CN114458380A - 利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压缩空气储能技术领域，公开了一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法。该方法包括以下步骤：对地下空间的涌水处进行注浆封堵，使得地下空间的围岩形成封闭空间；在地下空间的围岩的内壁上敷设柔性的气密高分子薄膜，气密高分子薄膜延伸至地下废弃空间的进出口，朝向气密高分子薄膜围成的空间注入压缩空气。本发明提供的压缩空气储能方法可适用于多种类型的地下空间，极大提高了地下空间的利用性，并且方法简单，降低了地下空间的改造成本，此外，气密高分子薄膜可有效防止压缩气体的泄露，避免储存的气体能量降低的现象发生，且当出现气体泄露时，可通过重新铺设或者重叠铺设气密高分子薄膜来恢复地下空间的气密性，便于维护。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，具体地涉及一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法。
背景技术
压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在储存空间，比如储气罐和地下洞室，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。大规模压缩气体存储空间的选取是制约压缩空气储能发展的主要问题之一。目前的应用主要集中于地下盐穴，但地下盐穴资源是极其有限的，远远不能满足大量的、分布式的压缩空气储能装置对大规模储气库的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法。
本发明提供了一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，所述方法包括以下步骤：
对地下水源和水流通道进行探查；
确定地下水源和水流通道的位置后，在地下水源和水流通道的涌水来源的上游进行注浆，使注浆形成帷幕以阻断水流，再对围岩破碎带裸露面进行喷浆加固，封堵围岩表面的大小裂隙。
可选地，对地下空间的涌水处进行封堵的方法包括以下步骤：
对地下水源的水流通道进行探查；
确定水流通道的位置后，在水流通道的涌水来源的上游进行注浆，使注浆在水流通道中形成帷幕以阻断水流通道，再对围岩破碎带裸露面进行喷浆加固，封堵围岩表面的大小裂隙。
可选地，采用不同方位角、倾角、深度的注浆孔将高压注浆导入涌水来源的上游部位，使注浆在注入点向周围数米的范围内扩散，扩散的注浆液互相重叠，形成注浆帷幕。
可选地，当围岩的内壁不满足气密高分子薄膜的铺设需求时，根据地下空间现有的截面形状，沿地下空间的壁面做喷射混凝土、现浇钢筋混凝土、锚杆或喷锚等类型的支护，气密高分子薄膜敷设在混凝土支护的内表面上，或者在施以锚杆支护或喷锚支护的围岩内表面上敷设气密高分子薄膜。
可选地，气密高分子薄膜为高分子聚合物材料制成的片材。
可选地，在地下空间的围岩的内壁上喷塑柔性的高分子交联而成的薄膜以形成气密高分子薄膜。
可选地，气密高分子薄膜在地下空间的进出口与空气管道的连接处通过密封圈压实密封。
可选地，地下空间包括地下巷道、竖井、斜井和地下硐室。
本发明实施方式提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的压缩空气储能方法可适用于多种类型的地下空间，极大提高了地下空间的利用性，并且方法简单，降低了地下空间的改造成本，此外，气密高分子薄膜可有效防止压缩气体的泄露，避免储存的气体能量降低的现象发生，且当出现气体泄露时，可通过重新铺设或者重叠铺设气密高分子薄膜来恢复地下空间的气密性，便于维护。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式所述压缩空气储能的方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施方式只是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
如图1所示，本发明实施方式提供的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法包括以下步骤：
步骤S1，对地下空间的涌水处进行注浆封堵，使得地下空间的围岩形成封闭空间，只留地下空间的进出口，其中，进出口为一个，即充气时，压缩气体通过进出口充入到地下空间内，放气时，地下空间内的压缩气体通过进出口排出。其中，地下空间包括地下巷道、竖井、斜井和地下硐室。即地下空间可为地下巷道、竖井、斜井或地下硐室等。
其中，地下空间在遇到地质断层破碎带、裂隙含水层时，将会出现涌水现象，断层破碎带和裂隙含水层往往是涌水的地下水源和水流通道，具体地，对地下空间的涌水处进行封堵的方法包括以下步骤：
步骤S11，对地下水源和水流通道进行探查，其中，探查方法有很多，目前常用的有二维地震勘探、瞬变电磁法、高密度电阻率法、打探水孔、水力连通试验等。这些方法是要找出断层的方位、地层的富水分布特征、断层附近的富水特征、涌水来源位置、涌水通道分布等，由于其为成熟技术，因此，在此未做过多的描述。
步骤S12，确定地下水源和水流通道的位置后，根据“深部截源、浅部加固”的策略，涌水处进行注浆封堵。这里的“深部截源”是指在地下水源和水流通道的涌水来源的上游进行注浆，使注浆形成帷幕以阻断水流。
具体地，采用不同方位角、倾角、深度的注浆孔将高压注浆(水、水泥、水玻璃等的混合物)导入涌水来源的上游部位，使注浆在注入点向周围数米的范围内扩散，扩散的注浆液互相重叠，形成注浆帷幕，结合水道周围的隔水岩层，把水封堵隔断在水道的上游。其中，注浆压力要以保证巷道围岩的稳定性和不发生大量跑浆为准。这里的“浅部加固”是指“深部截源”后，再对围岩破碎带裸露面进行喷浆加固，封堵围岩表面的大小裂隙。此外，实施中还需要做水力连通试验，以核实水力联系通道与裂隙发育情况，确保封堵效果。
步骤S2，在地下空间的围岩的内壁上敷设柔性的气密高分子薄膜，气密高分子薄膜延伸至地下废弃空间的进出口，朝向气密高分子薄膜围成的空间注入压缩空气，确保能够将高压空气封存在地下空间内，不泄露，保持储气库的压力。进一步优化地，气密高分子薄膜在地下空间的进出口与空气管道的连接处通过密封圈压实密封。具体地，密封圈可选用弹性体材料，使得气密高分子薄膜与金属空气管道无泄漏地连接。
具体地，在一些实施方式中，气密高分子薄膜为高分子聚合物材料制成的片材，其中，高分子聚合物为常见材料，因此，在此未做过多的描述。该种设计方式可通过高分子聚合物材料制成的片材之间的无缝融合连接，使其形成的气密高分子薄膜贴合围岩或支护的表面形状，最大限度地减少对储气空间的损失，并可使储气空间沿地下空间的延伸而无限度地扩展。
在另一些实施方式中，在地下空间的围岩的内壁上喷塑柔性的高分子交联而成的薄膜以形成气密高分子薄膜，该种设计方式可保证气密高分子薄膜的连续性，避免出现压缩气体泄露的现象。可见，气密高分子薄膜的形成方式可根据具体的安装面和施工条件进行确定。
本发明提供的压缩空气储能方法可适用于多种类型的地下空间，极大提高了地下空间的利用性，并且方法简单，降低了地下空间的改造成本，此外，气密高分子薄膜可有效防止压缩气体的泄露，避免储存的气体能量降低的现象发生，且当出现气体泄露时，可通过重新铺设或者重叠铺设气密高分子薄膜来恢复地下空间的气密性，便于维护。上述方法适用于地下空间的围岩足够坚固稳定的情况下，而当围岩不满足气密高分子薄膜的铺设需求时，可使用下述实施方式提供的方法。
在一些实施方式中，在围岩足够坚固稳定但仍需要支护加强的情况下，可以用钢板的焊接拼接来代替下述的较厚的混凝土支护，实现最小的工程占用空间。但在钢板与地下空间的壁面之间的空间需用混凝土灌浆填充，以实现钢板与围岩之间的结构连续性。
在另一些实施方式中，在围岩足够坚固稳定但仍需要支护加强的情况下，可以用玻璃纤维板材的融焊拼接来代替较厚的下述的混凝土支护，实现最小的工程占用空间。但在玻璃纤维板与地下空间的壁面之间的空间需用混凝土灌浆填充，以实现玻璃纤维板与围岩之间的结构连续性。
本发明另一个实施方式还提供了一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，该方法在围岩的内壁不满足气密高分子薄膜的铺设需求时使用，具体包括以下步骤：
步骤S1，对地下空间的涌水处进行注浆封堵，使得地下空间的围岩形成封闭空间。其中，地下空间的涌水处的封堵方式与上述实施方式中地下空间的涌水处的封堵方式相同，因此，在此未做过多的描述。
步骤S2，根据地下空间现有的截面形状，沿地下空间的壁面做喷射混凝土、现浇钢筋混凝土、锚杆或喷锚等类型的支护，气密高分子薄膜敷设在混凝土支护的内表面上，或者在施以锚杆支护或喷锚支护的围岩内表面上敷设气密高分子薄膜。
具体地，根据地下空间的围岩性质、裂隙发育、破碎断面情况、渗水情况、地压、井巷横截面形状和尺寸、储气压力及其波动等条件，沿现有地下空间的截面形状，设计计算出少占空间、成本低廉的喷射混凝土、现浇钢筋混凝土、锚杆或喷锚等型式的支护，保证地下空间的结构稳定坚固、不渗水漏水。在围岩条件适合的地下空间中，利用围岩本身的结构稳定性和强度，直接利用现有围岩裸露的地下空间。
按照设计要求，对地下空间四壁实施常规的支护施工，并封闭地下空间，形成密闭空间，只留地下空间的进出口。确保支护与岩壁形成一个连续的整体，使围岩的地压、储气的内压与支护的应力形成稳定的力学平衡。支护内表面不能留有缝宽超过1mm以上的裂隙。对直接利用裸露围岩的巷道，对围岩表面做必要的表面喷浆处理，为后续敷设气密高分子薄膜做表面准备。
步骤S3，在地下空间的围岩的内壁上敷设柔性的气密高分子薄膜，气密高分子薄膜延伸至地下废弃空间的进出口，朝向气密高分子薄膜围成的空间注入压缩空气。其中，气密高分子薄膜的具体设置方式与上述实施方式中的气密高分子薄膜的具体设置方式相同，因此，在此未做过多描述。
采用上述进行压缩空气储能的方法把地下空间改造中遇到的封堵水、结构支撑、气密的三大功能问题分离开来，分别予以解决。用最小的成本实现每一个功能，再把三个功能叠加起来，保证高效实用，成本低廉，少占空间。如果用常规的钢筋混凝土支护来解决封堵水、结构支撑、气密的问题，则支护势必做得很厚，用材很多，成本很高，并大量占用宝贵的地下空间，使有效的储气空间大大缩小，使废弃的地下空间失去再利用的价值。此外，该种方法可以改造几乎所有的矿山地下井巷系统，具有最广泛的适用性。
需要说明的是，在本文中，关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施方式的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施方式中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施方式，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对地下空间的涌水处进行注浆封堵，使得地下空间的围岩形成封闭空间；
在地下空间的围岩的内壁上敷设柔性的气密高分子薄膜，气密高分子薄膜延伸至地下废弃空间的进出口，朝向气密高分子薄膜围成的空间注入压缩空气。
2.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，对地下空间的涌水处进行封堵的方法包括以下步骤：
对地下水源和水流通道进行探查；
确定地下水源和水流通道的位置后，在地下水源和水流通道的涌水来源的上游进行注浆，使注浆形成帷幕以阻断水流，再对围岩破碎带裸露面进行喷浆加固，封堵围岩表面的大小裂隙。
3.根据权利要求2所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，采用不同方位角、倾角、深度的注浆孔将高压注浆导入涌水来源的上游部位，使注浆在注入点向周围数米的范围内扩散，扩散的注浆液互相重叠，形成注浆帷幕。
4.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，当围岩的内壁不满足气密高分子薄膜的铺设需求时，根据地下空间现有的截面形状，沿地下空间的壁面做喷射混凝土、现浇钢筋混凝土、锚杆或喷锚等类型的支护，气密高分子薄膜敷设在混凝土支护的内表面上，或者在施以锚杆支护或喷锚支护的围岩内表面上敷设气密高分子薄膜。
5.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，气密高分子薄膜为高分子聚合物材料制成的片材。
6.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，在地下空间的围岩的内壁上喷塑柔性的高分子交联而成的薄膜以形成气密高分子薄膜。
7.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，气密高分子薄膜在地下空间的进出口与空气管道的连接处通过密封圈压实密封。
8.根据权利要求1所述的利用地下废弃空间进行压缩空气储能的方法，其特征在于，地下空间包括地下巷道、竖井、斜井和地下硐室。
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