[發明專利]壓氣儲能地下儲氣庫最小埋深的確定方法

在審

• 申請號: 202310502249.1
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116663249A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 狄圣杰;黃鵬;陸希;肖斌;張瑩;姬陽;劉靜;趙成
• 申請（專利權）人: 中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06Q50/02;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王丹

本發明公開了壓氣儲能地下儲氣庫最小埋深的確定方法，包括以下步驟：根據巖石的地質資料、儲氣庫容積要求，設置壓氣儲能地下儲氣庫的基本參數；根據儲氣庫的基本參數，考慮儲氣庫內儲氣壓力、巖體重力、圍巖抗剪強度、壓力作用下圍巖破裂面的因素，采用錐形體模型，建立儲氣庫豎向力學方程，得到能滿足最大儲氣壓力要求的豎向埋深；根據儲氣庫的基本參數、豎向埋深，建立儲氣庫水平向力學方程，得到能滿足最大儲氣壓力要求的水平向埋深。首先確定儲氣庫豎向埋深是否滿足極限充氣壓力，在確定豎向埋深的基礎上，代入水平向破裂面力學方程，進而確定水平向埋深是否滿足極限充氣壓力，計算方法簡便快捷、準確度高，同時具有良好的經濟適用性。

技術領域

本發明屬于儲氣庫設計方法技術領域，涉及壓氣儲能地下儲氣庫最小埋深的確定方法。

背景技術

壓縮空氣儲能技術以其儲能容量大、壽命長、效率高、安全可靠等特點被視為一種極具潛力的大規模儲能技術。其中新開挖硬巖洞穴作為壓縮空氣儲能的儲氣庫是發展趨勢，主要優點是在有建庫需求的地區一般都存在滿足建庫條件的各類硬巖地層，因此，硬巖洞穴儲氣庫的選址相對容易。

壓氣儲能地下儲氣庫設計首先需要確定的就是儲氣壓力和洞庫埋深的問題。參考水工隧洞設計相關規范，水工隧洞的上覆厚度取值主要有三種上抬準則：垂直向準則、雪山準則、挪威準則。這些準則僅以圍巖的重量壓住氣壓造成的上抬，沒有考慮巖體本身的抗剪強度，壓氣儲能的極限壓力往往達到10MPa以上，這樣會導致地下儲氣庫的埋深極大，增加儲氣庫建設成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓氣儲能地下儲氣庫最小埋深的確定方法，解決了現有技術中存在的地下儲氣庫埋深大的問題。

本發明所采用的技術方案是，壓氣儲能地下儲氣庫最小埋深的確定方法，包括以下步驟：

步驟1、根據巖石的地質資料、儲氣庫容積要求，設置壓氣儲能地下儲氣庫的基本參數；

步驟2、根據儲氣庫的基本參數，考慮儲氣庫內儲氣壓力、巖體重力、圍巖抗剪強度、壓力作用下圍巖破裂面的因素，采用錐形體模型，建立儲氣庫豎向力學方程，得到能滿足最大儲氣壓力要求的豎向埋深；

步驟3、根據儲氣庫的基本參數、步驟2得到的豎向埋深，建立儲氣庫水平向力學方程，得到能滿足最大儲氣壓力要求的水平向埋深。

本發明的特點還在于：

基本參數包括洞徑、長度、豎向埋深、水平向埋深。

步驟2中的儲氣庫豎向力學方程包括：

重力部分：W＝γhDl；

抗剪強度部分：

儲氣壓力P＝pDl；

巖體重力、抗剪強度與儲氣壓力應滿足KP≤(W+F)，否則對豎直埋深h進行調整；

上式中，p為儲氣壓力，γ為巖體重度，D為隧洞直徑，l為隧洞長度，c為粘聚力，為摩擦角，K為安全系數，α為破裂角，k₀為側壓力系數。

步驟3中的儲氣庫水平向力學方程包括：

水平力部分：W＝k₀γhDl；

抗剪強度部分：

儲氣壓力P＝pDl；

巖體重力、抗剪強度與儲氣壓力應滿足KP≤(W+F)，否則對水平埋深s進行調整。

若巖體是層狀圍巖，巖體的粘聚力、摩擦角通過下式計算：