一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构及管控方法

本发明属于地下储能，具体涉及一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构及管控方法。

背景技术：

1、为实现“双碳”目标，推进绿色低碳转型，需要逐渐改变主要能源类型，由传统能源转向可再生能源，并且提高可再生能源在能源结构中的比例。这意味着我们需要加大对可再生能源的投资和发展，包括风能、太阳能、水能等清洁能源的利用。但目前风电、太阳能等可再生能源受自然条件限制，能量产出波动大、不稳定。储能技术成为关键的解决方案。

2、地下储能系统是一种利用地下结构进行能量存储和释放的技术。将高压气体储存在地下洞室中，在能源需求高峰时释放能量，克服可再生能源的波动性和间歇性。地下高压储能系统具有多方面的优势，与其他储能方式相比，位于地下的储能洞室不占用地面空间，其次利用了围岩应力，降低了建设成本。但地下储能结构还存在如下问题：

3、(1)储能系统设计工作压力大，地下储能系统在设计时一般选择深埋洞室，利用地应力对抗存储压力以解决这一问题，但深埋洞室建设成本高，更多的采用现有地下空间再加固的方式建设，导致建设位置、设计储能压力受限，故建设地下储能结构更符合实际工程的需要。

4、(2)现有地下储能洞室在围岩中一般沿水平方向布置，在深度方向只有一层。为了满足在更大储量的需求，除了增加洞室数量以外，不可避免的要加大断面尺寸。然而地下储能洞室的最大储藏压力由洞室顶部地层极限承压能力提供，增加断面尺寸只能增加洞室容积，储能压力仍受到地层承载能力的限制。且地下大断面洞室面对的应力环境更加复杂，支护难度更高，在建设上存在诸多问题。

5、(3)地下储能洞室对地层围岩的化学性质、渗透性等有一定的要求，可储地层的总量有限，提高可储地层利用率非常重要。若通过在可储地层中建设超大断面地下储能洞室解决这一问题，将会面临着复杂的围岩应力环境和高难度的支护要求，在建设成本、施工工艺和储藏容量方面都存在许多不足。建设地下储能洞室时适当缩小断面尺寸，增加洞室数量以达到更大储能需求更符合实际工程需要。

6、为解决上述问题，完善地下储能系统结构设计变得尤为关键。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构及管控方法，能够充分利用地层提供的压力，提高地下洞室储能规模，在减小地面空间占用的同时，提高了地下空间的利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构，包括：若干沿深度方向，且中心位于同一直线的地下洞室；所述地下洞室设置有内衬层；所述地下洞室用于储存加压后的气体；所述地下洞室按照深度方向，依次编号为1，2，3，...，n；所述地下洞室的容许储能压力分别为[p1]、[p2]、...、[pn]；且[pn]>[pn-1]>...>[p2]>[p1]；

3、所述地下洞室在内压过大导致失稳破坏时，地层中形成的破坏轨迹为隆起破坏线；

4、所述地下洞室可建设为不同断面形状；

5、进一步的，所述内衬层依次由混凝土衬砌层、密封层和喷射混凝土组成；

6、进一步地，所述地下洞室间隆起破坏线互不交叉。

7、进一步地，所述断面形状包括：圆形、椭圆形、类矩形以及马蹄形。

8、还包括高压管道系统和压力监测系统，所述高压管道系统用于基于压力管道对所述地下洞室进行注气和抽气；

9、所述压力监测系统用于对所述地下洞室和所述高压管道系统进行压力监测与控制。所述压力管道包括注气口和抽气口；

10、进一步的，所述注气口与所述地下洞室、所述抽气口依次连接；

11、进一步的，所述注气口和所述抽气口均设置有控制阀门；

12、进一步的，所述地下洞室在注气侧设置有控制阀门，分别为v1、v2、...、vn。

13、本发明还提供一种串珠式地下梯度压力管控方法，所述方法应用于上述的储气洞室群结构，包括：注气压力管控方法和抽气压力管控方法。

14、进一步优选地，所述注气压力管控方法包括：

15、步骤一、通过压力监测系统监测每个地下洞室的实时压力值；

16、步骤二、关闭抽气口控制阀门，打开所有地下洞室的控制阀门，打开注气口控制阀门，向地下洞室内注气；

17、步骤三、监测1号地下洞室的压力p1，当压力值达到[p1]时，关闭1号地下洞室的控制阀门v1；

18、步骤四、继续注气，当2号地下洞室的压力值达到[p2]时，关闭2号地下洞室的控制阀门v2；

19、步骤五、继续注气，直到n号地下洞室的压力达到[pn]时，关闭n号地下洞室的控制阀门vn，同时关闭注气口控制阀门，注气结束。

20、进一步优选地，所述抽气压力管控方法包括：

21、步骤一、通过压力监测系统得到每个地下洞室的实时压力值；

22、步骤二、关闭注气口控制阀门，打开抽气口控制阀门，由1号地下洞室开始向外抽气；

23、步骤三、当相邻洞室间的压力差小于安全值，即pi+1-pi<[δpi]时，i从1开始，打开1号地下洞室的控制阀门v1，由1号地下洞室和2号地下洞室同时向外抽气；[δpi]表示第i号与第i+1号地下洞室间容许储能压差；在地下洞室群中受埋深和洞室间距控制，各洞室间容许储能压差不一定相同；

24、步骤四、令i＝i+1，重复步骤三，直到控制阀门vn-1打开，所有地下洞室处于连通状态，同时向外抽气；

25、步骤五、当p1<p0时，结束抽气流程；p0为满足发电设施正常工作需要的最小抽气压力。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、串珠式地下梯度压力储气洞室群结构及管控方法

28、(1)本发明提供的串珠式地下梯度压力储气洞室群结构利用沿埋深方向竖直排列洞室实现梯度压力储能，充分利用了地层压力，提高了地层空间利用率，提高储能容量，具有很高的工程实用性。

29、(2)本发明提供串珠式地下梯度压力储气洞室群结构地下洞室间隆起破坏线互不相交，保证结构上具有稳定性。

30、(3)串珠式地下洞室群埋深不同，各洞室设计储存压力随埋深增加而增加，使得洞室群储存压力呈梯度排列，本发明提供的洞室群梯度压力管控方法，有利于地下结构稳定，提高了系统运行的安全性。

技术特征：

1.一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构，其特征在于，包括：若干沿深度方向，且中心位于同一直线的地下洞室；所述地下洞室用于储存加压后的气体；所述地下洞室按照深度方向，依次编号为1，2，3，...，n；所述地下洞室的容许储能压力分别为[p1]、[p2]、...、[pn]；且[pn]>[pn-1]>...>[p2]>[p1]；

2.根据权利要求1所述一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构，其特征在于，所述地下洞室的断面形状包括：圆形、椭圆形、类矩形以及马蹄形。

3.根据权利要求1所述一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构，其特征在于，所述地下洞室间隆起破坏线互不交叉。

4.根据权利要求1所述一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构，其特征在于，所述压力管道包括注气口和抽气口，所述注气口与所述地下洞室、所述抽气口依次连接；

5.一种串珠式地下梯度压力管控方法，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的储气洞室群结构，其特征在于，包括：注气压力管控方法和抽气压力管控方法。

6.根据权利要求5所述一种串珠式地下梯度压力管控方法，其特征在于，所述注气压力管控方法包括：

7.根据权利要求5所述一种串珠式地下梯度压力管控方法，其特征在于，所述抽气压力管控方法包括：

技术总结本发明公开了一种串珠式地下梯度压力储气洞室群结构及管控方法，属于地下储能技术领域。结构包括：若干沿深度方向，且中心位于同一直线的地下洞室；地下洞室用于储存加压后的气体；地下洞室按照深度方向，依次编号为1，2，3，...，n；地下洞室的容许储能压力分别为[P<subgt;1</subgt;]、[P<subgt;2</subgt;]、...、[P<subgt;n</subgt;]；且[P<subgt;n</subgt;]>[P<subgt;n‑1</subgt;]>...>[P<subgt;2</subgt;]>[P<subgt;1</subgt;]；地下洞室的内壁设置有内衬层，内衬层依次由混凝土衬砌层、密封层和喷射混凝土组成；还包括高压管道系统和压力监测系统，高压管道系统用于基于压力管道对地下洞室进行注气和抽气；压力监测系统用于对地下洞室和高压管道系统进行压力监测。技术研发人员：张强,叶思哲,代万里,李涛,王迎超,韩贵雷,时林坡,杨志刚受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2