CN115385004B - 高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，包括：发电装置、内衬式岩洞、压缩机、膨胀机、电网、换热器、换热装置和热力发电机；其中，发电装置与内衬式岩洞均与压缩机连接；内衬式岩洞还与膨胀机连接；膨胀机还分别与电网和换热器连接；换热器还分别与换热系统和热力发电机连接。本申请采用冰幕衬砌代替传统混凝土衬砌，有效利用了高寒地区的极端寒冷天气，弥补了混凝土耐久性不足等特点；采用热量回收系统有效回收了压缩气体过程中释放的热能，并将其转化为电能作为冰幕衬砌降温能源供应，有效避免了能量的浪费。

Description

高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统
技术领域
本申请涉及地下能源存储技术领域，具体涉及高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统。
背景技术
内衬式岩洞洞室内部不与周围地质环境接触，处于较为纯净的气体混合状态，不存在残留油气成分、湿润黏土、毛细作用等其他地下孔隙结构中的复杂环境，可以保证采出气体较高的纯度，是较为理想的压缩气体存储体系。
在高寒冻土地区开挖内衬式岩洞进行清洁能源发电“削谷填峰”利用的过程中，衬砌层混凝土面临着极端寒冷的天气，对其养护条件、强度形成及耐久性能提出了更高的要求，研发适用于高寒极端天气的混凝土材料及其施工工艺无疑会耗费巨大的人力财力。因此，面对高寒地区独特的气候条件，亟需研发一种就地取材、能量循环利用的新型内衬岩洞储气体系。
发明内容
本申请采用冰幕衬砌代替传统混凝土衬砌，有效利用了高寒地区的极端寒冷天气，弥补了混凝土耐久性不足等特点。
为实现上述目的，本申请提供了高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，包括：发电装置、内衬式岩洞、压缩机、膨胀机、电网、换热器、换热装置和热力发电机；其中，所述发电装置与所述内衬式岩洞均与所述压缩机连接；所述内衬式岩洞还与所述膨胀机连接；所述膨胀机还分别与所述电网和所述换热器连接；所述换热器还分别与所述换热系统和所述热力发电机连接。
优选的，所述内衬式岩洞包括：内衬材料、沥青缓冲层、冰幕衬砌和围岩；
所述内衬材料用于隔绝内部气体与外部环境的接触；
所述沥青缓冲层用于缓冲内衬材料与衬砌层之间的摩擦力；
所述冰幕衬砌用于承担所述内部气体产生的气体压力并将其均匀地分散给围岩；
所述围岩用于承受所述冰幕衬砌分散出来的所述气体压力。
优选的，所述冰幕内砌包括：降温系统和纤维材料；
所述降温系统用于能量供应；
所述纤维材料用于增加所述冰幕衬砌结构的韧性。
优选的，所述降温系统的工作流程包括：通过回收压缩气体热量产生的电能来进行能量供应。
优选的，首先利用所述发电装置产生的电能带动所述压缩机压缩空气和氢气，得到压缩气体；将所述压缩气体注入所述内衬式岩洞，带动所述膨胀机发电，将势能转化为电能，之后并网至所述电网中，补充高峰期用量需求；同时，利用所述换热器将气体压缩过程中释放的热能进行收集，并传递至所述换热系统，最终通过所述热力发电机进行冰幕降温。
优选的，所述发电装置的工作流程包括：利用清洁能源发电进行电解水制氢，并将所述氢气传输所述压缩机。
优选的，所述内衬式岩洞的工作流程包括：收集所述压缩机传输来的压缩气体，并进行非峰电荷存储，在用电高峰期时将压缩气体释放，通过带动所述膨胀机发电，将势能转化为电能，之后并网至所述电网中用以补充高峰期电量需求。
优选的，所述热力发电机的工作流程包括：将压缩气体过程中浪费电能而释放的热能二次收集利用，并通过热能发电将回收的电能利用于冰幕降温。
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
本申请公开的高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，与现有的内衬式岩洞相比，采用冰幕衬砌代替传统混凝土衬砌，有效利用了高寒地区的极端寒冷天气，弥补了混凝土耐久性不足等特点；采用热量回收系统有效回收了压缩气体过程中释放的热能，并将其转化为电能作为冰幕衬砌降温能源供应，有效避免了能量的浪费；采用带纤维的冰幕衬砌，有效提高了冰幕衬砌层的任性；采用的冰幕衬砌系统相较于混凝土衬砌层质量更具有可控性，处于工作状态的衬砌层混凝土出现拉伸裂缝后几乎不存在修复的可能，而冰幕层衬砌可通过挤压注水、外界降温的方式有效弥补压缩或拉伸裂缝，保证冰幕的完整性，提高冰幕衬砌层的耐久性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面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是本申请的一些实施例，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为本申请的系统结构示意图；
图2为本申请的内衬式岩洞结构示意图；
图3为本申请的冰幕衬砌结构组成示意图。
附图标记说明：1、发电装置；2、内衬式岩洞；3、压缩机；4、膨胀机；5、电网；6、换热器；7、换热系统；8、热力发电机；9、内衬材料；10、沥青缓冲层；11、冰幕衬砌；12、围岩；13、降温系统；14、纤维材料。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，为本申请的系统结构示意图，其中，发电装置1与内衬式岩洞2均与压缩机3连接；内衬式岩洞2还与膨胀机4连接；膨胀机4还分别与电网5与换热器6连接；换热器6还分别与换热系统7和热力发电机8连接。
首先发电装置1利用清洁能源发电产生的电能带动压缩机3压缩空气、氢气等气体，压缩气体经由注采气通道进入内衬式岩洞2进行非峰电荷存储，在用电高峰期时压缩气体释放，通过带动膨胀机4发电，将势能转化为电能，之后并网至电网5用以补充高峰期的用电量需求。另一方面，气体压缩过程中释放的热能经过换热器6收集，并传递至换热系统7，最终通过热力发电机8将压缩气体过程中浪费电能而释放的热能二次收集利用，并通过热能发电将回收的电能利用于冰幕降温。
如图2所示，为本申请的内衬式岩洞结构示意图，由内向外依次为内衬材料9，沥青缓冲层10，冰幕衬砌11和围岩12。工作流程包括：通过内衬材料9来起到密封作用，隔绝内部气体与外部环境的接触，但是其并不承担气体压力；而沥青缓冲层10作为软体缓冲材料，缓冲内衬材料与衬砌层之间的摩擦力；冰幕衬砌11用于承担气体压力，并将其均匀地分散给围岩12。
如图3所示，为本申请冰幕衬砌结构组成示意图，图中降温系统 13通过回收压缩气体热量产生的电能进行能量供应；纤维材料14可增加冰幕衬砌11结构的韧性。
实施例二
下面将结合本实施例详细说明本申请如何解决实际生产生活中的技术问题。
首先，需要先搭建内衬式岩洞，步骤包括：
开挖地下洞室，架设密封模板，分层注入含纤维的水，利用高寒地区低温天气及辅助降温系统形成冰幕，并在冰幕内侧依次建设沥青缓冲层10和内衬材料9。在冰幕衬砌11冷冻成型期间将辅助降温系统13和纤维材料14冷冻于衬砌层中。
之后搭建地面设备及热量回收系统。采用太阳能、风能等清洁能源发电进行电解水制氢，并通过压缩机将氢气压缩后注入地下洞室。
压缩氢气过程中释放的热量通过换热器6和换热系统7进行热量回收，回收的热量通过热力发电机发电，电量通过线路供应冰幕降温所需消耗。
内衬岩洞2通过带动膨胀机4发电，将势能转化为电能，之后并网至电网5用以补充高峰期的用电量需求。
在运营期间定时向冰幕系统中高压注水，通过降温将流入冰幕裂隙中的水冰冻，修复冰幕裂隙。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，其特征在于，包括：发电装置、内衬式岩洞、压缩机、膨胀机、电网、换热器、换热系统和热力发电机；其中，所述发电装置与所述内衬式岩洞均与所述压缩机连接；所述内衬式岩洞还与所述膨胀机连接；所述膨胀机还分别与所述电网和所述换热器连接；所述换热器还分别与所述换热系统和所述热力发电机连接；所述内衬式岩洞包括：内衬材料、沥青缓冲层、冰幕衬砌和围岩；所述内衬材料用于隔绝内部气体与外部环境的接触；所述沥青缓冲层用于缓冲内衬材料与衬砌层之间的摩擦力；所述冰幕衬砌用于承担所述内部气体产生的气体压力并将其均匀地分散给围岩；所述围岩用于承受所述冰幕衬砌分散出来的所述气体压力；所述冰幕衬砌包括：降温系统和纤维材料；所述降温系统用于能量供应；所述纤维材料用于增加所述冰幕衬砌结构的韧性；所述降温系统的工作流程包括：通过回收压缩气体热量产生的电能来进行能量供应；首先利用所述发电装置产生的电能带动所述压缩机压缩空气和氢气，得到压缩气体；将所述压缩气体注入所述内衬式岩洞，带动所述膨胀机发电，将势能转化为电能，之后并网至所述电网中，补充高峰期用量需求；同时，利用所述换热器将气体压缩过程中释放的热能进行收集，并传递至所述换热系统，最终通过所述热力发电机进行冰幕降温。
2.根据权利要求1所述的高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，其特征在于，所述发电装置的工作流程包括：利用清洁能源发电进行电解水制氢气，并将氢气传输所述压缩机。
3.根据权利要求1所述的高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，其特征在于，所述内衬式岩洞的工作流程包括：收集所述压缩机传输来的压缩气体，并进行非峰电荷存储，在用电高峰期时将压缩气体释放，通过带动所述膨胀机发电，将势能转化为电能，之后并网至所述电网中用以补充高峰期电量需求。
4.根据权利要求1所述的高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统，其特征在于，所述热力发电机的工作流程包括：将压缩气体过程中浪费电能而释放的热能二次收集利用，并通过热能发电将回收的电能利用于冰幕降温。
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