[發(fā)明專利]一種地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310307391.0
• 申請(qǐng)日: 2023-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116358910A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楠;賈茜鈞;來(lái)興平;張?jiān)?/a>;單鵬飛;崔峰;曹建濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00;G01D21/02
• 代理公司: 鄭州智方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41228
• 代理人: 黃成

1.一種地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：儲(chǔ)能模擬硐室、加壓系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)；

所述儲(chǔ)能模擬硐室中設(shè)置有多個(gè)不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備，以對(duì)所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；所述加壓系統(tǒng)與所述儲(chǔ)能模擬硐室通過(guò)管道連接，用于向所述儲(chǔ)能模擬硐室進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能；所述發(fā)電系統(tǒng)與所述儲(chǔ)能模擬硐室管道連接，用于將所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的空氣壓縮能量轉(zhuǎn)化為電能；所述換熱系統(tǒng)與所述加壓系統(tǒng)、所述發(fā)電系統(tǒng)連接，用于在儲(chǔ)氣階段、放氣階段進(jìn)行熱能量交換；

所述儲(chǔ)能模擬硐室埋設(shè)于硬巖巖體中，沿徑向由內(nèi)向外依次包括：密封層、分塊式混凝土層、回填混凝土層和灌漿層，所述分塊式混凝土層的內(nèi)側(cè)為鋪設(shè)氣密性密封材料的所述密封層，所述灌漿層設(shè)有灌漿環(huán)；所述灌漿環(huán)鋪設(shè)于硬巖巖體內(nèi)壁，為規(guī)則襯砌結(jié)構(gòu)；所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)沿徑向設(shè)置灌漿孔，所述灌漿孔貫通所述灌漿環(huán)的外側(cè)壁，灌漿混凝土經(jīng)過(guò)所述灌漿孔進(jìn)入所述灌漿層，壓密回填所述回填混凝土層與所述灌漿環(huán)之間、以及壓密所述灌漿環(huán)與硬巖巖體之間的裂隙。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備包括：無(wú)應(yīng)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、光纖傳感器、壓力傳感器和測(cè)溫儀；

其中，所述無(wú)應(yīng)力計(jì)安裝于所述回填混凝土層，所述多點(diǎn)位移計(jì)埋設(shè)于所述灌漿環(huán)的規(guī)則襯砌結(jié)構(gòu)與硬巖巖體之間，所述光纖傳感器安裝于所述氣密性密封材料的內(nèi)側(cè)壁；所述壓力傳感器、所述測(cè)溫儀均位于所述儲(chǔ)能模擬硐室的腔體內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述光纖傳感器在所述氣密性密封層材料的內(nèi)側(cè)壁分別沿環(huán)向和軸向呈網(wǎng)格狀布置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備還包括：第一控制閥和第二控制閥，所述第一控制閥位于充氣管道上，所述充氣管道為所述加壓系統(tǒng)與所述儲(chǔ)能模擬硐室的連接管道，所述第二控制閥位于放氣管道上，所述放氣管道為所述發(fā)電系統(tǒng)與所述儲(chǔ)能模擬硐室的連接管道。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述換熱系統(tǒng)包括：換熱器和冷熱儲(chǔ)罐，所述換熱器分別與所述充氣管道、所述放氣管道、所述冷熱儲(chǔ)罐連接，用于將儲(chǔ)氣階段壓縮空氣產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存進(jìn)所述冷熱儲(chǔ)罐，并在放氣階段通過(guò)所述冷熱儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的熱量對(duì)氣體進(jìn)行補(bǔ)熱發(fā)電。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述換熱系統(tǒng)與所述充氣管道的連接點(diǎn)位于所述第一控制閥和所述加壓系統(tǒng)之間；所述換熱系統(tǒng)與所述放氣管道的連接點(diǎn)位于所述第二控制閥與所述發(fā)電系統(tǒng)之間。

7.一種地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-6任一所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，其中，所述地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)裝置包括：儲(chǔ)能模擬硐室、加壓系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)；所述試驗(yàn)方法包括：

將構(gòu)建的所述儲(chǔ)能模擬硐室埋設(shè)于硬巖巖體中；

儀器初始化完成后，T₀時(shí)刻，啟動(dòng)所述加壓系統(tǒng)，通過(guò)所述換熱系統(tǒng)將所述加壓系統(tǒng)提供的壓縮氣體進(jìn)行熱能量交換后，向所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能；

T₁時(shí)刻，響應(yīng)于監(jiān)測(cè)到所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的壓力達(dá)到10兆帕，關(guān)閉所述加壓系統(tǒng)，對(duì)所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

T₂時(shí)刻，對(duì)所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并釋放所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的壓縮空氣，通過(guò)所述換熱系統(tǒng)對(duì)所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行補(bǔ)熱后，由所述發(fā)電系統(tǒng)將所述壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為電能；

T₃時(shí)刻，響應(yīng)于所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的壓力達(dá)到7兆帕，停止放氣，關(guān)閉所述發(fā)電系統(tǒng)，并獲取所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)；

所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的壓力從7兆帕開(kāi)始進(jìn)行循環(huán)充放氣壓縮儲(chǔ)能，并獲取循環(huán)過(guò)程中所述儲(chǔ)能模擬硐室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的地下硬巖硐室壓縮空氣儲(chǔ)能模擬試驗(yàn)方法，其特征在于，所述將構(gòu)建的所述儲(chǔ)能模擬硐室埋設(shè)于硬巖巖體中，包括：

在地下硐室硬巖巖體內(nèi)壁鋪設(shè)灌漿環(huán)，并在所述灌漿環(huán)與硬巖巖體間埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，在灌漿環(huán)與硬巖巖體間沿徑向設(shè)置灌漿孔，并在充氣管道、放氣管道與所述灌漿環(huán)之間設(shè)置密封環(huán)；

通過(guò)所述灌漿孔將灌漿混凝土灌漿進(jìn)所述灌漿環(huán)與硬巖巖體間的間隙，壓密所述灌漿環(huán)與硬巖巖體間的裂隙；

在所述灌漿環(huán)內(nèi)壁鋪設(shè)回填混凝土層，并在所述回填混凝土層中埋設(shè)無(wú)應(yīng)力計(jì)，并通過(guò)所述灌漿孔灌漿混凝土壓密所述灌漿環(huán)與所述胡天混凝土之間的裂隙；

沿所述回填混凝土層內(nèi)壁鋪設(shè)分塊式混凝土，形成分塊式混凝土層；

沿分塊式混凝土層內(nèi)壁鋪設(shè)氣密性密封材料以及光纖傳感器，并在所述充氣管道、放氣管道與所述氣密性密封材料連接處設(shè)置密封環(huán)；

在所述儲(chǔ)能模擬硐室的腔體內(nèi)設(shè)置壓力傳感器和測(cè)溫儀。