本发明专利技术公开一种地下储氢装置，涉及地下储氢技术领域，包括储氢岩洞，所述储氢岩洞内用于储存氢气，所述储氢岩洞位于地下岩层；所述储氢岩洞的内壁上设置有密封衬砌层，所述密封衬砌层包括由内至外依次设置的密封内衬层和衬砌层，所述密封内衬层能够对所述储氢岩洞内的氢气进行密封，所述衬砌层位于所述密封内衬层与所述储氢岩洞的内壁之间，能够对所述密封内衬层进行固定。本发明专利技术还公开一种地下储氢系统及方法。本发明专利技术能够降低由于生化反应造成的氢气损失，提高体积储氢效率，地质条件灵活且不受巨厚盐岩地层约束，具有显著的经济性和安全性。全性。全性。
【技术实现步骤摘要】
地下储氢装置、系统及方法
[0001]本专利技术涉及地下储氢
，特别是涉及一种地下储氢装置、系统及方法。
技术介绍
[0002]化石燃料的大量使用造成二氧化碳的过量排放，由此引起的全球气候变暖让能源转型问题变成生死攸关的全球性问题。氢是自然界中含量最多的元素，来源十分广泛，1m3氢气通过燃烧产生12.7兆焦耳的能量，而1m3甲烷产生40兆焦耳热量。虽然氢气热值低，但氢气的比能在所有的燃料中最高，且氢气在经过燃料电池或者燃烧后的最终产物为H2O，过程中无CO2排放，也无污染物排放，因此氢能被视为未来最佳的清洁能源，具有很大的发展潜力。将太阳能、风能、水能和地热能等可再生能源产生的非持续性电能用于电解水制氢储存后再稳定供应，是缓解全球变暖及其负面影响的重要方案之一。
[0003]但氢气能量密度较低，其储存方式一直是世界性难题，大量存储更加困难。由于氢气在液化过程中自身损失非常巨大，操作复杂且成本高，压缩气态储存则成为氢气大规模储存的唯一方案。与地上储存方式相比，无论在安全环保、储量规模和投资成本方面，氢气地下储存更具优势。地下储氢能够保障国家能源供给安全、充分利用地下储存空间，在提高能源利用效率、节能减排、降低储集成本以及调峰和安全稳定供气发挥重要作用。
[0004]由于氢气和天然气在物理化学特性方面的明显差异、金属材料环境氢脆的影响以及氢气与微生物和矿物质的生物化学反应等原因，传统的地下储气模式对氢气并不适宜直接套用。
[0005]中国专利技术专利(CN114059083A)公开的方案中，是将太阳能发电制取的氢气最终注入到废弃油气藏中，该方法可以利用太阳能持续产生氢气，但废弃油气藏中大量存在的硫化物和普遍存在的微生物，会引发氢气的还原反应，造成氢气的显著损失，浪费资源，采出氢气的提纯工艺和设备还会增加成本；中国专利技术专利(CN108529124A)公开的方案中，是通过进行地质选型，管柱选材，腔体气密性检测、稳定性与密闭性分析评价等准备工作，将氢气储存于盐岩溶腔内，该方法可以预防盐穴溶腔储氢工作中可能发生的氢气泄漏、管柱器材氢脆化等问题，但盐穴溶腔对地质条件要求较高，必须存在巨厚盐丘地层才能进行溶腔操作。
[0006]可见，现有的地下储氢方式存在着氢气损失严重或受地质条件约束等问题；因此，亟需提供一种新的地下储氢方式以解决现有技术中所存在的上述问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种地下储氢装置、系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够降低由于生化反应造成的氢气损失，提高体积储氢效率，地质条件灵活且不受巨厚盐岩地层约束，具有显著的经济性和安全性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种地下储氢装置，包括储氢岩洞，所述储氢岩洞内用于储存氢气，所
述储氢岩洞位于地下岩层；所述储氢岩洞的内壁上设置有密封衬砌层，所述密封衬砌层包括由内至外依次设置的密封内衬层和衬砌层，所述密封内衬层能够对所述储氢岩洞内的氢气进行密封，所述衬砌层位于所述密封内衬层与所述储氢岩洞的内壁之间，能够对所述密封内衬层进行固定。
[0010]优选的，所述储氢岩洞位于地下硬岩岩层，所述储氢岩洞的埋深在地下100米以下。
[0011]优选的，所述密封内衬层为钢内衬层，所述衬砌层包括由内至外依次设置的混凝土滑动层、钢筋混凝土层和喷浆混凝土层；其中，所述储氢岩洞内垫层气含量为氢气的20％
‑
30％，所述垫层气为氮气。
[0012]优选的，所述储氢岩洞内还设置有排水排气系统，所述排水排气系统包括环形水平集气管、竖直排水管和地面排气管，所述储氢岩洞的底部和顶部均设置有所述环形水平集气管，且所述环形水平集气管与所述地面排气管连接；所述竖直排水管设置于所述喷浆混凝土层内，且所述竖直排水管沿环形设置有多个。
[0013]本专利技术还提供一种地下储氢系统，包括氢气传输系统和上述的地下储氢装置，所述氢气传输系统包括竖井，所述竖井的底端和所述储氢岩洞连通，所述竖井的顶端位于地表并能够通过注气管和采气管分别与制氢端以及输氢管网连通，所述注气管上设置有注气阀门，所述采气管上设置有采气阀门。
[0014]优选的，所述竖井为注采气竖井，所述注采气竖井的顶部通过密封结构密封，所述密封结构上设置有注气接口用于与所述注气管连接，所述密封结构上还设置有采气接口用于与所述采气管连接。
[0015]优选的，所述地下储氢系统还包括用于供工作人员和施工车辆设备进出的巷道系统，所述巷道系统包括施工斜坡道、竖井巷道、岩洞上部巷道和岩洞下部巷道，所述施工斜坡道的顶端为巷道系统进口，所述施工斜坡道的底端与所述岩洞上部巷道以及所述岩洞下部巷道连接，所述岩洞上部巷道以及所述岩洞下部巷道分别与所述储氢岩洞的上部以及下部连接，所述施工斜坡道还通过所述竖井巷道与所述竖井连接。
[0016]优选的，所述地下储氢系统还包括监测系统，所述监测系统包括传感器组件和地面接收端，所述传感器组件与所述地面接收端连接，所述传感器组件包括多个传感器，所述传感器分布于所述密封内衬层的外层四周；其中，所述传感器至少包括用于监测所述储氢岩洞的压力的压力传感器、用于监测所述储氢岩洞温度的温度传感器、以及用于监测地下水的水位传感器。
[0017]优选的，所述储氢岩洞设置有多个，每个所述储氢岩洞均连接有一所述注采气竖井。
[0018]本专利技术还提供一种地下储氢方法，采用上述的地下储氢系统，包括以下步骤：
[0019]不稳定注气：打开所述注气阀门，关闭所述采气阀门，将所述制氢端制取的不稳定氢气源通过所述竖井注入到所述储氢岩洞内进行储存；
[0020]稳定采气：关闭所述注气阀门，打开所述采气阀门，将所述储氢岩洞内的氢气通过所述竖井以稳定排量排至所述输氢管网。
[0021]本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0022]本专利技术能利用传统技术开挖的地下岩洞做为储氢岩洞，实现大规模储存氢气，人
工建造的密封衬砌层能够尽可能地降低由于生化反应造成的氢气损失，提高体积储氢效率，而且对地质条件要求不高，具有显著的选址灵活性，且不受巨厚盐岩地层约束，具有显著的经济性和安全性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的地下岩洞储氢系统的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的地下岩洞储氢装置的密封衬砌层示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的地下岩洞储氢系统的岩洞群结构示意；
[0027]其中，1为施工斜坡道，2为竖井巷道，31为岩洞上部巷道，32为岩洞下部巷道，4为注采气竖井，5为储氢岩洞，6为注气阀门，7为采气阀门，8为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地下储氢装置，其特征在于：包括储氢岩洞，所述储氢岩洞内用于储存氢气，所述储氢岩洞位于地下岩层；所述储氢岩洞的内壁上设置有密封衬砌层，所述密封衬砌层包括由内至外依次设置的密封内衬层和衬砌层，所述密封内衬层能够对所述储氢岩洞内的氢气进行密封，所述衬砌层位于所述密封内衬层与所述储氢岩洞的内壁之间，能够对所述密封内衬层进行固定。2.根据权利要求1所述的地下储氢装置，其特征在于：所述储氢岩洞位于地下硬岩岩层，所述储氢岩洞的埋深在地下100米以下。3.根据权利要求1所述的地下储氢装置，其特征在于：所述密封内衬层为钢内衬层，所述衬砌层包括由内至外依次设置的混凝土滑动层、钢筋混凝土层和喷浆混凝土层；其中，所述储氢岩洞内垫层气含量为氢气的20％
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30％，所述垫层气为氮气。4.根据权利要求3所述的地下储氢装置，其特征在于：所述储氢岩洞内还设置有排水排气系统，所述排水排气系统包括环形水平集气管、竖直排水管和地面排气管，所述储氢岩洞的底部和顶部均设置有所述环形水平集气管，且所述环形水平集气管与所述地面排气管连接；所述竖直排水管设置于所述喷浆混凝土层内，且所述竖直排水管沿环形设置有多个。5.一种地下储氢系统，其特征在于：包括氢气传输系统和如权利要求1
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4任意一项所述的地下储氢装置，所述氢气传输系统包括竖井，所述竖井的底端和所述储氢岩洞连通，所述竖井的顶端位于地表并能够通过注气管和采气管分别与制氢端以及输氢管网连通，所述注气管上设置有注气阀门，所述采气管上设置有采气阀门。6.根据权利要求5所述的地下储氢系统，其特征在于：所述竖井为注采气竖井，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：荆少东，韩伟民，王智，徐帅陵，刘忠，刘寒月，徐辉，张湘伟，
申请(专利权)人：中石化石油工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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