本發(fā)明涉及儲能，具體為一種新型壓縮空氣儲存方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的不斷增長和可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中占比的逐漸提高，如何有效儲存和管理能源成為能源領(lǐng)域的重要課題。尤其是在風(fēng)能、太陽能等可再生能源的應(yīng)用中，這些能源的波動性和間歇性問題導(dǎo)致其在能源供應(yīng)中存在不穩(wěn)定性。這種波動性對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)，迫切需要找到一種高效的能量儲存方式，以平衡能源供需，保障電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2、空氣壓縮儲能技術(shù)作為一種成熟且高效的能量儲存方式，近年來受到廣泛關(guān)注。caes技術(shù)利用電力需求低谷時的過剩電力，將空氣壓縮并存儲在地下儲氣室中；在電力需求高峰期時，釋放壓縮空氣驅(qū)動渦輪機發(fā)電，從而有效平衡電網(wǎng)負荷，提高能源利用效率。這種技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能量的存儲與調(diào)度，還可以有效緩解電網(wǎng)因可再生能源波動而帶來的不穩(wěn)定問題。

3、傳統(tǒng)的caes系統(tǒng)通常依賴于天然形成的地下巖穴或廢棄礦井作為儲氣室，這些儲氣室在提供大容量儲存空間的同時，也帶來了一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，地下巖穴和礦井的儲氣空間往往不規(guī)則，這使得氣體在儲存過程中容易出現(xiàn)不均勻分布，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行效率。其次，儲氣室的密封性難以保證，由于巖層中的裂縫和孔隙，氣體泄漏的風(fēng)險較高，尤其是在長期高壓儲存的情況下。此外，鹽穴儲氣雖然在密封性方面稍有優(yōu)勢，但鹽穴的地域分布有限，并且鹽穴的形狀和大小也受到自然條件的限制，難以滿足大規(guī)模儲能系統(tǒng)的需求。

4、隨著技術(shù)的進步，人們嘗試通過改造地下巖穴、廢棄礦井以及開發(fā)其他類型的人工儲氣室來克服這些問題。例如，利用先進的密封材料和工程技術(shù)，對地下儲氣室進行加固和密封處理，以提高其儲氣性能。然而，這些改進在一定程度上仍存在局限性，無法徹底解決儲氣空間不規(guī)則、密封性不穩(wěn)定、儲氣容量受限等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種新型壓縮空氣儲存方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中儲氣室不規(guī)則、密封性不穩(wěn)定以及儲氣容量有限的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種新型壓縮空氣儲存方法，包括以下步驟：

3、步驟一、在地下構(gòu)建儲氣室，所述儲氣室位于2公里深的水平隧道內(nèi)，隧道的直徑為6米，水平長度為12公里；

4、步驟二、將空氣通過多級壓縮系統(tǒng)逐步壓縮至20mpa，并通過進氣管道輸送至所述儲氣室；

5、步驟三、在儲氣室內(nèi)儲存壓縮空氣，所述儲氣室的內(nèi)壁由多層結(jié)構(gòu)組成，外層為高強度預(yù)應(yīng)力混凝土，內(nèi)層為防腐蝕陶瓷涂層，并在隧道管片之間設(shè)置聚合物密封材料；

6、步驟四、在需要釋放壓縮空氣時，通過排氣管道將壓縮空氣引導(dǎo)至發(fā)電機組進行發(fā)電，所述排氣管道內(nèi)設(shè)有動態(tài)流量調(diào)節(jié)閥和流速傳感器；

7、步驟五、使用水力平衡系統(tǒng)，通過地面蓄水池內(nèi)的水壓力驅(qū)動壓縮空氣排出儲氣室；

8、步驟六、通過余壓回收裝置將剩余的壓縮空氣動能轉(zhuǎn)化為電能。

9、優(yōu)選的，所述儲氣室的多層結(jié)構(gòu)包括外層的預(yù)應(yīng)力混凝土層，所述預(yù)應(yīng)力混凝土層的厚度為0.5米，內(nèi)層為厚度為5毫米的防腐蝕陶瓷涂層，并在所述預(yù)應(yīng)力混凝土層與防腐蝕陶瓷涂層之間設(shè)置有抗?jié)B漏保護層，所述抗?jié)B漏保護層由高密度聚合物復(fù)合材料制成，其厚度為20毫米。

10、優(yōu)選的，所述聚合物密封材料包括一種具有高耐壓和自愈合性能的熱固性彈性體材料，所述材料在隧道管片之間填充時具有粘附性，并在高壓環(huán)境下能夠自動修復(fù)因微小變形而產(chǎn)生的裂縫。

11、優(yōu)選的，所述多級壓縮系統(tǒng)包括五級壓縮機，每一級壓縮機均與中間冷卻器相連接，所述中間冷卻器通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)進行熱量交換，冷卻后空氣的溫度控制在每一級壓縮后下降至25℃以下，所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)采用封閉式循環(huán)結(jié)構(gòu)。

12、優(yōu)選的，冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的余熱通過熱交換器回收，所述熱交換器連接至隧道周圍地層的加熱管道，所述加熱管道環(huán)繞儲氣室的外壁布置，用于調(diào)節(jié)隧道與外界的溫差。

13、優(yōu)選的，所述儲氣室被分為多個獨立段落，每個段落長度為2公里，段落之間通過耐高壓隔離閥門分隔，所述隔離閥門采用自動控制系統(tǒng)控制，在氣壓波動或泄漏時自動關(guān)閉相關(guān)段落的閥門。

14、優(yōu)選的，氣體壓力監(jiān)控系統(tǒng)包括多個安裝在儲氣室各段落內(nèi)壁上的壓力傳感器，所述壓力傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)與中央控制系統(tǒng)通信，實時傳輸氣體壓力數(shù)據(jù)，所述中央控制系統(tǒng)基于所接收到的數(shù)據(jù)對每個段落的壓力狀態(tài)進行分析，并在發(fā)現(xiàn)異常時啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施。

15、優(yōu)選的，所述排氣管道內(nèi)設(shè)有動態(tài)流量調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥由伺服電機驅(qū)動，其開度由中央控制系統(tǒng)根據(jù)流速傳感器采集的數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)，所述流速傳感器安裝在排氣管道內(nèi)靠近發(fā)電機組入口處，能夠檢測通過管道的壓縮空氣流速，并將流速數(shù)據(jù)反饋至中央控制系統(tǒng)。

16、優(yōu)選的，中央控制系統(tǒng)還與多級渦輪發(fā)電機組連接，所述渦輪發(fā)電機組包括三個渦輪級，每一級渦輪的轉(zhuǎn)速由中央控制系統(tǒng)控制，以適應(yīng)壓縮空氣的不同壓力和流量，所述中央控制系統(tǒng)根據(jù)排氣管道內(nèi)的流速傳感器數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整各級渦輪的功率輸出，以最大化發(fā)電效率。

17、優(yōu)選的，所述儲氣室內(nèi)的空氣質(zhì)量通過多點傳感器網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測，所述多點傳感器網(wǎng)絡(luò)包括濕度傳感器、溫度傳感器和顆粒物傳感器，所述傳感器安裝在儲氣室各段落的關(guān)鍵位置，所述傳感器的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳輸至中央控制系統(tǒng)，當(dāng)空氣質(zhì)量下降至預(yù)定閾值時，系統(tǒng)自動啟動排污閥排出部分空氣，同時啟動空氣過濾系統(tǒng)進行空氣質(zhì)量的維護。

18、本發(fā)明提供了一種新型壓縮空氣儲存方法。具備以下有益效果：

19、1、本發(fā)明通過采用地下隧道形式建立儲氣室，突破了傳統(tǒng)鹽穴儲氣對地域條件的限制，不再依賴于自然形成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，極大地擴展了儲氣室的選擇范圍，適用于更廣泛的地理區(qū)域。

20、2、本發(fā)明采用水泥管片和高性能密封層的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效克服了傳統(tǒng)鹽穴密封性不穩(wěn)定的缺陷。水泥管片的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅增強了儲氣室的密封性，還大幅提高了其抗壓能力和整體安全性，確保儲氣室在高壓條件下的長期穩(wěn)定性。

21、3、本發(fā)明通過利用水的自然壓力，本發(fā)明設(shè)計的儲氣系統(tǒng)能夠在壓縮空氣排出時保持恒定的20mpa壓力，確保儲氣室內(nèi)的氣體能夠完全排出，克服了傳統(tǒng)鹽穴在排氣過程中壓力逐漸下降、無法完全排空的問題，從而提高了系統(tǒng)的發(fā)電效率和能源利用率。

技術(shù)特征：

1.一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述儲氣室的多層結(jié)構(gòu)包括外層的預(yù)應(yīng)力混凝土層，所述預(yù)應(yīng)力混凝土層的厚度為0.5米，內(nèi)層為厚度為5毫米的防腐蝕陶瓷涂層，并在所述預(yù)應(yīng)力混凝土層與防腐蝕陶瓷涂層之間設(shè)置有抗?jié)B漏保護層，所述抗?jié)B漏保護層由高密度聚合物復(fù)合材料制成，其厚度為20毫米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述聚合物密封材料包括一種具有高耐壓和自愈合性能的熱固性彈性體材料，所述材料在隧道管片之間填充時具有粘附性，并在高壓環(huán)境下能夠自動修復(fù)因微小變形而產(chǎn)生的裂縫。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述多級壓縮系統(tǒng)包括五級壓縮機，每一級壓縮機均與中間冷卻器相連接，所述中間冷卻器通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)進行熱量交換，冷卻后空氣的溫度控制在每一級壓縮后下降至25℃以下，所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)采用封閉式循環(huán)結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的余熱通過熱交換器回收，所述熱交換器連接至隧道周圍地層的加熱管道，所述加熱管道環(huán)繞儲氣室的外壁布置，用于調(diào)節(jié)隧道與外界的溫差。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述儲氣室被分為多個獨立段落，每個段落長度為2公里，段落之間通過耐高壓隔離閥門分隔，所述隔離閥門采用自動控制系統(tǒng)控制，在氣壓波動或泄漏時自動關(guān)閉相關(guān)段落的閥門。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，氣體壓力監(jiān)控系統(tǒng)包括多個安裝在儲氣室各段落內(nèi)壁上的壓力傳感器，所述壓力傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)與中央控制系統(tǒng)通信，實時傳輸氣體壓力數(shù)據(jù)，所述中央控制系統(tǒng)基于所接收到的數(shù)據(jù)對每個段落的壓力狀態(tài)進行分析，并在發(fā)現(xiàn)異常時啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述排氣管道內(nèi)設(shè)有動態(tài)流量調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥由伺服電機驅(qū)動，其開度由中央控制系統(tǒng)根據(jù)流速傳感器采集的數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)，所述流速傳感器安裝在排氣管道內(nèi)靠近發(fā)電機組入口處，能夠檢測通過管道的壓縮空氣流速，并將流速數(shù)據(jù)反饋至中央控制系統(tǒng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，中央控制系統(tǒng)還與多級渦輪發(fā)電機組連接，所述渦輪發(fā)電機組包括三個渦輪級，每一級渦輪的轉(zhuǎn)速由中央控制系統(tǒng)控制，以適應(yīng)壓縮空氣的不同壓力和流量，所述中央控制系統(tǒng)根據(jù)排氣管道內(nèi)的流速傳感器數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整各級渦輪的功率輸出。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型壓縮空氣儲存方法，其特征在于，所述儲氣室內(nèi)的空氣質(zhì)量通過多點傳感器網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測，所述多點傳感器網(wǎng)絡(luò)包括濕度傳感器、溫度傳感器和顆粒物傳感器，所述傳感器安裝在儲氣室各段落的關(guān)鍵位置，所述傳感器的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳輸至中央控制系統(tǒng)，當(dāng)空氣質(zhì)量下降至預(yù)定閾值時，系統(tǒng)自動啟動排污閥排出部分空氣，同時啟動空氣過濾系統(tǒng)進行空氣質(zhì)量的維護。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種新型壓縮空氣儲存方法，包括以下步驟：步驟一、在地下構(gòu)建儲氣室，所述儲氣室位于2公里深的水平隧道內(nèi)，隧道的直徑為6米，水平長度為12公里；步驟二、將空氣通過多級壓縮系統(tǒng)逐步壓縮至20MPa，并通過進氣管道輸送至所述儲氣室；步驟三、在儲氣室內(nèi)儲存壓縮空氣，所述儲氣室的內(nèi)壁由多層結(jié)構(gòu)組成，外層為高強度預(yù)應(yīng)力混凝土，內(nèi)層為防腐蝕陶瓷涂層，并在隧道管片之間設(shè)置聚合物密封材料。通過采用地下隧道形式建立儲氣室，突破了傳統(tǒng)鹽穴儲氣對地域條件的限制，不再依賴于自然形成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，極大地擴展了儲氣室的選擇范圍，適用于更廣泛的地理區(qū)域。

技術(shù)研發(fā)人員：劉學(xué)錦,劉玉海,王召國,洪蘭東,孫忠禮,劉汶沛,張衛(wèi)強
受保護的技術(shù)使用者：山東天工巖土工程設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6