vessel should preferably be installed in the upper zone of the shaft. Advantageous will be the access from the lower decompression chamber to the corridor systems located deeper in the rock mass. It is possible to plan a system without a pressure tank. In this situation, the heat accumulator can be built into the volume of the decompression chamber, which, however, due to the pressure differences between the gases on both sides of the container shell, will require its design as a structure resistant to mechanical stresses. Then the heat accumulator and then the expander will be supplied directly with carbon dioxide taken from the transport pipeline, which will be associated with relatively small amounts of gas transported, with periodic changes in conditions flow

PL 239 532 B1 wych panujących w rurociągu. Korzystniejsze jest wobec tego stosowanie zbiornika wysokociśnieniowego jako zbiornika buforującego, który długookresowo będzie zasilany, lub będzie oddawał dwutlenek węgla do rurociągu przesyłowego, oraz krótkookresowo będzie oddawał dwutlenek węgla do ekspandera lub też przejmował dwutlenek węgla opuszczający sprężarkę.Prevailing in the pipeline. It is therefore more advantageous to use the high-pressure vessel as a buffer vessel which will feed or give carbon dioxide to the transport pipeline in the long term, and give carbon dioxide to the expander in the short term, or to absorb carbon dioxide leaving the compressor.

Claims

1.Compressed carbon dioxide energy storage system with a decompression chamber, characterized in that it is made of at least two underground storage tanks for carbon dioxide, a high-pressure cylindrical tank (1), inside which a heat accumulator (2) in the form of a tank is coaxially located cylindrical (3) with an accumulative filling (4), which in the upper part is connected through a valve (16) with a carbon dioxide expander (5), built on a common shaft with an electric energy generator (6) and a cylindrical decompression chamber (8) with in the upper volume by sieves (9), inside by a dip tube (7), while the dip tube (7) is connected via a valve (20) to a carbon dioxide compressor (12) driven by an electric motor (13) and via a valve (21) connected to the upper part of the heat accumulator (2), while the cylindrical decompression chamber (8) is connected to the corridor tank (10) with the housing by means of dampers (22), (23) a ventilator (24), while in its upper part it has a built-in valve (18) connecting it with the methane purification unit (11).

2. The energy storage system according to claim 1, The process of claim 1, characterized in that the high pressure cylindrical vessel (1) is connected to the carbon dioxide transmission pipeline by a valve (14).

3. The energy storage system according to claim 1, A method as claimed in claim 1, characterized in that the heat accumulator (2) is separated from the cylindrical vessel (1) by a valve (15).

4. The energy storage system according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the methane purification unit (11) is connected by a valve (19) to the dip tube (7).

5. The energy storage system according to claim 1, The process of claim 1, wherein the carbon dioxide transfer pipeline is used as the source of high pressure carbon dioxide.

The method of storing energy, characterized in that carbon dioxide with high pressure in the range up to the critical pressure of 7.38 MPa is taken from the transmission network through the valve (14) and is then buffered after flowing through the valve (15) in the high-pressure reservoir (1) or at the stage of discharging the energy storage system, it supplies the heat accumulator (2) receiving heat from the accumulative filling (4), and after receiving the heat, the hot carbon dioxide leaves the heat accumulator (2) in its upper part and flows through the valve (16). ) to the carbon dioxide expander (5), where, by expanding, it performs the work used to drive the electricity generator (6), then the carbon dioxide flows through the valve (17) into the pit (7), through which it is introduced into the decompression chamber (8) in its lower part, and then carbon dioxide, thanks to the operation of the fan (24), when flowing through the throttle (22) and (23) circulates between the decompression chamber (8) and the volume of the of the underground corridor tank (10), releasing gases from coal seams, including high-energy methane, which are the mining residue of the mine, while in the volume of the decompression chamber (8) the gas mixture is subject to gravity separation, which is supported by sieves (9) by counteracting convective movements, the methane is concentrated in the upper part of the decompression chamber (8) and the carbon dioxide is concentrated in its lower part, gas is collected through the valve (18) and directed to the methane purification unit (11), whereby the separated carbon dioxide is returned to the volume of the decompression chamber ( 8) through the valve (19) and dip tube (7), then in the charging step, carbon dioxide from the decompression chamber (8) and the corridor tank (10) flows through the dip tube (7) and the valve (20) to the compressor (12) , where carbon dioxide is compressed to a pressure lower than the critical pressure of 7.38 MPa and is introduced through the valve (15) into the tank (1) or / and then via the valve (14) to the carbon dioxide transmission network, the heat generated in the compression process being pre-taken over by the accumulation filling (4) of the heat accumulator (2).