一种压缩空气储能人造地下储气库制造技术

本发明专利技术公开一种压缩空气储能人造地下储气库，包括：密封硐室主体结构和辅助结构，辅助结构包括斜井、竖井和横通道；可设置1座永久性竖井和1座临时性斜井或1座永久性斜井和1座临时性竖井；若只设置1座永久性斜井或竖井，在永久性斜井或竖井内设置输气通道，并通过连通道与密封硐室连接；根据储气库的容积核定密封硐室尺寸；压缩空气储能人造地下储气库的密封硐室采用环形或纵横连通的隧道式结构；密封硐室的承压依靠围岩，密封硐室由外向内依次为第一初期支护、第一防水层、第一二次衬砌、填充层和钢板内衬；填充层用于杜绝钢板内衬与第一二次衬砌之间存在空隙。本发明专利技术可大大降低压缩空气储能对地质条件依赖。储能对地质条件依赖。储能对地质条件依赖。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩空气储能人造地下储气库


[0001]本专利技术属于新能源和储能
，尤其涉及一种压缩空气储能人造地下储气库。

技术介绍

[0002]压缩空气储能具有规模大、寿命长、成本低等优点，被认为是最具发展潜力的大规模储能技术。压缩空气储能技术可实现可再生能源发电的大规模接入，有效解决弃风弃光问题；实现电力系统的削峰填谷，提高电力系统效率、安全性和经济性；是智能电网、分布式能源系统的支撑技术，可有效促进智能微电网系统推广和能源互联网战略实施。
[0003]压缩空气储能技术可分为两大类：传统压缩空气储能和先进压缩空气储能。传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统。在用电低谷，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。目前已在德国(Huntorf 290MW)和美国(McIntosh 110MW)得到了商业应用，在日本、以色列、芬兰和南非等国家也有相关研究。但是传统压缩空气储能系统存在三个主要技术瓶颈，一是依赖天然气等化石燃料提供热源，同时增加了碳排放，不利于环保；二是需要特殊地理条件建造大型储气洞穴，如盐穴、废弃矿洞等；三是系统效率较低，Huntorf和McIntosh电站的效率分别为42％和54％，需进一步提高。新型压缩空气储能无需化石燃料，降低地理条件依赖性，系统的效率相对较高。
[0004]在储气方面，现有压缩空气储能项目的储气装置主要有天然盐穴、废弃矿洞、钢制储罐。天然盐穴密封性好，造价相对较低，但选址受限；废弃矿洞虽开挖工程量小，但可行选址有限且密封技术难度大；钢制储罐技术成熟、选址灵活、技术难度低，但建设成本高，受钢材市场环境影响，价格波动大。可见，降低地理条件限制、选择经济、合理、安全的储气装置，对于压缩空气储能系统的推广应用具有重要意义。相比于天然盐穴和废弃矿洞，硬质岩石层分布较广泛，在硬质岩石层进行人造地下储气库建设，可大大降低对地理条件依赖。但压缩空气储能电站运行过程中，储气压力随着系统充放电存在周期性的变化，因此，人造地下储气布局与构造设计成为压缩空气储能地下工程的重要内容，对于压缩空气储能技术规模化应用具有重要意义。
[0005]目前关于压缩空气储能地下储气装置采用的专利主要针对储气罐、盐穴和废弃矿洞等。如CN113738446A公开了盐穴改建储气库的方法，但完全不适用于硬质岩层人造储气库建设。专利CN114876572A公开了一种地下储气库及利用废弃矿洞改建地下储气库的选址与改造方法，但对于硬质岩石层人造地下储气库并不完全适用。CN113428556 B公开了一种地下储气库及其构建方法，只是对地下岩体中储气腔结构进行描述，但对地下储气库的布局并没有描述，且缺乏防水防腐考虑。
[0006]现有地下储气技术主要是利用盐穴和废弃矿洞进行改造，大大限制了压缩空气储能应用范围，且其布局、构造与密封方法对于硬质岩石层并不完全适用。

技术实现思路

[0007]针对现有压缩空气储能地下储气技术多以利用盐穴和废弃矿洞进行地下储气库建设，使得压缩空气储能建设受限于地质条件，且缺乏硬质岩石层人造储气库建设的布局与构造研究的问题，本专利技术提供一种压缩空气储能人造地下储气库，其布局与构造方法可实现硬质岩石层人造储气库开发建设，降低对地质条件限制。
[0008]本专利技术一方面提供了一种压缩空气储能人造地下储气库，利用硬岩地层建设，包括：
[0009]密封硐室主体结构和辅助结构，其中所述辅助结构包括斜井、竖井和横通道中的一个或多个；其中所述斜井与竖井可以二选一，也可设置1座永久性竖井和1座临时性斜井或1座永久性斜井和1座临时竖井；若只设置1座永久性斜井或1座永久性竖井，则在所述永久性斜井或永久性竖井内设置输气通道，并通过连通道与密封硐室连接根据所述储气库的容积核定所述密封硐室尺寸；压缩空气储能人造地下储气库的密封硐室采用环形或纵横连通的隧道式结构；所述密封硐室的承压依靠围岩(6)，所述密封硐室由外向内依次为第一初期支护(5)、第一防水层(4)、第一二次衬砌(3)、填充层(2)和钢板内衬(1)；其中所述填充层(2)用于杜绝钢板内衬(1)与第一二次衬砌(3)之间存在空隙，影响稳定性及承压能力。
[0010]优选的，所述密封硐室埋深设置为100
‑
200m。
[0011]优选的，对于I、II、III类围岩地段，所述第一初期支护(5)采用锚杆加固围岩松动区，并设置网喷混凝土；对于IV类、V类围岩和断层破碎带，第一初期支护(5)采用锚杆加固围岩松动区的同时，设置钢架+网喷混凝土加固。
[0012]优选的，根据地质条件，对于I、II、III类围岩，第一二次衬砌(3)可采用厚度0.5m的C40钢筋混凝土，对于IV和V类围岩，第一二次衬砌(3)需采用更高厚度和强度的钢筋混凝土。
[0013]优选的，所述钢板内衬(1)采用柔性钢内称，柔性钢内称可伴随衬砌、围岩外扩变形而不屈服，根据第一围岩(6)的强度所述钢板内衬(1)的厚度为15
‑
20mm；若采用所述钢板内衬(1)承压，厚度增加至30mm。
[0014]优选的，所述填充层(2)内使用丙烯盐酸和/或聚氨酯具有防渗堵漏类材料，并设置防水结构，所述防水结构包括第一防水层(4)，所述第一防水层(4)采用LDPE防水板耦合速凝橡胶沥青喷涂防水层方式，所述速凝橡胶沥青选择喷涂至所述钢板内衬(1)内侧。
[0015]优选的，所述斜井由外向内依次为第二初期支护(4A)、第一衬砌(2A)和第二防水层(1A)；对于II、III类围岩，所述第二初期支护(4A)为C25喷混凝土及钢筋网加固，并用锚杆(3A)固定；第一衬砌(2A)采用C30或C35钢筋混凝土；第二防水层(1A)采用1.5mm厚EVA防水板；对于IV、V类围岩，在所述第二初期支护(4A)中增加钢架结构加固。
[0016]优选的，所述竖井由外向内依次为第三初期支护(3B)、第二二次衬砌(1B)和第三防水层(2B)，所述竖井承压依靠第二围岩(4B)；对于II、III类围岩，第三初期支护(3B)选用C25喷混凝土及钢筋网加固，并用系统锚杆固定；或厚度为0.3m的C40钢筋混凝土；防水层为1.5mm厚EVA防水板；对于IV类围岩，加长系统锚杆长度；对于V类围岩，在第三初期支护(3B)增加型钢支护加固。
[0017]优选的，所述竖井包括横通道，T型连通道(3C)通过混凝土塞(4C)维持稳定，并与密封硐室和竖井连通，通过两侧密封硐室的压力平衡，使其达到稳定状态，两侧密封硐室端
口采用半球形结构。
[0018]本专利技术的第二方面提供一种压缩空气储能系统，包括第一方面所述的压缩空气储能人造地下储气库。
[0019]本专利技术的第三方面提供一种压缩空气储能方法，由第二方面所述的压缩空气储能系统实施。
[0020]本专利技术提供的压缩空气储能人造地下储气库，具有如下有益的技术效果：
[0021]提供了硬质岩石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能人造地下储气库，利用硬岩地层建设，其特征在于，包括：密封硐室主体结构和辅助结构，其中所述辅助结构包括斜井、竖井和横通道中的一个或多个；其中所述斜井与竖井可以二选一，也可设置1座永久性竖井和1座临时性斜井或1座永久性斜井和1座临时竖井；若只设置1座永久性斜井或1座永久性竖井，则在所述永久性斜井或永久性竖井内设置输气通道，并通过连通道与密封硐室连接；根据所述储气库的容积核定所述密封硐室尺寸；压缩空气储能人造地下储气库的密封硐室采用环形或纵横连通的隧道式结构；所述密封硐室的承压依靠围岩(6)，所述密封硐室由外向内依次为第一初期支护(5)、第一防水层(4)、第一二次衬砌(3)、填充层(2)和钢板内衬(1)；其中所述填充层(2)用于杜绝钢板内衬(1)与第一二次衬砌(3)之间存在空隙，影响稳定性及承压能力。2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能人造地下储气库，其特征在于，所述密封硐室埋深设置为100
‑
200m。3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能人造地下储气库，其特征在于，对于I、II、III类围岩地段，所述第一初期支护(5)采用锚杆加固围岩松动区，并设置网喷混凝土；对于IV类、V类围岩和断层破碎带，第一初期支护(5)采用锚杆加固围岩松动区的同时，设置钢架+网喷混凝土加固。4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能人造地下储气库，其特征在于，根据地质条件，对于I、II、III类围岩地段，第一二次衬砌(3)采用厚度0.5m的C40钢筋混凝土，对于IV和V类围岩，第一二次衬砌(3)采用更高厚度和强度的钢筋混凝土。5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能人造地下储气库，其特征在于，所述钢板内衬(1)采用柔性钢内称，柔性钢内称可伴随衬砌、围岩外扩变形而不屈服，根据第一围岩(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽杰，郝洪亮，薛建华，王瑞华，曹雷年，张晓明，朱鸿飞，郭德生，董孟翘，
申请(专利权)人：大唐中宁能源开发有限公司，
类型：发明
国别省市：