专利名称：基岩洞穴构成的压缩气体储藏罐的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压缩气体储藏罐，该储藏罐利用基岩洞穴，向形成于基岩中的地下洞穴供应泥浆，将通过压气管压送到前述地下洞穴中的空气、天然气等压缩气体，在利用前述泥浆的泥浆压从下方承受压力的状态下被储藏起来。
背景技术：
用于压缩空气储藏气体涡轮发电机的压缩空气储藏罐(CAES)，例如是将压缩空气储藏在形成于地下的密闭空间中的罐体。由于在地下很深的深度构筑、设置这样的储藏压缩空气或天然气等压缩气体的罐体一般很困难的，所以例如在特开平9-154244号公报和特开平11-153082号公报中提出原样利用在硬质石岩等基岩中挖掘形成的地下洞穴或废坑作为压缩气体储藏罐。
若采用这样的基岩洞穴，则由于在储藏压缩气体时因基岩龟裂等使压缩气体易于泄漏，所以必须改善其气密性。作为提高基岩洞穴气密性的方法，在基岩洞穴的内壁面上进行混凝土衬砌的方法，粘贴橡胶板的方法，构造水封隧道的方法等之外，还可以考虑向基岩洞穴中供应泥浆、利用包含在泥浆中的膨润土等泥浆成分在内壁面形成泥锭，利用该泥锭堵塞基岩的空隙和裂纹的方法。
采用这样形成的压缩空气储藏罐，例如通过连通作为储藏压缩空气的密闭空间的空气储藏室和设置在其上方的贮留池和联络通路，从空气储藏室的下部向其中供应由泥浆等构成的工作液，同时，根据压缩空气的储藏量使工作液在空气储藏室和贮留地之间流动，在利用工作液的静水压力从下方加压的状态下储藏压缩空气。而且，在利用剩余电力供应储藏压缩空气的夜间，伴随着压缩空气储藏量的增大，工作液向贮留地移动，在消耗压缩空气进行发电的白天，伴随压缩空气储藏量的减少，工作液向空气贮藏室移动。
但是，在利用现在的泥浆提高基岩洞穴的气密性的方法中，特别是基岩洞穴的顶端部分在填充泥浆时易于残留有空气或气体，难以形成稳定的泥锭，存在不能充分堵塞空隙和裂缝的情况。另外，利用在由膨润土泥浆形成的液密封状态和由于压缩气体造成的气密封状态之间进行反复，在压缩空气储藏罐的工作中等进行气密性的自我修补，在易于残留压缩气体的基岩洞穴的顶端部分中也还是存在堵塞不充分的问题。
发明内容
本发明是鉴于现有的问题而提出的，其目的是提供一种压缩气体储藏罐，该压缩气体储藏罐可以可靠地堵塞基岩洞穴的顶端部分并获得充分的气密性，同时，还可以在基岩洞穴的顶端部分中可靠地进行反复液密封状态和气密封状态的气密性的自我修补，可以在压缩气体不会逸出的稳定状态下进行储藏。
本发明通过提供下述由基岩洞穴构成的压缩气体储藏罐来实现上述目的，该压缩气体储藏罐为向形成于基岩中的地下洞穴供应泥浆、利用前述泥浆的泥浆压在从下方承载压力的状态下储藏通过压缩气体管送到前述地下洞穴中的压缩气体，其特征为，前述压气管从前述基岩洞穴的顶部向下方开口，前述基岩洞穴内的前述泥浆形成具有混合有浸入内壁面的空隙和裂纹并进行堵塞的堵塞材料(例如防止泥浆损失剂)的比重为1.05-1.20的轻泥浆构成的上层、和混合作为加重调整材料的大比重微细粉末的比重为1.20~2.0的重泥浆构成的下层的两层结构。
并且，本发明的压缩气体储藏罐，优选将前述轻泥浆通过前述压气管压入供应到填充了前述泥浆的基岩洞穴中。
进而，本发明的压缩气体储藏罐，优选将前述基岩洞穴制成的地下洞穴，该地下洞穴是向着作为与前述压气管的连接部分的前述顶部使其顶端部分形成上坡且沿横向延伸设置形成的。
进而，本发明的压气储藏罐，优选通过形成于地下的竖井将前述重泥浆供应给前述基岩洞穴，在该竖井中并列设置有反渗透膜制成的水管、深层曝气管等附属设备。
在此，上述的轻泥浆例如为向膨润土泥浆中加入作为填充材料的平均粒径为10-20微米左右的碳酸钙粉末等的、比重为1.05-1.20的泥浆。并且，在该轻泥浆中，作为在形成堵塞基岩的空隙和裂纹的泥锭时的核的堵塞材料，例如混合有防止泥浆损失剂(LCM)。通过存在这样的填充材料和堵塞材料，在基岩的空隙和裂纹中确实且牢固地形成泥锭，可以保持稳定的气密性。
并且，上述的重泥浆是将作为加重调整材料的重晶石和赤铁矿等大比重微细粉末在难以沉降的稳定的状态下混合到膨润土泥浆中的悬浊液，是具有大约1.2-2.0左右的比重的泥浆。利用这样的重泥浆的大比重，可以使基岩洞穴内的泥浆确实地保持轻泥浆在上层的两层结构，使轻泥浆很容易地紧密附着到作为难以堵塞空隙和裂纹的薄弱部分的基岩洞穴的顶端部分中，可在该顶端部分中平滑地形成泥锭。
另外，为了在更长的时期内维持稳定的状态而不失去活性，优选在这些泥浆中适当地添加磷酸盐、褐煤类、苯乙烯磺酸—无水马来酸共聚体、聚丙烯酸类等分散剂。
并且，上述轻泥浆通常比高价的上述重泥浆更为廉价。因此，通过利用双层结构将重泥浆的上层部分置换成轻泥浆，可以减少重泥浆的使用量，以提高经济效益，同时，通过在基岩洞穴内的泥浆减少时用廉价的轻泥浆进行补充，可以廉价地进行维护管理。
而且，采用本发明的由基岩洞穴形成的压气储藏罐，由于供应压缩气体的压气管从基岩洞穴的顶部向下方开口，所以可以将空气等完全从基岩洞穴中排出且将泥浆没有残余的填充到基岩洞穴中，同时，通过将混合有堵塞材料的廉价轻泥浆紧密附着到基岩洞穴的顶端部分上，可以可靠并经济地堵塞储藏的压缩气体易于泄漏到外部的该顶端部分的空隙和裂纹。
并且，若通过前述压气管将前述轻泥浆压入供应到被前述泥浆填充的基岩洞穴中，则由于前述轻泥浆挤出已填充的泥浆且在承受压力的状态下从基岩洞穴的顶部供应到顶端部分，所以利用这样的压力使轻泥浆高效浸入基岩的空隙和裂纹中，促进利用泥锭的形成而进行的堵塞。并且，即使由于向基岩的浸透而使轻泥浆减少，也可以通过前述压气管很容易地补充该廉价的轻泥浆，可以继续经济地保持堵塞空隙和裂纹的功能。
进而，采用本发明的压气储藏罐，通过在竖井中并列设置反渗透膜制成的水管、深层曝气管等附属设备，有效地利用深挖掘至基岩洞穴而形成的竖井，可以进一步提高经济效益。
附图的简要说明
图1是表示在根据本发明的一个实施形式的压缩气体储藏罐中储藏压缩空气的情况的概括剖视图。
图2是表示根据本发明的一个实施形式的压缩气体储藏罐中排出压缩空气并填充重泥浆的概括剖视图。
图3是沿图1的A-A线的剖视图。
图4是图1的B部的放大图。
图5是表示根据本发明另一个实施形式的压气储藏罐的概括剖视图。
实施本发明的最佳形式下面，参照附图详细说明本发明的优选实施形式。本实施形式的由基岩洞穴形成的压气储藏罐10，如图1-图4所示，在软质岩石地带中规定的深度(例如600m的深度)处作为地下洞穴形成的、以相当的长度(例如100m)横向延伸设置的岩石洞穴11中，储藏利用夜间的剩余电力生成的电力储藏用的压缩空气(压缩气体)。
并且，采用本实施形式的压缩气体储藏罐10，在利用通过竖井12供应给基岩洞穴11的重泥浆13的静水压力从下方承受压力的状态下，使压缩空气贮留在基岩洞穴11中。并且，供应配给轻泥浆使其覆盖在供应给压缩气体储藏罐10中的重泥浆13的上方，利用重泥浆13和轻泥浆13的比重差，使压缩气体储藏罐10内的泥浆形成由轻泥浆30构成的上层和重泥浆13构成的下层所构成的两层结构。
进而，采用本实施形式的压缩气体储藏罐10，基岩洞穴11以与竖井12的连接部分作为顶部14，其顶端部分15向着该顶部14形成上坡，将压缩空气供应给基岩洞穴11的压气管16从该顶部14向下方开口。
基岩洞穴11是采用公知的各种基岩隧道挖掘方法从竖井12的下端部在左右两侧以500m左右的长度横向挖掘形成的、直径大约为10-15的大小的大致呈圆形截面的地下洞穴。该基岩洞穴11通过从位于竖井12下方的部分向外侧以直径减小的方式大致水平地形成，其顶端部分15向着压气管16的下端部开口的顶部14形成平稳的上坡。并且，在位于顶部14下方的基岩洞穴11的中央底部，扩大挖掘成凹状并形成蓄液部17，在该蓄液部17中，沿竖井12配设管线，同时横断基岩洞穴11配置向下方突出的送泥管18的下端开口。
竖井12，是在基岩洞穴11的挖掘作业之前，采用公知的各种纵穴挖掘方法从地表向铅直下方挖掘形成的、具有6m左右直径的圆形截面的纵穴，在该竖井12中，以贯通该竖井12的方式设有送泥管18。并且，通过向该送泥管18中投入重泥浆，可以经竖井12向基岩洞穴11内供应该重泥浆13。
送泥管18是具有2m左右直径的圆形截面的钢管，顺序地与上方接长并从地表面向下方插入配置到立坑12中，同时，其下端配置在蓄液部17内。在配设于竖井12内的送泥管18的外侧，填充与竖井12的内壁面之间的间隙并使灌浆(grout)材料20注入固化，防护竖井12的内壁面，同时，将送泥管18牢固地固定到竖井12内(参照图3)。在与竖井12下端部的基岩洞穴11连接部分上，形成覆盖送泥管18周围的混凝土制的堵塞栓19(参照图4)，利用该堵塞栓19，防止贮留在基岩洞穴11中的加压状态的压缩空气或轻泥浆30通过竖井12的内壁面和送泥管18之间的隙间向上方泄漏。另外，堵塞栓19的下端面，构成位于基岩洞穴11的顶端部分15的最高处的顶部14。
另外，在送泥管18的内部沿该送泥管18设有向基岩洞穴11供应压缩空气的压气管16和反渗透膜制成的水管21。压气管16为直径大约100mm左右的FRP(纤维强化塑料)制的管子，其一端与设置在后面所述的发电设施26上的压缩机相连接，同时，其另一端，在突出到送泥管18的下端部中的送泥管18的外侧之后，埋设设置在堵塞栓19的内部，其前端开口从作为基岩洞穴11顶部14的堵塞栓19的下端面向下方开口。
反渗透膜制成的水管21，在由具有直径1m左右的圆形截面的钢管构成的保护管22的下端部分上，设置并构成特开平10-156356号公报中记载的反渗透膜组件23，向保护管22的内部投入例如海水等盐水，经过反渗透膜23的淡水集水管聚集到生产水槽中的淡水被抽水泵通过抽水管24抽起，从而生产出淡水。采用反渗透膜制成的水管21，抽起淡水集水管内部的水，通过保护管22内的盐水对反渗透膜组件23外周的静水压力，在与夹有反渗透膜的淡水集水管的内压之间在平常的自然状态下产生大于反渗透压的压力差，很容易地获得反渗透所必须的压力差，可经济且高效的生产淡水。另外，采用本实施形式，反渗透膜制成的水管21，其保护管22的下端部突出到送泥管18下端的下方，通过将其前端埋设支撑在液体蓄留部17的底部，沿着送泥管18以稳定的状态设置。
并且，采用本实施形式，在与竖井12相邻的地表面中，形成储存供应给基岩洞穴11的重泥浆13的重泥浆储存池25，同时，在该重泥浆储存池25中，以漂浮状态设置有配有产生压缩空气的压缩机或进行发电的涡轮发电机的发电设施26，送泥管18的上端开口与该重泥浆储存池25连通。
而且，采用本实施形式的压缩气体储藏罐10，首先使压缩气体储存罐10工作，堵塞挖掘形成的基岩洞穴11的内壁面的空隙和裂纹，对基岩洞穴11进行气密化作业。即，首先，在向基岩洞穴11供水并洗净之后，从送泥管18供应比重为1.20-2.0的重泥浆13，填充到基岩洞穴11和送泥管18中。其次，使比重为1.05-1.20的轻泥浆30通过压气管一边挤出重泥浆13一边压入供给到填充有重泥浆13的基岩洞穴11中。
在此，重泥浆是在难以沉降的稳定状态将作为加重调整材料的重品石和赤铁矿等大比重微细粉末的悬浊液进行混合，是具有1.2-2.0左右比重的价格较高的泥浆。作为这样的重泥浆13，具体而言，可采用例如[表1]所示配合的膨润土(bentonite)泥浆。
表1重泥浆(膨润土泥浆)的配合表
并且，轻泥浆30例如是增加了一定量的作为配合到膨润土泥浆中的增稠材料的膨润土、并且添加了作为填充材料的平均粒径为10-40微米左右的碳酸钙粉末等的比重为1.05-1.20的泥浆。该轻泥浆30比重泥浆13廉价。并且，在该轻泥浆30中混合例如防止泥浆损失剂(LCM)，作为在形成堵塞基岩空隙和裂纹的泥锭时构成核的堵塞材料。利用这样的填充材料和堵塞材料的存在，泥锭可以可靠且强固地保持在基岩的空隙和裂纹中。作为轻泥浆30，更具体地说，可以使用例如[表2]中所示的配合的膨润土泥浆。并且，作为防止泥浆损失剂，可以采用棉花、核桃壳、用于纸浆加工品等的植物，或者，蛭石粉碎物、云母片、纤蛇纹石等矿物，或薄膜切断物、玻璃纸混合物等的合成品等，特别地，为了对易于产生压缩空气泄漏的基岩洞穴11的顶端部分15的空隙或裂纹进行迅速地堵塞，优选采用象轻质骨料那样漂浮在膨润土泥浆中的上部并形成悬浊状态的材质。
表2轻泥浆(膨润土泥浆)的配合表 通过按这种方式将重泥浆13和轻泥浆30填充到基岩洞穴11中，由这些泥浆成分在基岩洞穴11的内壁面上形成泥锭，堵塞基岩的空隙和裂纹并使基岩洞穴11气密化。若采用本实施形式，填充到基岩洞穴11中的泥浆具有重泥浆13和轻泥浆30二层结构，在压缩气体易于泄漏到外部的基岩洞穴11的顶端部分15中，以加压状态紧密粘接混合有堵塞材料的轻泥浆30，从而，利用轻泥浆30形成强固且稳定的泥锭，可以可靠地堵塞该顶端部分15的空隙和裂纹。
并且，采用本实施形式，在对这样的基岩洞穴11进行气密化的操作中，由于基岩洞穴11将与竖井12连接的部分作为顶部14，其顶端部分15向着该顶部14形成上坡，并且，压气管16从顶部14向下方开口，从而，空气从基岩洞穴11完全逸出，并将轻泥浆30和重泥浆13没有剩余地填充到基岩洞穴11中，可以可靠地堵塞储藏的压缩空气易于泄漏到外部的顶端部分15的空隙或裂纹，可以使基岩洞穴11具有牢固的气密性。
而且，采用本实施形式的压缩气体储存罐10，在利用重泥浆13和轻泥浆30使基岩洞穴11气密化之后，使压缩气体储藏罐10工作。即，例如在夜间等，利用剩余电力并利用发电设施26内的压缩机生成压缩空气，通过压气管16向基岩洞穴11压送供应压缩空气。压送的压缩空气，利用其压力将基岩洞穴11内的重泥浆13和轻泥浆30压下，在承受从下方而来的由重泥浆13产生的静水压的状态下储存到压缩气体储藏罐10。并且，压下的泥浆13，伴随着基岩洞穴11内压缩空气的容积的增大，顺次流入在液体蓄留部17中开设下端开口的送泥管18，通过该送泥管18。以被顶起的方式移动到重泥浆储存池25中(参照图1)。
另外，送泥管18的下端开口，通过在由基岩洞穴11的底部进一步向下方形成的凹形的液体蓄留部17中开口，压缩气体储存至基岩洞穴11的底部，送泥管18的下端开口由于保持被插入到残留于液体蓄留部17中的重泥浆13和轻泥浆30的状态而防止压缩空气流入，所以直至基岩洞穴11的底部可以大容量地高效储藏压缩空气。
另一方面，例如在需要大量的电力的白天，通过压气管16从基岩洞穴11中将储藏的压缩空气排出到发电设施26内，使燃料和空气混合并高压燃烧，使涡轮发电机的涡轮旋转并进行发电。伴随着因压缩气体的排出而造成的压缩空气容积减少，从重泥浆储存池25移动而来的重泥浆13补充到基岩洞穴11中，继续保持利用重泥浆13的静水压从下方对压缩空气加压的状态。并且，在压缩空气从基岩洞穴11全部排出的状态下，重泥浆13以将由轻泥浆30构成的上层夹在其与顶端部之间的状态，再次填充到基岩洞穴11中。
这样，利用压缩气体储藏罐10的工作，反复进行压缩空气的储藏和排出，伴随于此，基岩洞穴11的上半部分在由压缩空气的填充而形成的气密状态和由泥浆的填充造成的液密封状态之间来回反复。通过这样的在气密状态和液密封状态之间的反复(液密封和气密的交替作用)，泥锭在成长的同时被压实、固化、进行自我修复。
在此，采用本实施形式，由于混合有堵塞材料的轻泥浆30紧密附着在压缩气体易于泄漏到外部的基岩洞穴11的顶端部分15上，所以可利用轻泥浆30自我修复牢固且稳定的泥锭，更可靠地堵塞该顶端部分15的空隙和裂纹。并且，基岩洞穴11，其顶端部分15向着顶部14形成上坡，并且，压气管16从顶部14向下方开口，因而，储藏的压缩气体从基岩洞穴11经压气管16完全逸出，并且，直到基岩洞穴11的顶端部分15和顶部14形成可靠的液密封状态，储藏的压缩气体易于泄漏到外部的顶端部分15可以可靠地进行自我修复。
即，采用本实施形式的压缩气体储藏罐10，可以可靠地堵塞基岩洞穴11的顶端部分15且获得充分的气密性，同时，在基岩洞穴11的顶端部分15中还可以可靠地进行液密封状态和气密状态之间的反复并进行气密性的自我修复，可以在压缩气体不会逸出的稳定状态下进行储藏。
并且，由于反渗透膜制成的水管21配置于送泥管18的内部且并列设置于竖井12中，所以可以有效利用深挖掘至基岩洞穴11而形成的竖井12，可提高经济性。
进而，填充到基岩洞穴11中的泥浆具有重泥浆13和轻泥浆30两层结构，使用轻泥浆30的部分可以减少高价重泥浆13的使用量，因而也可提高经济性。
进而，由于在泥浆减少时通过压气管供应所进行的补充，采用的是轻泥浆，所以可提高压缩气体储藏罐的维护管理的经济性。
另外，本发明不限定于上述实施形式，可进行各种改变。例如，基岩洞穴11不一定通过隧道挖掘形成并设置地下洞穴，对废坑和自然的洞穴等作适当地改修，也可被用作基岩洞穴11。并且，在竖井中，不限于设置反渗透膜制成的水管，也可以并列设置热水储存管、冰蓄热管、深层曝气管、污泥消化管、下水完全曝气管等。进而，也可以储藏除压缩空气以外的其它压缩气体。
并且，从基岩洞穴顶部向下方开口的压气管，配置于竖井内，在竖井和基岩洞穴的连接部分中其下端不必开口，例如图5所示，供应重泥浆13的送泥管31的其它形式可以为，设置向着基岩洞穴32的顶部34的压气管33，使压气管33从该顶部34向下方开口。
工业上的可利用性采用本发明的由基岩洞穴制成的压缩气体储藏罐，可以可靠地堵塞基岩洞穴的顶端部分并且获得充分的气密性，同时，对于基岩洞穴的顶端部分可以在液密封状态和气密状态之间反复进行气密性的自我修复，可以在压缩气体不会逸出的稳定状态下进行储藏。
权利要求
1.一种由基岩洞穴构成的压缩气体储藏罐，向形成于基岩中的地下洞穴供应泥浆，在利用前述泥浆的泥浆压从下方承载压力的状态下，储藏通过压缩气体管送到前述地下洞穴中的压缩气体，其特征在于，前述压气管从前述基岩洞穴的顶部向下方开口，前述基岩洞穴内的前述泥浆形成具有混合有浸入内壁面的空隙和裂纹并进行堵塞的堵塞材料的比重为1.05-1.20的轻泥浆构成的上层、和混合作为加重调整材料的大比重微细粉末的比重为1.20-2.0的重泥浆构成的下层的两层结构。
2.如权利要求1所述的由基岩洞穴形成的压缩气体储藏罐，其特征在于，前述轻泥浆通过前述压气管压入供应到填充了前述泥浆的基岩洞穴中。
3.如权利要求1或2所述的由基岩洞穴形成的压缩气体储藏罐，其特征在于，前述基岩洞穴为地下洞穴，该地下洞穴是向着作为与前述压气管的连接部分的前述顶部使其顶端部分形成上坡且沿横向延伸形成的。
4.如权利要求1或2所述的由基岩洞穴形成的压缩气体储藏罐，其特征在于，通过形成于地下的竖井将前述重泥浆供应给前述基岩洞穴，在该竖井中并列设置有反渗透膜制成的水管、深层曝气管等附属设备。
全文摘要
一种由基岩洞穴11构成的压缩气体储藏罐10，在向形成于基岩中的地下洞穴供应泥浆、利用前述泥浆的泥浆压在从下方承载压力的状态下储藏通过压缩气体管16送到前述地下洞穴11的压缩气体，前述压气管11从前述基岩洞穴11的顶部14向下方开口，前述基岩洞穴11内的前述泥浆形成具有混合有浸入内壁面的空隙和裂纹并进行堵塞的堵塞材料的比重为1.05－1.20的轻泥浆30构成的上层、和混合作为加重调整材料的大比重微细粉末的比重为1.20－2.0的重泥浆13构成的下层的两层结构。泥浆的间隙填充效果确保在基岩洞穴的顶部具有足够的液密封性和气密性，从而高效、经济、无泄漏地储存天然气等压缩空气和压缩气体。
文档编号B65D88/76GK1415042SQ00817995
公开日2003年4月30日 申请日期2000年12月27日 优先权日1999年12月28日
发明者林正夫, 西村宏之 申请人:林正夫, 旭科技工程株式会社