一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置的制作方法

本发明涉及地下能源存储等相关领域，特别是涉及一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置。

背景技术：

1、压缩空气储能作为大规模新能源储能手段之一，全球对压缩空气储能是否可以作为新时期大型能源存储的可靠方案进行了广泛的讨论。以压缩空气储能在废弃矿井中建设为例，压缩空气储能具有选址简单，对环境要求低等要求，这意味着压缩空气储能的可行性会对废弃地下空间的利用提供新的思路，特别是我国废弃或即将关闭的煤矿的新型改造转型。压缩空气储能具有大规模能量存储转换能力，与传统的燃煤发电厂相比，压缩空气储能技术对环境的影响非常小，不会对环境产生任何的污染气体排放，这意味着其对实施双碳目标具有积极作用。

2、然而，对于煤矿等相对较软的地下岩层属性，压缩空气储能的建设是非常不容易的。现今的讨论主要集中在储气库在存储气体的时具有较高的气体压力，该压力会导致岩石发生较大变形，甚至发生破裂从而产生危险。除此之外，最令人关注的技术难题就是储气库与气塞的连接部位方式的可行性方案探讨。储气库内部存在气体可能会在连接处发生泄漏，据研究，泄漏量达到1％，经济效益就会显著下降，当泄漏量达到5％，经济效益基本为零。这就对储气库与气塞的连接处提出了严峻的挑战。

3、因此，亟需一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，以解决现有技术存在的问题，通过混凝土衬砌层、气塞、一级液封组件和二级液封组件的配合，可以巧妙的利用机械结构和液体的物理属性来预防气体发生泄漏，对储气库提供一个低渗透率的环境。混凝土衬砌层、一级液封组件和二级液封组件集合组成了几何形变和应力传导的结构，这不仅可以释放掉局部的高压力，还有利于储气库变形更为均匀。该装置可以帮助解决压缩空气储能的储气库与气塞连接处气体难封闭的关键科学问题，有利于实现能源的高效利用和可持续发展，推动可再生能源的广泛应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，包括储气库，所述储气库形成于围岩内，还包括：

3、混凝土衬砌层，所述混凝土衬砌层位于所述储气库内，且与所述围岩的岩石层相连接，所述混凝土衬砌层的表层做密封处理；

4、气塞，所述气塞与所述混凝土衬砌层适配；

5、一级液封组件，包括弹性件ⅰ，所述弹性件ⅰ嵌设在所述混凝土衬砌层和气塞之间，且所述混凝土衬砌层、气塞和所述弹性件ⅰ形成的区域内放置有流体ⅰ；

6、二级液封组件，包括弹性件ⅱ，所述弹性件ⅱ嵌设在所述混凝土衬砌层和气塞之间，且所述混凝土衬砌层、气塞、弹性件ⅰ和弹性件ⅱ形成的区域内放置有流体ⅱ，所述弹性件ⅰ远离所述气塞设置，所述弹性件ⅱ接近所述气塞设置；

7、当所述储气罐内输入气体时，在气体的压力下，所述弹性件ⅱ和弹性件ⅰ均沿第一方向移动，同时会将压力分别传递给所述流体ⅱ和流体ⅰ，所述流体ⅱ和流体ⅰ受到压力后会流动在形成的区域内传递压力。

8、优选的，所述混凝土衬砌层包括混凝土衬砌层ⅰ和混凝土衬砌层ⅱ，所述混凝土衬砌层ⅰ和混凝土衬砌层ⅱ分别位于所述气塞的两侧；

9、所述混凝土衬砌层ⅰ与所述气塞的连接处和所述混凝土衬砌层ⅱ与所述气塞的连接处均设置为台阶型结构。

10、优选的，所述流体ⅰ和流体ⅱ与所述气塞的连接处均为台阶型结构。

11、优选的，所述弹性件ⅰ和弹性件ⅱ为弹性球，且所述弹性件ⅰ的直径小于所述弹性件ⅱ的直径。

12、优选的，所述弹性件ⅰ的直径小于所述气塞的台阶高度；所述弹性件ⅱ的半径大于所述气塞的台阶高度。

13、优选的，所述流体ⅰ和流体ⅱ为液体材料，且所述流体ⅰ的可压缩性小于所述流体ⅱ的可压缩性。

14、优选的，还包括密封层，所述密封层设置在所述混凝土衬砌层的表层。

15、优选的，所述密封层一端与所述围岩接触，另一端与所述气塞的台阶接触，所述弹性件ⅰ和弹性件ⅱ的一侧面与所述密封层接触设置。

16、优选的，还包括低渗透层，所述低渗透层设置所述气塞上。

17、本发明公开了以下技术效果：本发明的压缩空气储能气塞装置通过混凝土衬砌层、气塞、一级液封组件和二级液封组件的配合，可以巧妙的利用机械结构和液体的物理属性来预防气体发生泄漏，对储气库提供一个低渗透率的环境。混凝土衬砌层、一级液封组件和二级液封组件集合组成了几何形变和应力传导的结构，这不仅可以释放掉局部的高压力，还有利于储气库变形更为均匀。该装置可以帮助解决压缩空气储能的储气库与气塞连接处气体难封闭的关键科学问题，有利于实现能源的高效利用和可持续发展，推动可再生能源的广泛应用。

技术特征：

1.一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，包括储气库(7)，所述储气库(7)形成于围岩(1)内，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述混凝土衬砌层包括混凝土衬砌层ⅰ(3)和混凝土衬砌层ⅱ(4)，所述混凝土衬砌层ⅰ(3)和混凝土衬砌层ⅱ(4)分别位于所述气塞(2)的两侧；

3.根据权利要求1所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述流体ⅰ(502)和流体ⅱ(602)与所述气塞(2)的连接处均为台阶型结构。

4.根据权利要求1所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述弹性件ⅰ(501)和弹性件ⅱ(601)为弹性球，且所述弹性件ⅰ(501)的直径小于所述弹性件ⅱ(601)的直径。

5.根据权利要求4所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述弹性件ⅰ(501)的直径小于所述气塞(2)的台阶高度；所述弹性件ⅱ(601)的半径大于所述气塞(2)的台阶高度。

6.根据权利要求1所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述流体ⅰ(502)和流体ⅱ(602)为液体材料，且所述流体ⅰ(502)的可压缩性小于所述流体ⅱ(602)的可压缩性。

7.根据权利要求1所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：还包括密封层(9)，所述密封层(9)设置在所述混凝土衬砌层的表层。

8.根据权利要求7所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：所述密封层(9)一端与所述围岩(1)接触，另一端与所述气塞(2)的台阶接触，所述弹性件ⅰ(501)和弹性件ⅱ(601)的一侧面与所述密封层(9)接触设置。

9.根据权利要求7所述的采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，其特征在于：还包括低渗透层(8)，所述低渗透层(8)设置所述气塞(2)上。

技术总结本发明涉及地下能源存储等相关领域，特别是涉及一种采用多级液封防止气体泄漏的压缩空气储能气塞装置，包括储气库，所述储气库形成于围岩内，还包括：混凝土衬砌层、气塞、一级液封组件和二级液封组件；本发明过混凝土衬砌层、气塞、一级液封组件和二级液封组件的配合，可以巧妙的利用机械结构和液体的物理属性来预防气体发生泄漏，对储气库提供一个低渗透率的环境。混凝土衬砌层、一级液封组件和二级液封组件集合组成了几何形变和应力传导的结构，这不仅可以释放掉局部的高压力，还有利于储气库变形更为均匀。该装置可以帮助解决压缩空气储能的储气库与气塞连接处气体难封闭的关键科学问题。技术研发人员：李福清,沈研,孙锐,李福锋,郑坚杰,宋刚,张照伟,沈世东,施雅,季雨坤,孙强,白江文,柯良锋,吴玉进受保护的技术使用者：深地科学与工程云龙湖实验室技术研发日：技术公布日：2024/5/27