CN219263925U - 一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，包括多道布置在地下岩体中的储气洞室，多道储气洞室平行布置，储气洞室内设置储气腔，储气腔包括由内向外依次设置的密封层和混凝土衬砌组成，单个所述储气腔对应与一个独立的通气管道连接；相邻两道储气洞室之间设置连通地面的竖井，竖井在底部与两侧的储气洞室通过连通巷道连通，连通巷道内设置封堵体。本实用新型不会受限于特殊地质地理条件，能够实现灵活布置和大范围推广，提高空间利用率，储气容量大，且能够解决尖锐拐角和岔口钢衬施工问题。

Description

一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统

技术领域

本实用新型涉及压缩空气储能技术领域，具体涉及一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统。

背景技术

压缩空气储能利用压缩空气作为介质来储存富余电能，可以解决可再生能能源的间歇性问题，也可为电网调节峰谷，是实现“碳达峰”和“碳中和”的关键技术。它通过压缩空气储存多余的电能，在需要时将高压空气释放通过膨胀机做功发电。地下高压储气系统作为压缩空气储能电站的主要组成部分，是压缩空气储能电站选址的决定因素，也是其运行性能和可靠性的技术关键。

大规模压缩空气储能电站地下高压储气系统主要采用天然地下洞穴，包括盐岩洞穴、硬岩洞穴、废弃矿洞和地下含水层。天然地下洞穴规模大、成本低，优势明显，但是受限于特殊地质地理条件，难以实现灵活布置和大范围推广，并且深埋地下，地质结构复杂，漏气不易监测，结构稳定性难以得到有效保障，存在一定安全隐患。与之相比，人工内衬洞穴以混凝土作为衬砌，配合密封层和围岩组成，高压储气所产生的荷载主要由围岩承受，混凝土衬砌配合密封层确保密封良好，可使储气压力更高。而且，人造洞室减弱了对于特殊地质地理条件的依赖，有利于压缩空气储能的大规模推广应用。然而，目前国内外尚未有建设商业化运行的人工岩洞地下高压储气系统的经验。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统。本实用新型不会受限于特殊地质地理条件，能够实现灵活布置和大范围推广，提高空间利用率，储气容量大，且能够解决尖锐拐角和岔口钢衬施工问题。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：包括多道布置在地下岩体中的储气洞室，多道储气洞室平行布置，储气洞室内设置储气腔，储气腔包括由内向外依次设置的密封层和混凝土衬砌组成，单个所述储气腔对应与一个独立的通气管道连接；相邻两道储气洞室之间设置连通地面的竖井，竖井在底部与两侧的储气洞室通过连通巷道连通，连通巷道内设置封堵体。

进一步的：所述地下高压储气系统适用于II、III、IV类围岩，埋深为地下100m～200m，正常的储气内压达到10.5MPa。

进一步的：所述储气腔设置为圆形或椭圆形，满足受力状态均匀，不存在尖角应力集中的情况，储气腔的直径d范围为6m～10m。

进一步的：相邻两道储气洞室的洞间距L范围满足L≥5倍储气洞室开挖直径D。

进一步的：所述封堵体为楔形或柱状设置，所述封堵体宽度T满足(1.50～2.0)倍的储气洞室开挖直径D。

进一步的：所述密封层可采用钢材，钢材为普通钢材或不锈钢，普通钢材的厚度设置为10mm～20mm，不锈钢的厚度设置为2mm～5mm。

进一步的：密封层可采用高分子材料，高分子材料为塑料或橡胶，厚度设置为5mm～8mm。

进一步的：所述竖井和连通巷道在高压储气系统的施工期主要作为储气洞室的施工通道，在高压储气系统的运行期和检修期作为通气管道的布置通道。

进一步的：所述竖井内具有中空段，中空段内盛装有水。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型提出的可提高空间利用率的压缩空气储能电站地下高压储气系统可根据存储体积和规模布置地下洞室的尺寸，此外，能够根据场地的地址条件确定合理埋深和洞间距，可充分利用岩层的物理特性，保证围岩的稳定性。该系统能够利用最小间距原则，提高空间利用率，储气容量大，且能够解决尖锐拐角和岔口钢衬施工问题，有利于推广普及，可以为压缩空气储能电站的建设和推广提供新的设计思路。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型竖井的结构示意图；

图3是本实用新型储气腔的结构示意图；

图4是本实用新型柱状封堵体的俯视图；

图5是本实用新型柱状封堵体的主视图；

图6是本实用新型楔形封堵体的俯视图；

图7是本实用新型楔形封堵体的主视图。

附图标记：1-连通巷道，2-储气腔，3-储气洞室，4-竖井，5-封堵体，51-柱状封堵体，52-楔形封堵体，6-中空段，7-通气管道，8-混凝土衬砌，9-密封层。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

如图1至7所示，一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，包括多道布置在地下岩体中的储气洞室3，多道储气洞室3平行布置，储气洞室3内设置储气腔2，储气腔2包括由内向外依次设置的密封层9和混凝土衬砌8组成，单个所述储气腔2对应与一个独立的通气管道7连接，储气腔2需预留进气口和出气口，进出口可共用一个管道，通气管道为DN600；相邻两道储气洞室3之间设置连通地面的竖井4，竖井4在底部与两侧的储气洞室3通过连通巷道1连通，连通巷道1内设置封堵体5。

在本实施例中，该高压储气系统由三条储气洞室3组成，在开挖阶段三条储气洞室3之间连通，可实现多掌子面同时开挖，有利于加快工期，降低时间成本。在施工完成后对连通巷道进行封堵，保证地下洞室的气密性。

所述地下高压储气系统适用于II、III、IV类围岩，埋深为地下100m～200m，正常的储气内压达到10.5MPa，并且可以进行高频循环运行。

储气腔2内衬有混凝土衬砌和密封材料，其设计理念是“密封材料保持储气库气密性，由围岩承担高内压荷载，混凝土的作用是将气体压力均匀地传递到岩体中”。在适宜性差的场地建设压气储能洞室，钢衬将作为承载结构，钢衬结构设计仍需充分保证其气密性和长期运行稳定性。钢衬结构设计应考虑钢衬和围岩的联合承载机制。

所述储气腔2设置为圆形或椭圆形，满足受力状态均匀，不存在尖角应力集中的情况，储气腔2的直径d范围为6m～10m。

洞室高度、埋深和洞间距根据抗抬安全系数确定，抗抬安全系数控制在3.0以上，相邻两道储气洞室3的洞间距L范围满足L≥5倍储气洞室开挖直径D。其中抗抬安全系数采用极限平衡法(圆台理论)和强度折减法计算。

所述封堵体5为楔形或柱状设置，所述封堵体5宽度T满足(1.50～2.0)倍的储气洞室开挖直径D。封堵体5设计应满足抗滑稳定要求，在围岩条件较好，即为II类围岩条件下，采用柱状封堵体51；在围岩条件较差，即为III、IV类围岩条件下，采用楔形封堵体52，楔形封堵体52的夹角α满足30°～50°。

所述密封层9可采用钢材，钢材为普通钢材或不锈钢，普通钢材的厚度设置为10mm～20mm，不锈钢的厚度设置为2mm～5mm。

密封层9可采用高分子材料，高分子材料为塑料或橡胶，厚度设置为5mm～8mm。在围岩条件较差，即为III、IV类围岩条件下，钢衬结构设计应考虑钢衬和围岩的联合承载机制，高内压作用下钢衬的应力应小于容许应力[σ]。

所述竖井4和连通巷道1在高压储气系统的施工期主要作为储气洞室3的施工通道，在高压储气系统的运行期和检修期作为通气管道7的布置通道。

依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：包括多道布置在地下岩体中的储气洞室，多道储气洞室平行布置，储气洞室内设置储气腔，储气腔包括由内向外依次设置的密封层和混凝土衬砌组成，单个所述储气腔对应与一个独立的通气管道连接；相邻两道储气洞室之间设置连通地面的竖井，竖井在底部与两侧的储气洞室通过连通巷道连通，连通巷道内设置封堵体。

2.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述地下高压储气系统适用于II、III、IV类围岩，埋深为地下100m～200m，正常的储气内压达到10.5MPa。

3.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述储气腔设置为圆形或椭圆形，满足受力状态均匀，不存在尖角应力集中的情况，储气腔的直径d范围为6m～10m。

4.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：相邻两道储气洞室的洞间距L范围满足L≥5倍储气洞室开挖直径D。

5.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述封堵体为楔形或柱状设置，所述封堵体宽度T满足1.50～2.0倍的储气洞室开挖直径D。

6.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述密封层可采用钢材，钢材为普通钢材或不锈钢，普通钢材的厚度设置为10mm～20mm，不锈钢的厚度设置为2mm～5mm。

7.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：密封层可采用高分子材料，高分子材料为塑料或橡胶，厚度设置为5mm～8mm。

8.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述竖井和连通巷道在高压储气系统的施工期主要作为储气洞室的施工通道，在高压储气系统的运行期和检修期作为通气管道的布置通道。

9.根据权利要求1所述的一种平硐式压缩空气储能电站地下高压储气系统，其特征在于：所述竖井内具有中空段，中空段内盛装有水。

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